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Dokumentenidentifikation DE60034462T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001206310
Titel VORRICHTUNG ZUR TRENNUNG EINES FLUIDS INSBESONDERE IN EINE GAS- UND EINE FLÜSSIGPHASE
Anmelder Statoil ASA, Stavanger, NO
Erfinder HOYDAL, Jan, N-4010 Stavanger, NO;
STANBRIDGE, David, 6814 JM Arnhem, NL
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60034462
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.06.2000
EP-Aktenzeichen 009500901
WO-Anmeldetag 27.06.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/NO00/00224
WO-Veröffentlichungsnummer 2001000296
WO-Veröffentlichungsdatum 04.01.2001
EP-Offenlegungsdatum 22.05.2002
EP date of grant 18.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse B01D 17/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B04C 3/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B04C 11/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   E21B 43/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung eines Fluidstroms, der durch eine Pipeline fließt, in eine leichte und eine schwerere Fraktion, bei der der Fluidstrom in Rotation versetzt wird, so dass er in einen zentralen Bereich, der im Wesentlichen die leichte Fraktion enthält, und einen äußeren Ringbereich, der im Wesentlichen die schwerere Fraktion enthält, geteilt wird, und von der das Fluid im zentralen Bereich und das Fluid im äußeren Bereich über entsprechende Auslassmittel abgeführt werden.

Bei der Offshore-Förderung von Kohlenwasserstoffen (Öl und Gas) werden die erzeugten Fluida häufig in relativ langen Pipelines und Steigleitungen aus dem Meeresboden zur entsprechenden Förderplattform transportiert. Das gewonnene Fluid besteht normalerweise aus einer Flüssigkeit (Öl und Wasser), in der Gas gelöst ist. Da der Druck in der unterirdischen Quelle höher ist als in der Pipeline und außerdem nach oben in der Pipeline abnimmt, bilden sich in der Pipeline zunehmend Gasblasen und dadurch eine Zweiphasenströmung. Dies bringt eine stoßweise Strömung (so genannte Schwallströmung) mit sich, was in vielen Fällen zu bedenklichen Schwingungen in der Pipeline führt.

Es ist bekannt, den Fluidstrom in Flüssigkeit und Gas zu trennen, indem die in der Einleitung erwähnten Zyklontechniken eingesetzt werden, um die durch Gasblasen verursachten Schwingungen zu verringern. Die bekannten Zyklontechniken bringen jedoch turbulente Druckschwankungen im Fluid mit sich, was Schwingungen im Auslassrohr für das Gas verursacht. Diese Schwingungen können beträchtlichen Schaden verursachen, und auch das Ausmaß der Abscheidung kann aufgrund der Druckschwingungen nachteilig beeinflusst werden.

Ein Abscheider gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der US-A-5 570 744 bekannt; ein weiterer ähnlicher Abscheider wird in der WO-A-95 03 868 offenbart.

Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Fluidstrom in eine leichte und eine schwerere Fraktion zu trennen, indem sie sich der "In-line"-(in der Leitung)Technologie in einer Pipeline bedient, um die entsprechende Abscheidung auszuführen.

Eine speziellere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen Vorrichtung, die zur wirksamen Inline-Trennung eines Fluidstroms in eine Gasphase und eine Flüssigphase geeignet ist, so dass sich der Strömungszustand in der Pipeline von einer bedenklichen stoßweisen Strömung (Schwallströmung) zu einer gut handhabbaren Blasenströmung ändert.

Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen Vorrichtung, die mit einem Kontrollsystem versehen ist, das eine optimale Trennoperation der Vorrichtung sicherstellt.

Zur Lösung der oben genannten Aufgaben wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die die Inline-Technologie zur Trennung eines Fluidstroms in einer Pipeline einsetzt. Die Vorrichtung basiert auf dem Wirbel-(Zyklon-)Prinzip und ist vorzugsweise mit axialen Wirbelelementen versehen, die das Inline-Verfahren dadurch vereinfachen, dass der gelieferte Fluidstrom und mindestens eine der getrennten Fluidfraktionen in Richtung der Pipeline axial in ein und aus einem rohrförmiges/rohrförmigen Gehäuse fließen kann. Auf diese Weise kann das Gehäuse einfach in einer geraden Pipeline-Strecke ohne nennenswerte Modifikation der vorhandenen Pipeline-Geometrie installiert werden.

Die Vorteile einer solchen Konstruktion im Vergleich mit anderen analogen Abscheidungstechnologien sind:

  • 1. Geringes Gewicht z. B. im Vergleich mit herkömmlichen Abscheidern und Gaswäschern.
  • 2. Geringe Baukosten z. B. im Vergleich mit herkömmlichen Abscheidern und Gaswäschern.
  • 3. Die Vorrichtung kann auf einfache Weise in Rohrlängen mit sehr kleinen physischen Abmessungen installiert werden. Das Gehäuse selbst hat in den meisten Fällen keinen größeren Durchmesser als die Anschlussrohre.
  • 4. Die Vorrichtung kann in den meisten Fällen im Rahmen der gültigen Rohrvorschriften gebaut werden, ohne die so genannte Druckbehälterverordnung zu berücksichtigen, so dass auf Druckbehälterschutzausrüstung verzichtet werden kann. Die vorhandene Technologie ist oft durch die Tatsache belastet, dass die Druckbehälterverordnung nicht umgangen werden kann.

Eine relevante Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Trennung von Kohlenwasserstoffgas von anfallendem Wasser auf einer Ölförderplattform, so dass eine bedenkliche Zweiphasenströmung (Schwallströmung) in der Pipeline für anfallendes Wasser beseitigt wird. Die Vorrichtung ermöglicht in einfacher und kompakter Weise die Trennung des Gases von Wasser. Außerdem kann das abgeschiedene Gas wiedergewonnen werden, anstelle es auf der Plattform abzufackeln. Das Ergebnis sind Einsparungen bei den CO2-Emissionen.

Ein sehr bedeutendes mögliches Anwendungsgebiet der Vorrichtung ist die Trennung einer Bohrlochströmung direkt in den Steigrohrstrang vom Bohrloch, entweder auf der betreffenden Plattform, unter Wasser oder im Bohrloch. Die axiale Zuströmung in das rohrförmige Gehäuse der Vorrichtung verringert die baulichen Abmessungen erheblich und gestattet eine Installation, bei der der Durchmesser nicht größer ist als der des Steigrohrstrangs selbst. Diese Anwendungsart entlastet den Gastrennungsprozess auf der Plattform. Die Bohrlochförderung ist häufig wegen der Gaskapazität herkömmlicher Abscheider eingeschränkt. Durch die Trennung des Gases vom Bohrlochstrom vor dem Abscheiderstrang wird die Gesamtmenge des Gases in den Abscheiderstrang kleiner und der Engpass beseitigt. Das Gas kann außerhalb des Abscheiderstrangs z. B. direkt zur erneuten Einpressung geführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Trennung von freiem Wasser von Öl z. B. als ein Entwässerungszyklon eingesetzt werden. Eine typische Anwendung ist die Installation in einem Steigrohrstrang vor dem Drosselventil des Bohrlochs, wo das möglicherweise vorhandene Wasser häufig in einer getrennten freien Phase vorliegt. Die Vorteile sind offensichtlich, da große Mengen des geförderten Wassers im Abscheiderstrang Abscheidungskapazität blockieren und leicht zu Engpässen führen. Dies stellt häufig bei älteren Ölfeldern ein großes Problem dar, wo der Anteil von Wasser mehr als 90% des Bohrlochstroms betragen kann. Durch eine Mengenabscheidung des Wassers vor dem Abscheiderstrang lassen sich diese Engpässe beseitigen. Der Entwässerungszyklon hat ein großes Potential, wenn er abwärts in einem Bohrloch mit einem hohen Wasseranteil installiert ist. Ein hoher Wasseranteil verringert häufig die Förderkapazität des Bohrlochs bis zur Unrentabilität, worauf das Bohrloch geschlossen wird. Durch abwärtsseitiges Abscheiden des Wassers von Öl wird die Förderkapazität aufrechterhalten und eine kontinuierliche Produktion möglich. Durch den Einsatz dieser Technologie kann der Nutzungsfaktor eines Ölfeldes erheblich gesteigert werden.

Installationen auf dem Meeresboden in Steigrohrsträngen und Transportleitungen stellen ebenfalls eine Möglichkeit für dieses Technologie dar.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher beschrieben; es zeigen:

1 eine teilweise axial geschnittene perspektivische Seitenansicht einer Ausführungsform des Gehäuseteils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

2 zum Teil eine Ansicht entsprechend 1, in der die inneren Bauteile zum Teil nicht dargestellt sind, und teilweise eine Ausführungsform eines Kontrollabscheiders der Vorrichtung; und

3 eine Ansicht, die im Wesentlichen 2 entspricht, in der auch das Kontrollsystem der Vorrichtung dargestellt ist.

Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist speziell zur Abscheidung einer Gasphase (Gas/Dampf) von einer Flüssigphase (Wasser/Öl) z. B. in einer zu einer Ölplattform führenden Pipeline vorgesehen.

Wie aus 1 ersichtlich ist, in der der Entgaserabschnitt der Vorrichtung dargestellt ist, weist dieser Abschnitt ein zylindrisches rohrförmiges Gehäuse 2 auf, das für den Anschluss in einer Pipeline (nicht dargestellt) vorgesehen ist, so dass das Gehäuse einen Teil (Inline-Element) der Pipeline selbst bildet. Das Gehäuse 2 hat ein Einlassteil 3 für die Zufuhr des Zweiphasengemischs F aus Flüssigkeit und Gas/Dampf und ein Auslassteil 4, wo die Flüssigphase L aus dem Gehäuse 2 austritt, wobei sowohl Einlass als auch Auslass in axialer Richtung des Gehäuses erfolgen. Sowohl das Einlassteil 3 als auch das Auslassteil 4 sind hier konisch dargestellt, aber diese Teile könnten natürlich auch eine andere Form haben, z. B. eine Zylinderform mit dem gleichen Durchmesser wie die Pipeline oder eventuell einem größeren oder kleinerem Durchmesser.

Am stromaufwärtigen Ende des Gehäuses 2 ist ein axiales Wirbelelement 5 angebaut, um das Zweiphasengemisch durch die Rotation des Elements in Drehung zu versetzen, um die gewünschte Trennung des Zweiphasengemischs in einen Gas-/Dampfkern "g" in einer zentralen Zone 6 des Gehäuses 2 und eine Flüssigkeit "l" in einer äußeren Ringzone 7 an der Innenoberfläche des Gehäuses zu erzielen. Das Wirbelelement weist einen Kernkörper 8 auf, an dem eine Reihe axial gekrümmter Leitbleche 9 angebracht ist. Die Anzahl der Bleche und ihre Konfiguration hinsichtlich Länge und Winkel werden an die örtlichen Gegebenheiten angepasst.

Vor dem Wirbelelement 5 ist ein zylindrischer Führungskörper 10 angeordnet, der so ausgelegt ist, dass das zugeführte Fluid in einer ringförmigen axialen Strömung zum Wirbelelement geführt wird. Der Führungskörper 10 wird von einem Lagerungsmittel 11 zentral im Gehäuse 2 gelagert. Der Führungskörper und das Lagerungsmittel sind vorzugsweise aerodynamisch geformt.

Im Gehäuse 2 ist ein Abführelement 12 in Form eines Hohlkörpers zentral angeordnet, der mit einer oder mehreren Eintrittsöffnungen 13 zum Abführen von Gas und möglicherweise mitgerissener Flüssigkeit aus der zentralen Zone 6 und dem Entgaserteil versehen ist. Wie dargestellt wird das Gas G über ein Auslassrohr 14, das mit dem Abführelement 12 in Verbindung steht, seitlich aus dem Gehäuse 2 geführt.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Abführelement 12 ein Rohr auf, das sich axial entlang dem Gehäuse 2 erstreckt und mit einer Reihe Eintrittsöffnungen in Form von Schlitzen 13 versehen ist, die stromaufwärts eines Reflektorelements 15 für das Gas angeordnet sind. Geometrie, Größe und Platzierung der Auslassschlitze können variieren.

Das Reflektorelement 15 besteht aus einem zylindrischen Kernkörper, der bei der dargestellten Ausführungsform eine ebene Oberfläche hat, die zur zentralen Gaszone gerichtet ist. Das Reflektorelement kann jedoch auch auf eine andere Art konzipiert werden, z. B. als sich in stromaufwärtiger Richtung verjüngender Kegel.

Nach dem Reflektorelement 15 und in einem Abstand vor dem Auslassteil 4 des Gehäuses ist ein Anti-Wirbelelement 16 angeordnet, um die rotierende Flüssigphasenströmung wieder in eine axial gerichtete Strömung zum Auslassteil 4 zu bringen. Das Anti-Wirbelelement weist einen Kernkörper 17 auf, an dem eine Reihe teilweise gekrümmter Führungsbleche 18 montiert ist, die an ihrem Austrittsende axial entlang dem Gehäuse gerichtet sind. An ihren radialen Außenkanten sind die Bleche 18 an der Innenseite des Gehäuses fixiert, so dass das Element 16 stabil im Gehäuse gehaltert ist und dadurch eine Abstützung für das Abführrohr 12 und das Reflektorelement 15 bildet.

Wie ersichtlich ist, erstreckt sich das Abführrohr 12 durch das Reflektorelement 15 und den Kernkörper 17 und ist außerdem an seinem stromaufwärtigen Ende an einem Übergangskegel 19, der mit dem Kernkörper 8 des Wirbelelements 5 verbunden ist, stützend angeschlossen. Ein Übergangskegel 20 ist auch an der stromabwärtigen Seite des Anti-Wirbelelements 16 als vorzugsweise stromlinienförmiger Übergang zwischen dem Anti-Wirbelelement und dem axialen Teil des Auslassrohrs 14 angeordnet.

In der Nähe des Auslassteils 4 des Gehäuses 2 ist ein Strömungsbegrenzer 21 zum Erzeugen eines Druckabfalls nach dem Begrenzer angeordnet. Der Zweck dieses Druckabfalls wird nachstehend ausführlicher in Zusammenhang mit dem Kontrollabscheider der Vorrichtung erörtert.

Wenn das Wirbelelement 5 im Betrieb der Vorrichtung in Rotation versetzt wird, wird die Fluidströmung F wie erwähnt in einen Gas-/Dampfkern "g" in der zentralen Zone 6 und Flüssigkeit "l" in der Ringzone 7 innerhalb der Gehäusewand getrennt. Der Gas-/Dampfkern bildet sich typischerweise zwischen dem Kegel 19 und dem Reflektorelement 15. Dieser Kern bildet sich normalerweise innerhalb einer definierten Grenzfläche 22 zwischen dem Gas/Dampf und der Flüssigkeit. Vor allem unter instabilen Bedingungen wird das bzw. der abgeschiedene Gas/Dampf evtl. zusammen mit etwas mitgerissener Flüssigkeit über das Abführelement 12 abgelassen, während die Flüssigphase das Reflektorelement 15 in einer rotierenden Ringströmung passiert und im Anti-Wirbelelement 16 wieder in eine axiale Strömung versetzt wird. Abgesehen vom Zurückleiten des Gases ist das Reflektorelement auch an der Steuerung des Druckaufbaus stromaufwärts des Anti-Wirbelelements beteiligt. Was das Anti-Wirbelelement betrifft, kann darauf eventuell verzichtet werden. Dies führt jedoch dazu, dass der Wirbel nicht beseitigt wird sowie zu einem schlechteren Druckaufbau.

2 zeigt eine Ausführungsform des Kontrollabscheiders der Vorrichtung. Der Kontrollabscheider hat zwei Funktionen, nämlich die Flüssigkeit von der aus dem Entgaserteil 1 kommenden Gasphase sekundär abzuscheiden, die Steuerung des Arbeitspunktes des Entgaserteils und schließlich die Zusammenwirkung mit dem Kontrollsystem, wie nachstehend näher beschrieben wird.

2 zeigt einen Kontrollabscheider 25, der einen Außenmantel in Form eines senkrecht ausgerichteten zylindrischen Behälters 26 aufweist, der an seinem unteren Ende mit dem Auslassrohr 14 des Entgasers über ein geeignetes Übergangselement 27 verbunden ist und der an seinem oberen Ende einen Auslass 28 für Gas hat.

Der Kontrollabscheider wird typischerweise senkrecht angebaut, unabhängig von der senkrechten oder waagrechten Einbaulage des Entgasers selbst. Bei einem waagrecht ausgerichteten Entgaser wird der Kontrollabscheider zusammen mit dem Entgaser als großes T-Stück gebaut. Bei einem senkrechten Entgaser wird der Kontrollabscheider typischerweise neben dem oder im Innern des Entgasers selbst angebaut bzw. integriert.

Der Außenmantel des Kontrollabscheiders hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt wie dargestellt, kann aber möglicherweise eine andere Form haben. Es kann günstig sein, wenn der Mantel den gleichen Durchmesser wie das Entgasergehäuse 2 hat, da dies bedeutet, dass das Entgasergehäuse und der Kontrollabscheider als T-Stück mit ungefähr gleichen Rohrdurchmessern ohne ein Zwischenübergangselement ausgeführt werden können, wobei der Mantel direkt am Entgasergehäuse angebaut ist.

Länge/Höhe und Durchmesser des Abscheiders hängen von den Abmessungen der inneren Bauteile des Abscheiders, der Verweilzeit der Flüssigkeit im Abscheider, den Grenzen für die maximale Gasgeschwindigkeit und der Fähigkeit, dynamische Pegelschwankungen zu kompensieren, ab.

Ein Einlassrohr 29 für die Zufuhr des Gases mit der mitgerissenen Flüssigkeit zum Abscheider 25 ist an seinem unteren Ende mit dem Auslassrohr 14 vom Entgaserteil verbunden und verläuft innerhalb des Behälters 26 eine Strecke nach oben. An seinem oberen Ende ist das Einlassrohr mit einem typischen Einlasselement 30 gekoppelt, das als Momentenschalter zur Verringerung der Geschwindigkeit, des Momentes und des Einlassimpulses der gelieferten Speiseströmung (Gas und Flüssigkeit) fungiert. Die Energie der Speiseströmung wird dabei so verringert, dass die Abscheidung der Flüssigkeit von der Gasphase optimiert wird, so dass außerdem verhindert wird, dass die Flüssigkeit direkt zum Gasauslass 28 spritzt.

Das Einlasselement 30 kann eine herkömmliche Ausführung haben, die dem Fachmann bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben wird.

Die im Behälter 26 abgeschiedene Flüssigkeit wird im Wesentlichen durch Schwerkraft abgeschieden und sammelt sich im unteren Teil des Behälters. Die Flüssigkeit von 2 ist mit einem Pegel 31 dargestellt. Ferner ist der Behälter mit einem Paar Verbindungsstücken 32 zur Pegelmessung versehen. Der Pegel kann z. B. mittels der Differenzdruckmessung oder nach einem anderen Messprinzip gemessen werden, indem ein externes senkrechtes Messrohr oder ein Steigrohr (nicht dargestellt) verwendet wird. Wahlweise können andere Pegelmessprinzipien angewendet werden, die keine Verbindungsstückanschlüsse benötigen, z. B. induktive, akustische oder radioaktive Verfahren.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind am oberen Ende des Behälters 26 ein Koaleszer und ein Gasauslassmittel 33 angeordnet, deren Aufgabe die Trennung der kleinsten Flüssigkeitströpfchen vom zum Auslass 28 fließenden Gas ist und die außerdem dazu beitragen, zu verhindern, dass die Flüssigkeit direkt zum Auslass spritzt. Dieses Mittel kann beispielsweise aus standardmäßigen Palettenringen, Gitterdraht oder Zyklonen bestehen. Ferner zeigt die Darstellung ein Drainagerohr 34, das so angeordnet ist, dass es die abgeschiedene Flüssigkeit vom Koaleszer in die Flüssigphase des Kontrollabscheiders leitet.

Das dargestellte Koaleszer-/Gasauslassmittel 33 braucht für die Funktion des Kontrollabscheiders nicht bereitgestellt zu werden, ist aber von Vorteil, um einen optimalen Abscheiderwirkungsgrad zu erzielen.

Der Behälter 26 hat an seinem unteren Ende (möglichst am Boden) ein Auslassverbindungsstück 35 zum Ablassen der Flüssigkeit zu einem geeigneten Ort. In Verbindung mit dem Auslassverbindungsstück ist auch ein Flüssigkeitsauslassmittel 36 dargestellt, das hauptsächlich die Aufgabe hat, u. a. optimale Auslasseigenschaften zu schaffen, indem es eine turbulente Strömung zum Auslass 35 verhindert. Der Kontrollabscheider arbeitet jedoch auch ohne ein derartiges Mittel einwandfrei.

Wie aus 3 ersichtlich ist, ist der Flüssigkeitsauslass 35 bei der dargestellten Ausführungsform mit einer Drainageleitung 37 gekoppelt, die mit dem Auslassteil 34 des Entgaserteils 1 an der stromabwärtigen Seite des Begrenzers 21 verbunden ist, wobei der Begrenzer einen hinreichenden Druckabfall erzeugt, um die Flüssigkeit vom Kontrollabscheider zum Auslassteil 4 abzulassen.

An der Drainageleitung 37 ist ein Steuerventil 38 angeschlossen, das über eine manuelle Steuereinheit 39 zur Einstellung einer geeigneten gewünschten Entleerungsgeschwindigkeit gesteuert werden kann, was nachstehend in Zusammenhang mit dem Kontrollsystem der Vorrichtung näher beschrieben wird.

Wie ferner in 3 dargestellt ist, ist im Gasauslass 28 vom Behälter 26 ein Ventil 40 mit einer Betätigungseinheit 41 zum Einstellen der gelieferten oder abgeführten Gasmenge vom Abscheider 25 angeordnet.

Wie oben erwähnt steuert der Kontrollabscheider 25 den Arbeitspunkt des Entgaserteils in Zusammenwirken mit dem Kontrollsystem der Vorrichtung. Dies geschieht dadurch, dass der Arbeitspunkt mittels eines indirekten Verfahrens, nämlich der Pegelmessung, gesteuert wird. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Kontrollsystem im Wesentlichen einen Pegelgeber 42 auf, der mit den Anschlussstücken 32 verbunden ist und der den Füllstand der abgeschiedenen Flüssigkeit im Behälter 26 angibt, sowie eine Pegelkontrolleinheit 43, die mit dem Pegelgeber 42 und der Betätigungseinheit 41 des Ventils 40 verbunden ist und die den Flüssigkeitsfüllstand im Behälter zusammen mit dem Ablassventil 40 kontrolliert.

Der optimale Arbeitspunkt für den Entgaserteil liegt vor, wenn die Flüssigkeit im Auslassteil 4 des Entgasers annähernd frei von Gas und das Gas im Auslassrohr 14 annähernd frei von Flüssigkeit ist. In diesem Arbeitspunkt nimmt die in der Gasphase mitgerissene Flüssigkeitsmenge deutlich zu, wenn versucht wird, mehr Gas zu fördern. Die Aufrechterhaltung dieses Arbeitspunktes erfordert ein effizientes Kontrollsystem. Der Kontrollabscheider zusammen mit dem dargestellten Kontrollsystem lässt eine gegebene maximale Flüssigkeitsmenge in der Gasphase vom Entgaserteil zu und sorgt dafür, dass dieser geringe Flüssigkeitsanteil vom Gas getrennt wird, bevor es aus dem Abscheider abgelassen wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich in der Tat zwei nahezu saubere Phasen des Gases und der Flüssigkeit gewinnen.

Wie erwähnt wird die Entleerungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit vom Kontrollabscheider mittels des Steuerventils 38 eingeregelt oder eingestellt. Die Entleerungsgeschwindigkeit entspricht implizit der zulässigen in der Gasphase mitgerissenen Flüssigkeitsmenge aus dem Entgaserteil. Die Entleerungsgeschwindigkeit kann mittels der manuellen Betätigungseinheit 39 kontrolliert werden. Ein feiner reagierendes Verfahren wird bereitgestellt, wenn das Öffnen des Ventils eine Funktion der Gas- oder Flüssigkeitslast ist. Die Entleerungsmenge nimmt mit zunehmender Last zu, wenn z. B. eine konstante Flüssigkeitsfraktion in der Gasmenge vom Entgaser erforderlich ist. Es ist dann logisch, dass die zulässige Entleerungsmenge im gleichen Maße zunimmt. Eine stromabwärtige Mengenmessung entweder der Flüssigkeit oder des Gases kann dann über eine gegebene Abhängigkeit die korrekte Ventilöffnung veranlassen.

Der Pegelgeber 42, der den Flüssigkeitsfüllstand im Behälter 26 misst, sollte wegen der schnellen dynamischen Reaktion des Entgaserteils schnell arbeiten und rasch aktualisiert werden. Der Pegelgeber liefert ein Signal an die Pegelkontrolleinheit 43, die den Füllstand mittels des Ablassventils 40 kontrolliert. Bei größer werdender Öffnung des Ablassventils 40 wird eine größere Gasmenge aus dem Entgaser entnommen. Folglich wird eine größere Flüssigkeitsfraktion in der Gasströmung vom Entgaser mitgerissen. Nahe am optimalen Punkt, in dem etwa das gesamte Gas von der Flüssigkeit im Entgaser abgeschieden ist, lässt sich bei einer weiteren Öffnung des Ablassventils 40 sehr leicht eine größere mitgerissene Flüssigkeitsmenge erhalten. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Gaskern im Entgaser umso dünner ist, je mehr man sich dem optimalen Punkt zur vollständigen Trennung nähert und der Abstand zwischen der Grenzfläche 22 Gas/Flüssigkeit und den Eintrittsschlitzen 13 am kleinsten ist. Bei einem kleinen Abstand zwischen Grenzfläche und Schlitzen entsteht sehr leicht ein Zustand mit massivem Mitreißen, wenn die Gasentleerung weiter gesteigert wird.

Bei einem stabilen Pegel im Kontrollabscheider ist die mitgerissene Flüssigkeitsmenge in der Gasphase vom Entgaser konstant und gleich der vom Steuerventil 38 vorgegebenen maximal zulässigen mitgerissenen Flüssigkeitsmenge.

Die Pegelkontrolleinheit 43 sorgt ständig dafür, dass die mitgerissene Flüssigkeitsmenge in der Gasphase vom Entgaser annähernd konstant bleibt.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Trennung eines Fluides, das durch eine Leitung bzw. Pipeline fließt, in einen leichten Teil und einen schwereren Teil, wobei der Fluidstrom derart in Rotation versetzt wird, sodass er in einen mittigen Bereich (6), der im Wesentlichen den leichten Teil enthält, und einen äußeren Ringbereich (7) aufgeteilt wird, der im Wesentlichen den schwereren Teil enthält, und von der das Fluid im mittigen Bereich und das Fluid im äußeren Ringbereich über entsprechende Auslassmittel (12 bis 14, 4) abgeführt wird, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:

ein im Wesentlichen rohrförmiges Gehäuse (2), angeordnet, um einen Bereich der zugehörigen Pipeline zu bilden, ein Wirbelelement (5) zur Rotation des Fluidstroms, das am stromaufseitigen Ende des Gehäuses (2) angeordnet ist, und die Auslassmittel für den mittigen Bereich, die ein Abführelement (12) aufweisen, das am stromabwärtsseitigen Ende des Wirbelelements (5) angeordnet ist und Eintrittöffnungen (13) aufweist, um den leichten Teil und möglicherweise mitgerissene schwerere Teile aus dem mittigen Bereich (6) abzuführen,

einen Kontrollabscheider (25), der am Abführelement (12) angeordnet und derart ausgebildet ist, um mitgerissene schwere Teile gravimetrisch von den leichten Teilen zu trennen, wobei der Kontrollabscheider (25) mit einem Auslass (35) für die abgetrennten schwereren Teile und einem Auslass (28) für die leichten Teile versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

weiter Folgendes aufweist:

ein Kontrollsystem mit einem Füllstandsanzeiger (42) zur Meldung des Füllstands des im Kontrollabscheider (25) gesammelten, abgetrennten, schwereren Teils, und einer Füllstandskontrolleinrichtung (43), die mit dem Füllstandsanzeiger (42) und einem Abflussventil (40, 41) im Auslass (28) des Kontrollabscheiders (25) für den leichten Teil verbunden ist, wobei die Füllstandskontrolleinrichtung (43) in Verbindung mit dem Ventil dafür sorgt, dass die abgetrennten schwereren Teile im Kontrollabscheider (25) in Übereinstimmung mit der maximal erlaubten, mitgerissenen Menge an schwereren Teilen im leichten Teil auf einem konstanten Level (31) gehalten werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2), stromaufwärtsseitig des Wirbelelements (5) ein Führungskörper (10) angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass er das gelieferte Fluid (F) in einer ringförmigen Axialströmung in Richtung des Wirbelelementes (5) führt, und, dass die Auslassmittel (4) für den schwereren Teil so angeordnet sind, dass sie diesen Teil in Axialrichtung des Gehäuses aus dem Gehäuse (2) führen. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abführelement eine Leitung (12) aufweist die axial im Gehäuse (2) verläuft und mit Einlassöffnungen in Form einer Mehrzahl an Schlitzen (13) versehen ist, die stromaufwärtsseitig eines Reflektorelementes (15) in einem Bereich der im Gehäuse (2) angeordneten Leitung (12) angeordnet sind, für die leichteren Teile. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anti-Wirbelelement (16) für die schwereren Teile in der äußeren Zone (7) stromoberseitig der Auslassmittel (4) für die schwereren Teile angeordnet ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirbelelement (5) und das Anti-Wirbelelement (16) entsprechende Kernkörper (8, 17) aufweisen, um die Komponenten im Gehäuse (2) zu unterstützen und, dass die Abführleitungen (12) an ihrem stromoberseitigen Ende mit dem Kernkörper (8) des Wirbelelementes (5) verbunden ist und sich an ihrem stormabwärtsseitigen Ende durch den Kernkörper (17) des Anti-Wirbelelementes (16) erstreckt und in ein Auslasselement (14) führt, das lateral durch das Gehäuse (2) geführt ist. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der leichte Teil Gas/Dampf und der schwerere Teil eine Flüssigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollabscheider (25) einen vertikal ausgerichteten Behälter (26) aufweist, der an seinem unteren Ende mit dem im Gehäuse (2) angeordneten Auslasselement (12) verbunden ist und der an seinem oberen Ende einen Auslass (28) für Gas aufweist, wobei das Auslasselement (12) mit dem unteren Ende einer Einlassleitung (29) verbunden ist, die zu einem Coalescer und Gasauslassmitteln (30) führt. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsauslass (35) des Kontrollabscheiders (25) über eine Drainageleitung (37) mit den Auslassmitteln (4) des Gehäuses (2) an der stromunterseitigen Seite eines Strömungsbegrenzers (21), der im Gehäuse (2) angeordnet ist, verbunden ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainageleitung (37) mit einem Steuerventil (38) zur Anpassung der Drainagegeschwindigkeit versehen ist.






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