BRPI0612495A2 - separador de ciclone para separação de uma mistura contendo partìculas sólidas, lìquido e/ou gás em uma fração pesada e uma fração leve, vaso de separação por gravidade, e método de separação de uma mistura contendo partìculas sólidas, lìquido e/ou gás em uma fração pesada e uma fração leve - Google Patents
separador de ciclone para separação de uma mistura contendo partìculas sólidas, lìquido e/ou gás em uma fração pesada e uma fração leve, vaso de separação por gravidade, e método de separação de uma mistura contendo partìculas sólidas, lìquido e/ou gás em uma fração pesada e uma fração leve Download PDFInfo
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Abstract
SEPARADOR DE CICLONE PARA SEPARAçãO DE UMA MISTURA CONTENDO PARTìCULAS SóLIDAS, LìQUIDO E/OU GáS EM UMA FRAçãO PESADA UMA FRAçãO LEVE, VASO DE SEPARAçãO POR GRAVIDADE, E MéTODO DE SEPARAçAO DE UMA MISTURA CONTENDO PARTíCULAS SóLIDAS, LìQUIDO E/OU GáS EM UMA FRAçãO PESADA E UMA FRAçãO LEVE. A invenção refere-se a um separador de ciclone para separação de uma mistura contendo partículas sólidas, liquido e/ou gás em uma fração pesada e uma fração leve, em que o separador compreende: - uma carcaça (2) definindo um espaço de fluxo através do qual a mistura deverá fluir; - um corpo de fluxo alongado (5) disposto no espaço de fluxo ao longo do qual deverá ser transportada a mesrura destinada a ser separada; - pelo menos um elemento indutor de turbilhonamento (10) disposto entre o corpo de fluxo e a carcaça interna, o elemento indutor de turbilhonamento sendo curvo para imprimir um movimento de rotação à mistura em entrada para o propósito de separar a mistura em uma fração pesada e uma fração leve; - meios de descarga para descarga das frações pesada e leve separaaas, em que os meios de descarga compreendem pelo menos uma passacem de fluxo definida no interior do referido pelo menos um elemento de turbilhonamento.
Description
SEPARADOR DE CICLONE PARA SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA CONTENDOPARTÍCULAS SÓLIDAS, LÍQUIDO E/OU GÁS EM UMA FRAÇÃO PESADA EUMA FRAÇÃO LEVE, VASO DE SEPARAÇÃO POR GRAVIDADE, E MÉTODODE SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA CONTENDO PARTÍCULAS SÓLIDAS,LÍQUIDO E/OU GÁS EM UMA FRAÇÃO PESADA E UMA FRAÇÃO LEVE
A presente invenção refere-se a um separador deciclone para separação de uma mistura contendo partículassólidas, líquido e/ou gás, em uma fração pesada e umafração leve.
São conhecidos dispositivos separadores paraseparação dessas misturas, tais como misturas de óleo egás, nos quais são utilizadas as diferenças de pesoespecífico das partes constituintes da mistura. Umseparador de ciclone consiste na generalidade em um tubo noqual é disposto um corpo de fluxo central. No corpo defluxo são providas abas de guia mediante as quais é causadauma rotação à mistura que flui para o interior do tubo apóssubmetida a uma sobrepressão. Como resultado das forçascentrífugas que ocorrem devido à rotação, a fraçãorelativamente pesada da mistura é arremessada para o ladode fora, enquanto a fração relativamente leve da mistura édeslocada em uma zona ao longo do corpo de fluxo. Devido aofato de as frações leve e pesada serem deslocadas em zonasseparadas, é possível realizar uma separação da misturamediante disposição de dispositivos de saída em umalocalização adequada, e as frações leve e pesada separadaspodem ser descarregadas separadamente.
Os separadores de ciclone são utilizados em umgrande número de situações. Os ciclones de admissão são porexemplo aplicados em vasos de separação por gravidade. Osciclones de admissão asseguram que a mistura em entradaseja submetida a um determinado pré-tratamentoanteriormente à ocorrência de uma separação adicional. 0ciclone de admissão é acoplado para este propósito àadmissão do vaso de separação de gravidade e é provido comuma saida de descarga para a fração pesada e uma saida dedescarga para a fração leve, em que ambas as saidás dedescarga desembocam no interior do vaso de separação porgravidade para separação adicional da mistura. Um exemplode um ciclone de admissão encontra-se descrito no pedido depatente Europeu n° EP 1 187 667 A2.
Um outro tipo de separador de ciclone é o assimdesignado separador em linha no qual a mistura em entrada epelo menos uma parte da mistura de saida fluem através deuma tubulação, em que o separador se encontraessencialmente alinhado com a tubulação. Os separadores deciclone de tipo em linha podem ser subdivididos em doistipos diferentes.
Em um primeiro tipo, também conhecido como um"desgaseificador", o separador separa gás de liquido. 0desga seificador e utilizado, no caso de uma mistura degás/liquido, quando a fase continua é um liquido. Umexemplo de um desgaseificador é conhecido do documento n°WO 01/00296 Al, No desgaseificador o fluxo contínuo deliquido é colocado em rotação por um número de lâminas deguia que causam turbilhonamento. Devido à diferença dedensidade entre o gás e o líquido e o campo centrífugoiniciado, o gás é empurrado para o meio do separador, destaforma produzindo um núcleo estável de gás. A remoção donúcleo de gás é causada por um tubo de descarga de gásdisposto no meio do ciclone e provido com aberturas dedescarga. Devido à geometria do separador a remoção do gásat ravés das aberturas de descarga ocorre em uma direçãoradial.
Um segundo tipo de separador de ciclone em linhaconsiste em um separador, também referido como um"desliquidificador", em que uma alimentação contínua de gásé colocada em rotação por um número de lâminas de guia quecausam turbilhonamento. O desliquidificador neste casosepara o líquido do gás. O líquido é empurrado na direçãoda parede do tubo, produzindo como resultado um filme(camada) estável de líquido, que é deslocada na direção dasaída de descarga de gás. Na zona de descarga o gás e olíquido são separados em uma posição'fixa no fluxo. A saídade descarga de gás consiste em um tubo cilíndrico abertoque é fixado no espaço de fluxo do separador. O gás édescarregado em uma direção longitudinal. Um exemplo de umdesliquidificador encontra-se descrito no documento n° WO02/056999 Al.
Uma desvantagem dos separadores de cicloneconhecidos reside no fato de os mesmos serem relativamentevolumosos, devido ao fato de ser necessário prover noseparador descargas separadas da fração pesada separada eda fração leve separada. Estas provisões são normalmenterealizadas a jusante das abas de guia, implicando umaextensão mínima relativamente grande de tais separaaores deciclone.
üm objetivo da presente invenção consiste, naprovisão de um separador de ciclone aperfeiçoado no qual adesvantagem mencionada acima possa ser evitada.
De acordo com a invenção, é provido para estepropósito um separador de ciclone para separação de umamistura contendo partículas sólidas, líquidos e/ou gases emuma fração pesada e uma fração leve, em que o separadorcompreende:
- uma carcaça definindo um espaço de fluxo atravésdo qual a mistura deverá fluir, em que a carcaça possui umaabertura de admissão para a mistura a ser separada e umaabertura de descarga para descarregar alternativamente afração pesada ou a fração leve da mistura;
- um corpo de fluxo alongado disposto no espaço defluxo ao longo do qual a mistura a ser separada pode serconduzida;
- pelo menos um elemento indutor de turbilhonamentodisposto entre o corpo de fluxo e a carcaça interna, oelemento indutor de turbilhonamento sendo curvo de forma aimprimir à mistura em entrada um movimento de rotação parao propósito de separação da mistura na fração pesada e nafração leve;
- meios de descarga para descarga das fraçõespesada e leve separadas, em que os meios de descargacompreendem pelo menos uma passagem de fluxo definida nointerior do referido pelo menos um elemento deturbilhonamento.
Mediante utilização do espaço no interior doelemento de turbilhonamento, tal como por exemplo uma abade guia que é totalmente ou parcialmente oca ou na qual sãoprovidos um ou mais canais, pelo menos uma das duas frações(isto é, alternativamente a fração leve ou a fração pesada)pode ser prontamente descarregada na posição dos elementosde turbilhonamento, dessa forma tornando o separador deciclone mais compacto.
No separador de ciclone mencionado acima, conhecidono campo profissional como um desgaseificador, a fraçãoleve é guiada para dentro a jusante das abas de guia para ointerior de um tubo de descarga estendendo-se centralmentena direção longitudinal do tubo de ciclone, e ésubseqüentemente guiada na direção da extremidade externade jusante do tubo de ciclone. A fração pesada prossegueigualmente seu percurso na direção longitudinal. Muitoembora este desgaseificador produza um bom resultado deseparação, o desgaseificador é bastante grande na direçãolongitudinal. Para reduzir as dimensões de um taldesgaseificador, é provido de acordo com um aspectoadicional da invenção um separador de ciclonecompreendendo:
- pelo menos uma segunda passagem de fluxo definidano interior do corpo de fluxo e ligada à primeira passagemde fluxo no elemento de turbilhonamento;
- uma carcaça externa disposta em torno da carcaçainterna, em que as carcaças externa e interna definem umaterceira passagem de fluxo acoplada à primeira passagem defluxo;
em que os meios de descarga compreendemadicionalmente uma ou mais aberturas no corpo de fluxo, comas aberturas ligadas à segunda passagem de fluxo nointerior do corpo de fluxo para descarga da fração leveseparada através das. aberturas e das segunda, primeira eterceira passagens, respectivamente.
Neste separador de ciclone a fração leve é portantodescarregada através do corpo de fluxo, do elemento deturbilhonamento e de um segundo espaço de fluxo disposto emtorno do primeiro espaço de fluxo. Isto significa que podeser criado um separador muito compacto na direçãolongitudinal, tornando o separador de cicloneparticularmente adequado para aplicações de cabeça de poço.
Devido ao fato de ser adicionalmente possível otimizar autilização do espaço disponível, ocorre uma menor queda depressão através do separador de ciclone.
De acordo com uma configuração preferencialadicional, as aberturas são providas em uma região próximada extremidade de jusante do corpo de fluxo. Na proximidadeda extremidade de jusante do corpo de fluxo a mistura jápercorreu uma grande distância (ou extensão de separação) edessa forma a mistura encontra-se bem separada.
De acordo com uma configuração preferencialadicional, o corpo de fluxo possui uma parte convergente naextremidade de jusante do mesmo, de tal forma que pode serrealizada uma descarga gradual da fração leve. Esta formado corpo de fluxo impede adicionalmente um efeito de sucçãoda abertura de descarga, que poderia ter um efeito adversono resultado da separação.
Em uma configuração em particular as aberturas nocorpo de fluxo são providas somente na parte convergente docorpo de fluxo. Não existem aberturas dispostas na outraparte substancialmente cilíndrica do corpo de fluxo.
Somente a separação ocorre na posição da parte cilíndrica,enquanto a descarga ocorre na posição da parte convergente.
Esta configuração é particularmente favorável quando seencontra presente no líquido uma quantidade relativamentereduzida de gás (menos de cerca de 20%), e no caso de umseparador sólido/líquido tal como um separador deareia/líquido.
Em uma outra configuração em que o corpo de fluxotem uma parte substancialmente cilíndrica e uma parteconvergente, as aberturas são providas tanto na partecilíndrica quanto na parte convergente. Uma primeiraseparação já ocorre portanto na posição da partecilíndrica. Esta configuração é particularmente favorávelquando se encontra presente no líquido uma quantidaderelativamente grande de gás (até 80% ou mais) no caso de umseparador sólido/líquido tal como um separador deareia/líquido. Foi descoberto que a eficiência de separaçãoaumenta consideravelmente quando são dispostas aberturasnão somente na parte convergente mas também na partecilíndrica.
De acordo com uma configuração preferencialadicional, a parte convergente do corpo de fluxo possui umformato substancialmente cônico. O referido revestimentointerno tem também preferencialmente uma forma convergente.Isto produz uma saída de descarga de fração pesada com urnaseção transversal reduzida de tal forma que a menorquantidade possível de fração leve (por exemplo líquido emum separador de areia/liquido) seja arrastada juntamentecom a fração pesada (areia no referido separador deareia/líquido) e seja descarregada através da saída dedescarga de fração pesada.
De acordo com uma configuração preferencialadicional, a distância mútua entre o revestimento interno eo corpo de fluxo é substancialmente constante. Isto tem umefeito estabilizador relativamente ao fluxo. Quando avelocidade a jusante dos elementos de turbilhonamento tendea se reduzir em virtude do atrito, o separador pode serconfigurado de tal forma que a distância mútua na direçãode fluxo (direção longitudinal) seja mesmo levementereduzida, o que causa um aumento de velocidade paracompensação do decréscimo de velocidade resultante doatrito.
0 pedido não pré-publicado n° NL 1 028 238 dopresente requerente descreve um separador de ciclone noqual a fração pesada é descarregada através de aberturasdispostas no tubo de ciclone, enquanto a fração leveprossegue seu percurso através do tubo de ciclone e podeser descarregada através da extremidade externa do mesmo.
Este documento também descreve um separador de ciclone noqual a fração leve é descarregada mediante provisão deaberturas de descarga no corpo de fluxo que comunicam comum canal que se estende através do corpo de fluxo e um tubode descarga acoplado ao mesmo. A fração leve é descarregadaatravés de aberturas nesta passagem, enquanto a fraçãopesada prossegue seu percurso através do tubo de ciclone epode ser descarregada na extremidade externa do tubo deciclone.
Em ambas as configurações do separador de cicloneconhecido, é necessário que a fração pesada ou a fraçãoleve seja descarregada respectivamente através da parede dotubo de ciclone ou através do corpo de fluxo. A parte dafração pesada que fica relativamente muito afastada dasuperfície interna do tubo de ciclone e a parte da fraçãoleve que fica relativamente muito afastada da superfícieexterna do corpo de fluxo podem entretanto ser menosprontamente "capturadas" pelas aberturas de descarga, o queem algumas situações tem um efeito adverso na eficiência cieseparação cio ciclone.
Um objetivo da presente invenção consisteigualmente em evitar esta desvantagem.
De acordo com um aspecto adicional da invenção, éprovido para este propósito um separador de ciclone no qualos meios de descarga compreendem adicionalmente:
- uma ou mais aberturas no elemento deturbilhonamento, em que as aberturas são acopladas àprimeira passagem de fluxo;
- uma segunda passagem de fluxo acoplada à.primeirapassagem de fluxo no referido pelo menos um elemento deturbilhonamento, a segunda passagem de fluxo estendendo-separa uma saida de descarga para descarga da fração pesadaou da fração leve, com a outra fração devendo serdescarregada da saida de descarga da carcaça.
Uma descarga aperfeiçoada da fração leve ou dafração pesada pode ser obtida mediante disposição dasaberturas de descarga no elemento de turbilhonamentopropriamente dito. Uma maior ou menor parte da fração leveou da fração pesada pode adicionalmente ser descarregadaconforme for desejado mediante um dimensionamento corretoe/ou posicionamento correto das aberturas de descarga noelemento de turbilhonamento.
Observa-se que as referidas aberturas no elementode turbilhonamento podem ser providas ao invés dasaberturas mencionadas acima no tubo de ciclone e/ou nocorpo de fluxo. Em outras configurações as aberturas dedescarga são providas no tubo de ciclone, no elemento deturbilhonamento e/ou no corpo de fluxo.
De acordo com uma primeira configuraçãopreferencial, as aberturas são providas em uma zonacircunferencial adjacente ao tubo de ciclone para guiarem afração pesada através das primeira e segunda passagens defluxo para a saida de descarga da segunda passagem defluxo. Quando as aberturas são dispostas nesta zona, afração pesada é portanto descarregada através do elementode turbilhonamento. Em uma outra configuração preferencialas aberturas são providas em uma zona circunferencialadjacente ao corpo de fluxo para guiarem a fração leveatravés das primeira e segunda passagens para a saida dedescarga da segunda passagem de fluxo. Nesta configuração afração leve é portanto descarregada através do elemento deturbilhonamento.
De acordo com uma configuração preferencialadicional, a segunda passagem de fluxo é definida nointerior do corpo de fluxo, por exemplo tornando-se o corpode fluxo totalmente ou parcialmente oco ou medianteprovisão no mesmo de um ou mais canais. A fração relevante(fração leve ou fração pesada) pode desta forma serdescarregada de uma maneira estruturalmente simples e semafetar adversamente o fluxo no espaço de fluxo em torno docorpo de fluxo.
Independentemente da localização em que asaberturas são dispostas no elemento de turbilhonamento, asegunda passagem de fluxo pode igualmente ser definidaentre a carcaça interna e uma segunda carcaça externadisposta em torno da carcaça interna. Nesta configuração afração (fração leve ou fração pesada) descarregada atravésdas aberturas não é descarregada para o lado internoatravés do corpo de fluxo sendo ao invés disso descarregadaradialmente para o lado externo através de um segundoespaço de fluxo presente em torno do espaço de fluxomencionado acima. Nesta configuração é possível utilizar ummétodo de construção muito compacto, isto é, a extensão doseparador de ciclone pode ser relativamente curta.
Outras vantagens, características e detalhesadicionais da presente invenção serão elucidados com basena descrição que é dada a seguir das configuraçõespreferenciais da mesma. Na descrição é feita referência àsfiguras que se encontram em anexo, nas quais:
A Figura 1 ilustra uma vista de corte parcial emperspectiva de uma primeira configuração preferencial doseparador de ciclone de acordo com a presente invenção;
a Figura 2 é uma vista de corte longitudinal daprimeira configuração preferencial ilustrada na Figura 1 doseparador de ciclone de acordo com a presente invenção;
a Figura 3 é uma vista de corte parcial emperspectiva de uma segunda configuração preferencial doseparador de ciclone de acordo com a presente invenção;
a Figura 4 é uma vista de corte parcial emperspectiva de uma terceira configuração preferencial doseparador de ciclone de acordo com a presente invenção;
a Figura 5 é uma vista de corte longitudinal daterceira configuração preferencial ilustrada na Figura 4 doseparador de ciclone de acordo com a presente invenção;
a Figura 6 ilustra uma vista de corte parcial emperspectiva de uma quarta configuração preferencial doseparador de ciclone de acordo com a presente invenção;
a Figura 7 é uma vista de corte longitudinal daquarta configuração preferencial do separador de cicloneilustrado na Figura 6;
a Figura 8 é um desenho de linha em corte parcial,em perspectiva, de uma quinta configuração preferencial doseparador de ciclone de acordo com a presente invenção;
a Figura 9 é uma vista de corte parcial emperspectiva da quinta configuração preferencial da Figura 8; e
a Figura 10 é um desenho de linha em corte parcialde uma sexta configuração preferencial do separador deciclone de acordo com a invenção.
As configurações do separadores de acordo com ainvenção conforme ilustradas nas Figuras 1-6 sãoparticularmente, embora não exclusivamente, destinadas àseparação de uma fase gasosa (vapor de fase gasosa) de umafase liquida (água/óleo) , por exemplo em uma tubulação queconduz a uma plataforma de petróleo. Conforme foi indicadoacima, os separadores podem entretanto ser utilizados paraseparação das misturas aleatórias de um ou mais líquidos,um ou mais gases e/ou um ou mais tipos diferentes departículas sólidas. As Figuras 8-10, por exemplo, ilustramseparadores que são particularmente, embora nãoexclusivamente, adequados para separação de areia/líquido(em que pode igualmente existir presença de gás em maior oumenor grau no líquido).
As Figuras 1 e 2 ilustram uma primeira configuraçãode um separador 1 compreendendo um tubo de ciclone 2 que éprovido em sua extremidade proximal com uma abertura deadmissão 3 para acoplamento à parte de alimentação de umatubulação (não ilustrada). Na extremidade distai do tubo deciclone 2 encontra-se uma saída de descarga 3* paraacoplamento a uma parte de descarga da tubulação (nãoilustrada). No espaço de fluxo 4 definido no interior dotubo 2 encontra-se disposto um corpo de fluxo central 5 quese estende na direção axial (direção-z conforme ilustradana Figura 1) . Uma aba de guia curva 10 é disposta entre asuperfície interna do tubo 2 e a superfície externa docorpo de fluxo 5.
São definidas três regiões diferentes entre aextremidade proximal 11 e a extremidade distai 12 da aba deguia 10. Uma região de ingresso (E) é definida estendendo-se na direção de jusante a partir da extremidade proximal.
Uma região de recuperação de pressão (P) é definidaestendendo-se na direção de jusante a partir da extremidadeposterior 12 da aba de guia 10, enquanto uma regiãointermédia ou região de remoção ® é definida na regiãoentre a região de ingresso (E) e a região de recuperação depressão (P). A função da aba de guia na região de ingresso(E) consiste em imprimir rotação (conforme ilustrada pelaseta P2 na Figura 1) à mistura em entrada (Figura 2, Pi)fluindo ao longo da aba de guia 10.
Para causar o movimento de rotação da mistura, oângulo α, que é definido como o ângulo entre a direçãoaxial (direção-z) e a aba de guia 10 na superfície externado corpo de fluxo 5, tem inicialmente um valor de cerca de
0 graus, e este ângulo aumenta gradualmente de forma aaumentar a curvatura da aba de guia. Na regiãointermediária ® o referido ângulo α permanece constante, ouquase constante, para permitir que a mistura rode a umavelocidade de rotação mais ou menos idêntica. Na região derecuperação de pressão (P) o ângulo α é gradualmentereduzido desde seu valor na região intermediária atésubstancialmente 0 graus para redução da rotação da misturafluindo ao longo da aba de guia 10.
Na configuração ilustrada, uma borda de cada aba deguia é fixada à superfície interna do tubo ou carcaça 2,enquanto a borda oposta da aba de guia 10 é fixada ao corpode fluxo 5. São entretanto possíveis outras disposições,por exemplo com as abas de guia sendo somente fixadas aocorpo de fluxo 5.
Nas configurações ilustradas a mistura roda nosentido horário. Deverá ser entendido que em outrasconfigurações (não ilustradas) a rotação pode igualmenteocorrer no sentido anti-horário.
Como resultado da curvatura da aba de guia 10 naregião de ingresso (E) uma parte da mistura, isto é, afração relativamente pesada da mistura, é arremessada parao lado de fora pelo movimento de rotação, e esta parte étransportada para uma zona externa substancialmente angular
O (Figura 2) após ter alcançado a região intermédia R. Umaoutra parte da mistura, isto é, a parte relativamente leveda mesma, irá permanecer em uma zona central ou zona denúcleo C. Nas Figuras 1 e 2 o limite entre a zona externa Oe a zona C é indicado por uma linha tracejada. Na prática,entretanto, não existe uma delimitação abrupta entre asduas zonas. Existe na realidade uma região de transmissãoentre as duas zonas.
A fração relativamente pesada da mistura que seencontra presente na região de ingresso no espaço de fluxoe que é arremessada para o lado de fora vem eventualmentedispor-se na região intermédia ® em uma ou mais aberturasou perfurações 13 providas na aba de guia 10. A fraçãopesada é descarregada (P3) através destas aberturas 13 paraum espaço vazado 15 no interior da aba de guia 10 e édescarregada através deste espaço vazado 15 para a passagemde fluxo interna 8 provida no corpo de fluxo 5. Naconfiguração ilustrada a passagem de fluxo é formadamediante configuração do corpo de fluxo 5 pelo menosparcialmente como um tubo oco. Em outras configurações (nãoilustradas) as passagens através do corpo de fluxo 5 sãoconfiguradas em um ou mais canais ou tubos dispostos dentroou sobre o corpo de fluxo 5.
A passagem de fluxo interna 11 pode ser acoplada aum tubo de descarga 14 através do qual neste caso a fraçãopesada pode ser descarregada (P4-P6) . Na configuraçãoilustrada a fração leve da mistura em entrada permanece nazona interna C e dessa forma não alcança a parte da aba deguia 10 na qual se encontram situadas as aberturas 13. Afração leve prossegue seu percurso (P7) e é descarregadaatravés da saida de descarga 3' (P8).
A Figura 3 ilustra uma segunda configuraçãopreferencial da invenção em que as aberturas 16 na aba deguia 10 são providas na zona interna C. Devido ao fato deas aberturas 13 serem providas na zona interna nestaconfiguração, as aberturas funcionarão como pontos dedescarga para a fração leve presente nesta zona C. De umaforma similar àquela descrita acima para a primeiraconfiguração, a fração leve que vem dispor-se na regiãocentral C é descarregada através da passagem 15 provida naaba de guia 10 e da passagem 11 provida no corpo de fluxona direção do tubo de descarga 14, através do qual a fraçãoleve pode ser descarregada.
As Figuras 4 e 5 ilustram uma terceira configuraçãopreferencial da invenção na qual uma ou mais passagens 16no interior da aba de guia 10 se encontra(m) em comunicaçãode fluxo com um segundo espaço de fluxo 17 situadoexternamente ao tubo de ciclone 2. Nesta configuraçãopreferencial a fração separada que ingressou através dasaberturas, ao invés de ser transportada radialmente paradentro na direção do corpo de fluxo 5, é transportada parafora na direção radial para o segundo espaço de fluxo 17.
Quando as aberturas de descarga 13 são por exemplo providasna zona externa (0) , e as aberturas portanto descarregam afração pesada, a fração pesada é descarregada racialmentepara fora na direção do segundo espaço de fluxo 17 (Pi0)sendo subseqüentemente descarregada na direção longitudinaldo separador (Pn). A fração leve situada na área central Ccontinua seu percurso ao longo do primeiro espaço de fluxoe é descarregada na extremidade externa do mesmo (Pi2).
Quando, inversamente, as aberturas de descarga 13são providas na região central interna C, estas aberturasfuncionam como pontos de descarga para a fração leve. Estaconfiguração é ilustrada por exemplo nas Figuras Sei.
Nesta configuração a fração leve, após ter ingressado noespaço interno da aba de guia 10, é descarregadaradialmente para fora (Pi0) na direção do segundo espaço defluxo 17 e é subseqüentemente descarregada na direçãolongitudinal do segundo espaço de fluxo (Pn) . Nas primeiraaté quarta configurações da invenção aqui referidas, osresultados calculados da separação, tendo em vista o fatode o ciclone prover um fluxo estável, são muito similaresaos valores de separação medidos, o que permite uma boaotimização do ciclone para uma aplicação especifica.A quinta e particularmente vantajosa configuraçãopreferencial da invenção ilustrada nas Figuras 8 e 9 temigualmente esta vantagem. Esta configuração preferencial éparticularmente adequada para sepa ração de uma mistura deareia/liquido, em que a fase leve (o liquido) édescarregada através de um tubo interno e da aba ou abas deguia. 0 separador de ciclone 20 consiste em um tubo internoalongado 21 (ilustrado em corte parcial) e um tubo externo22 disposto concentricamente em torno do mesmo. Um espaçode fluxo 23 é definido entre a superfície externa do tubointerno 21 e a superfície interna do tubo externo 22. Umaparede divisória substancialmente anular 24 é provida naextremidade externa de montante dos tubos externo e interno22, 21, de tal forma que o espaço de fluxo 23 é fechadonessa extremidade. A parede divisória 24 pode ser fixada auma flange 25, com esta flange sendo provida com aberturasde fixação 26 com as quais a flange pode ser fixada àextremidade externa de um tubo {não ilustrado) de umatubulação. Similarmente disposta na extremidade externaoposta do separador 20 encontra-se uma flange 27 provida demaneira similar com aberturas de fixação 28 para fixação deum tubo seguinte (não ilustrado) da tubulação. Um corpo defluxo 30 é disposto no tubo interno 21. Na configuraçãoilustrada este corpo de fluxo 30 é um tubo alongado quepossui em sua extremidade externa de montante uma parteconvergente, que na configuração ilustrada consiste em umaparte de formato cônico 40. Para maior clareza no desenho,uma parte do tubo do corpo de fluxo 30 é ilustrada emcorte. Na realidade, entretanto, o corpo de fluxo 30 éfechado (exceto evidentemente no que diz respeito àsaberturas que proporcionam acesso às abas de guia eaberturas 41 na extremidade externa do corpo de fluxo,conforme será descrito mais adiante).
As abas de guia 31 e 32 são dispostas na superfícieexterna do corpo de fluxo 30 e/ou sobre a superfícieinterna do tubo interno 21. Cada uma das abas de guia 31,32 compreende uma parte de montante 33 estendendo-sepraticamente em uma direção axial do separador 20 e umaparte de jusante curva que assegura que a mistura que fluiao longo da mesma seja colocada em rotação. No interior decada uma das abas de guia 31, 32, preferencialmente (emboraisto não constitua uma limitação) na parte de montante 35da mesma, são providos canais 36 que são acoplados de umlado ao espaço interno 35 do corpo de fluxo 30 e que sãoacoplados do outro lado através de aberturas 37 ao espaçode fluxo 23 entre o tubo interno 21 e o tubo externo 22.
São dispostas aberturas na posição da parteconvergente 40 do corpo de fluxo. Na configuração ilustradaas aberturas são constituídas por fendas curvas 41, em queestas aberturas proporcionam acesso do espaço de fluxo 29,que é definido entre a superfície externa do corpo de fluxo30 e a superfície interna do tubo interno 21, para ointerior 35 do corpo de fluxo 30.
Próximo da parte convergente 40 do corpo de fluxo30, β ligeiramente a jusante da mesma na configuraçãoilustrada, o tubo interno 21 é similarmente provido com umaparte convergente 45 de tal forma que a distânciaintermédia entre a superfície externa do corpo de fluxo 30e a superfície interna do tubo interno 21 permanecepraticamente constante, também na região em que a parteconvergente 40 do corpo de fluxo 30 se encontra situado. Oespaço de fluxo 29 desemboca em um tubo de descarga 46 queé disposto e se estende quase centralmente no espaço defluxo e que por sua vez descarrega para um tubo de descarga47 ao longo do qual uma parte da mistura pode serdescarregada, conforme será descrito mais adiante. O espaçode fluxo 23 entre a superfície externa do tubo interno 21 ea superfície interna do tubo externo 22 desemboca em umaparte relativamente ampla 23' na extremidade distai 4 6 doseparador 20 para descarga da parte da mistura que ali seencontra fluindo na direção da parte seguinte da tubulação(não ilustrada).
Em utilização, a mistura para separação ingressa riaextremidade proximal 47 do separador 20 (P13) e passa parao interior do espaço de fluxo 29. A mistura sob pressãoprossegue seu percurso e flui ao longo do lado externo docorpo de fluxo 30 até a mistura alcançar as abas de guia31, 32. As abas de guia 31, 32 imprimem à mistura que fluiao longo das mesmas uma rotação (Pu), mediante a qual, deuma maneira conhecida, a mistura realiza um movimento derotação no espaço de fluxo 29. As partes relativamentepesadas, por exemplo as partículas sólidas em um separadorde areia/líquido, vêm depositar-se em uma região próxima dasuperfície interna da parede interna 21, enquanto as partesrelativamente leves da mistura, isto é, o líquido napresente configuração, vêm depositar-se em uma regiãopróxima da superfície externa do corpo de fluxo. Quando afração leve alcança a extremidade externa cônica 40 docorpo de fluxo 30 provida com aberturas 41, a fração leve édescarregada radialmente (P15) e em seguida axialmente (Pi6)na direção da parte proximal 47 do separador. A fração leveé dessa forma enviada em retorno na direção dos canais 36providos nas abas de guia. Conforme foi mencionado acima,existe uma passagem livre entre o espaço interno 35 docorpo de fluxo 30 e o espaço de fluxo 23 entre o tuboexterno 22 e o tubo interno 21. Conseqüentemente a fraçãoleve é transportada através dos canais 36 para o espaço defluxo 23 (Pn) e subseqüentemente descarregada através doespaço de fluxo 23' (direção Pi8) na direção da extremidadedistai 4 6 do separador. Ali a fração leve separada édescarregada (Pi9) através da tubulação (não ilustrada).
A fração pesada, por outro lado, que como resultadodas forças centrífugas realiza um movimento de rotação naproximidade da superfície interna do tubo interno 21,permanece no espaço de fluxo 29 e ingressam (Pi9, P2o e P2i)no tubo de descarga 46 mencionado acima. Sste tubo dedescarga 46 descarrega a fração pesada através da saída dede scarga 47 (P22) · Desta forma é possível realizar umseparador muito compacto que fica totalmente alinhado com atubulação (um assim designado separador em linha) .
A Figura 10 ilustra uma sexta configuraçãopreferencial do separador de ciclone. Esta configuração équase totalmente semelhante à quinta configuração doseparador descrita acima, e dessa forma poderá ser aquiomitida uma descrição detalhada da operação do separador -na medida em que esta operação é idêntica à da quintaconfiguração. Na presente configuração, não somente asaberturas 41 são dispostas na parte distai 40 do corpo defluxo, mas também são providas aberturas 50 na partecilíndrica 49 de localização mais proximal do corpo defluxo. Particularmente quando a fase líquida (líquido/gásem um separador de sólido/líquido) contém uma quantidaderelativamente grande gás, as aberturas adicionais 50 nocorpo de fluxo produzem um aperfeiçoamento da descarga dafração leve, que aumenta a eficiência de separação a seralcançada pelo separador de ciclone.
A presente invenção não se encontra limitada àsconfigurações preferenciais da mesma aqui descritas. Osdireitos pretendidos são ao invés disso definidos pelasreivindicações que se encontram a seguir, dentro do escopodas quais podem ser concebidas muitas modificações.
Claims (21)
1. SEPARADOR DE CICLONE PARA SEPARAÇÃO DE UMAMISTURA CONTENDO PARTÍCULAS SÓLIDAS, LÍQUIDO E/OU GÁS EMUMA FRAÇÃO PESADA E UMA FRAÇÃO LEVE, o separador sendocaracterizado por compreender:- uma carcaça definindo um espaço de fluxo atravésdo qual a mistura deverá fluir, em que a carcaça possui umaabertura de admissão para a mistura a ser separada e umaabertura de descarga para descarregar alternativamente afração pesada ou a fração leve da mistura;- um corpo de fluxo alongado disposto no espaço defluxo ao longo do qual a mistura a ser separada pode serconduzida;pelo menos um elemento indutor deturbilhonamento disposto entre o corpo de fluxo e a carcaçainterna, o elemento indutor de turbilhonamento sendo curvode forma a imprimir à mistura em entrada um movimento derotação para o propósito de separação da mistura na fraçãopesada e na fração leve;- meios de descarga para descarga das fraçõespesada e leve separadas, em que os meios de descargacompreendem pelo menos uma passagem de fluxo definida nointerior do referido pelo menos um elemento deturbilhonamento.
2. Separador de ciclone, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por compreender:pelo menos uma segunda passagem de fluxodefinida no interior do corpo de fluxo e ligada à primeirapassagem de fluxo no elemento de turbilhonamento;- uma carcaça externa disposta em torno da carcaçainterna, em que as carcaças externa e interna definem umaterceira passagem de fluxo acoplada à primeira passagem defluxo;em que os meios de descarga compreendemadicionalmente uma ou mais aberturas no corpo de fluxo, comas aberturas ligadas à segunda passagem de fluxo nointerior do corpo de fluxo para descarga da fração leveseparada através das aberturas e das segunda, primeira eterceira passagens, respectivamente.
3. Separador de ciclone, de acordo com areivindicação 2, caracterizado por as aberturas seremprovidas em uma região próxima da extremidade de jusante docorpo de fluxo.
4. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 2 e 3, caracterizado por o corpo defluxo ter uma parte convergente na extremidade de jusanteao mesmo.
5. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 2 a 4, caracterizado por a parteconvergente ter um formato substancialmente cônico.
6. Separador de ciclone, de acordo com areivindicação 4 ou com a reivindicação 5, caracterizado poras aberturas serem providas somente na parte convergente.
7. Separador de ciclone, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por o corpo de fluxo incluiruma parte substancialmente cilíndrica e uma parteconvergente, com as aberturas sendo providas tanto na parte,cilíndrica quanto na parte convergente.
8. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 2 a 6, caracterizado por a carcaçainterna possuir uma parte convergente.
9. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 2 a 6, caracterizado por a distânciamútua entre a carcaça interna e o corpo de fluxo sersubstancialmente constante ao longo do separador.
10. Separador de ciclone, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por os meios de descargacompreenderem adicionalmente:uma ou mais aberturas no elemento deturbilhonamento, em que as aberturas são acopladas àprimeira passagem de fluxo;- uma segunda passagem de fluxo acoplada . àprimeira passagem de fluxo no referido pelo menos umelemento de turbilhonamento, a segunda passagem de fluxoestendendo-se para uma saída de descarga para de scarga dafração pesada ou da fração leve, com a outra fração devendoser descarregada da saída de descarga da carcaça.
11. Separador de ciclone, de acordo com areivindicação 10, caracterizado por as aberturas seremprovidas em uma zona circunferencial na adjacência dacarcaça para guiarem a fração pesada através das primeira esegunda passagens de fluxo para a saida de descarga dasegunda passagem de fluxo.
12. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 10 e 11, caracterizado por asaberturas serem providas em uma zona circunferencial naadjacência do corpo de fluxo para guiarem a fração leveatravés das primeira e segunda passagens para a saida dedescarga da segunda passagem de fluxo.
13. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 10 a 12, caracterizado por a segundapassagem de fluxo ser definida no interior do corpo defluxo.
14. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por a segundapassagem de fluxo ser definida entre a carcaça interna euma segunda carcaça externa disposta em torno da carcaçainterna.
15. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por ascarcaças interna e externa serem substancialmente tubularese a passagem entre as carcaças interna e externa sersubstancialmente anular.
16. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 2 a 15, caracterizado por a(s) umaou mais aberturas consistir(em) em aberturas alongadasestendendo-se substancialmente paralelamente à direção defluxo principal local da mistura.
17. Separador de ciclone, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 16, caracterizado por oseparador ser adaptado para ser disposto entre tubos de umatubulação de forma a constituir uma parte de uma tubulação.
18. Separador de ciclone, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por o separador poder sermontado de forma a ficar alinhado com a tubulação.
19. VASO DE SEPARAÇÃO POR GRAVIDADE, caracterizadopor ser provido com pelo menos um separador de cicloneconforme reivindicado em qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes.
20. MÉTODO DE SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA CONTENDOPARTÍCULAS SÓLIDAS, LÍQUIDO E/OU GÁS EM UMA FRAÇÃO PESADA EUMA FRAÇÃO LEVE, o método sendo caracterizado porcompreender as etapas de:a) provisão de um separador de ciclonecompreendendo:- uma carcaça definindo um espaço de fluxo atravésdo qual a mistura deverá fluir, em que a carcaça possui umaabertura de admissão para a mistura a ser separada e umaabertura de descarga para descarregar a fração pesada damistura;- um corpo de fluxo alongado disposto no espaço defluxo ao longo do qual a mistura a ser separada pode serconduzida;pelo menos um elemento indutor deturbilhonamento disposto entre o corpo de fluxo e a carcaçainterna, o elemento indutor de turbilhonamento sendo curvode forma a imprimir à mistura em entrada um movimento derotação para o propósito de separação da mistura na fraçãopesada e na fração leve;- meios de descarga para descarga da fração leve,em que os meios de descarga compreendem pelo menos umapassagem de fluxo definida no interior do referido pelomenos um elemento de turbilhonamento, pelo menos umasegunda passagem de fluxo definida no interior do corpo defluxo e acoplada à primeira passagem de fluxo no elementode turbilhonamento, pelo menos uma terceira passagem defluxo acoplada à primeira passagem de fluxo, em que aterceira passagem de fluxo é definida entre uma carcaçaexterna disposta em torno da carcaça interna, e uma ou maisaberturas no corpo de fluxo, em que as aberturasestabelecem ligação com a segunda passagem de fluxo nointerior do corpo de fluxo;b) encaminhamento da mistura a ser separadaatravés da referida abertura de admissão;c) imposição de um movimento de rotação à mistura,fazendo a mistura ser separada em uma fração pesada e umafração leve;d) encaminhamento da fração leve separada atravésdas aberturas no corpo de fluxo;e) encaminhamento da fração leve em um percurso deretorno através da segunda passagem no interior do corpo defluxo;f) encaminhamento da fração leve da segundapassagem através da primeira passagem no elemento deturbilhonamento;g) descarga da fração leve através da terceirapassagem entre a carcaça externa e a carcaça interna;h) descarga da fração pesada através da referidasaída de descarga da carcaça interna.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado por o separador de ciclone consistir em umseparador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-19.
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