KR101701908B1

KR101701908B1 - 분리기

Info

Publication number: KR101701908B1
Application number: KR1020150144081A
Authority: KR
Inventors: 김성우; 이희웅; 임효남
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2017-02-02

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 유입부와 유출부가 구비된 하우징; 상기 하우징의 내측 벽면을 향해 유체가 분사되도록 배치되는 분사 노즐; 상기 하우징의 내측 하단에 설치되는 샌드팬; 및 상기 분사노즐과 상기 샌드팬 사이에 상기 하우징의 바닥면에서 이격 설치되는 유동 안내부를 포함한다.

Description

분리기{Separator having sand pan}

본 발명은 분리기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리기에 유입된 모래를 부유화(fluidization)하여 모래의 배출을 용이하도록 한 분리기에 관한 것이다.

일반적으로 유정으로부터 추출된 유정 유체는 오일, 가스, 물로 분리되는 과정을 거친다. 이러한 분리를 위하여 유정 유체는 분리기(separator)로 이송된다.

유정에서 유정 유체를 추출할 때 1차적으로 스크린(screen)을 설치하여 모래를 걸러내지만, 스크린 사이즈보다 작은 모래는 유정 유체에 포함되어 분리기로 유입된다.

그러나, 분리기로 유입된 모래는 분리기 하부에 퇴적되어 분리기의 효율을 저하시키고 고장의 원인이 되기 때문에 퇴적된 모래를 지속적으로 또는 주기적으로 제거할 필요가 있다.

종래에는 모래 제거를 위해 분리기 하단에 분사 노즐을 설치하여 물을 분사함으로써 모래와 물의 혼합물이 슬러리(slurry) 상태로 드레인을 통해 배출되도록 하였다.

그러나, 노즐에서 분사된 물에 의해 모래가 부유(fluidization) 또는 유동될 때 유동 영역이 분리기 내의 물 구역(water phase) 전체를 순환하게 되면 모래와 물의 혼합물이 배출되는 시간이 길어지는 문제점이 있다. 따라서, 분리기 내에서 효율적으로 모래를 제거하기 위해서는 모래와 물의 혼합물이 유동되는 영역을 제한할 필요가 있다.

미국공개특허 제2007-0095365호(2007.05.03. 공개)

본 발명의 실시예들은 분리기의 하부에 퇴적된 모래를 제거하기 위해 유체를 분사 노즐에서 분사하여 유동시킬 때, 유동화된 모래의 유동영역이 제한되도록 함으로써 보다 효과적으로 퇴적 모래를 제거하도록 한 분리기를 제공한다.

유동 안내부는, 단면이 평평한 판상으로 형성되는 유동 안내판을 포함할 수 있으며, 유동 안내판은, 경사지게 설치될 수 있다.

또한, 유동 안내부는, 단면이 상측으로 볼록하게 형성되는 유동 안내판을 포함할 수도 있다.

여기서, 유동 안내부는, 하우징 내부에서 지지되는 지지수단을 더 포함할 수 있다.

상기 지지수단은, 일단이 상기 하우징의 바닥면과 접하고 타단이 상기 유동 안내판의 하측면에 접하는 세로 지지대와, 상기 세로 지지대 사이를 연결하는 가로 지지대를 더 포함하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 지지수단은, 양 끝단이 상기 하우징의 내부 양측면에 접하는 가로 지지대와, 일단이 상기 가로 지지대와 접하고 타단이 상기 유동 안내판의 상측면과 접하는 세로 지지대를 더 포함하도록 구성할 수도 있다.

이상과 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 분사 노즐에 의해 발생된 모래와 물의 혼합물이 유동 안내부에 의해 흐름이 안내되도록 함으로써 유동화된 모래가 제한된 영역 내에서 유동되면서 효과적으로 분리기 외부로 배출되는 효과가 있다.

또한, 유동 안내부의 상측면에 떨어진 모래가 아래쪽으로 미끄러지도록 유동 안내부의 전부 또는 일부를 경사지게 형성함으로써 유동 안내부의 상측면에 모래가 퇴적되지 않도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 분리기의 내부 구성도이고,
도 2는 일반적인 분리기의 분사장치에 공급되는 물의 경로를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분리기의 사시도이고,
도 4는 도 3의 측면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리기의 사시도이고,
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 분리기의 사시도이고,
도 7은 본 발명의 또다른 실시예들에 따른 분리기의 사시도이고,
도 8은 일반적인 분리기의 유동 해석과 도 6의 실시예에 따른 분리기의 유동 해석 결과를 각각 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1은 일반적인 분리기의 내부 구성도이다.

분리기(10)는 유입부(13)를 통해 유정에서 생산되는 유정 유체(가스, 물, 오일이 혼합된 3상의 물질)가 유입되고, 유입된 유정 유체가 가스, 물, 오일로 각각 분리되어 배출되도록 하우징(11)에 가스 배출부(15), 물 배출부(17), 오일 배출부(18)가 각각 형성된다.

이와 같은 분리기(10)는, 먼저 유입된 3상의 유정 유체가 인렛 장치(23)을 통해 액체(a)와 가스-미스트(mist) 혼합물로 분리된 다음, 가스-미스트 혼합물은 미스트 제거기(25)를 거쳐 가스(c)가 분리되어 가스 배출부(125)로 배출되고, 액체(a)와 미스트 제거기(25)에서 수집된 미스트(b)는 유수분리장치(24) 및 위어(Weir, 22)를 통과하면서 물과 오일로 분리되어 각각 물 배출부(17)와 오일 배출부(18)로 배출된다.

분리기(10)에는 3상의 유정 유체와 함께 모래도 같이 유입되어 분리기(10) 하단에 퇴적되는 바, 이를 제거하기 위해서 분리기(10)의 하단에 샌드젯(sand jet)을 설치한다.

도 2는 일반적인 분리기의 분사장치에 공급되는 물의 경로를 도시한 것으로, 이를 참조하면, 물 공급부(30)를 통해 공급되는 물이 유량조절 밸브(31)를 통과하여 유입 배관(33)으로 유입된 다음, 분사장치(34)로 물을 분배하도록 구성된다. 분사장치(34)를 통과한 물은 배출 배관(35)를 통해 배출 밸브(36)를 지나 배출되도록 구성된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분리기의 사시도이고, 도 4는 도 3의 측면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 유입부와 유출부가 구비된 하우징(111)과, 상기 하우징(111)의 내측 하부에 설치된 샌드젯과, 유동을 안내하는 유동 안내부(140)을 포함한다.

여기서, 샌드젯은 물을 분사하는 분사 노즐(135)과, 바닥에 구비된 배출부(drain)의 막힘을 방지하는 샌드팬(sand pan, 121)을 포함한다.

분사 노즐(135)는 하우징(111)의 내측 하부에 퇴적된 모래를 유동화시키도록 물을 분사하는 것으로, 복수개가 유입 배관을 따라 배열되어 하우징(111)의 바닥에 넓게 퇴적된 모래를 골고루 유동화시킬 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 분사 노즐(135)은 하우징(111) 내벽면에 소정 각도를 이루며 물이 분사되도록 절곡 형성된다. 분사 노즐(135)에서 분사된 물은 하우징(111) 벽면을 따라 유동되면서 하측에 퇴적된 모래를 유동화시키고, 유동화된 모래는 하우징(111) 바닥 중앙에 위치한 샌드팬(121)으로 유동하게 된다.

샌드팬(121)은 하우징(111)의 내측 바닥에 설치되는데, 샌드팬(121)의 내측에 위치한 배출부(미도시)를 감싸도록 설치되어 배출부의 막힘을 방지하게 된다.

여기서, 샌드팬(121)은 그 단면이 '∧'형을 이루도록 중앙 부분이 상방으로 뽀족하게 절곡되고, 그 하측단에는 모래 배출홈이 절개 형성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 분사 노즐(135)에서 물이 분사되어 유동화된 모래의 유동을 안내하도록 분사 노즐(135)과 샌드팬(121) 사이에 유동 안내부(140)가 설치된다.

여기서, 유동 안내부(140)는, 하우징(111)의 바닥면에서 이격 설치되고, 단면은 상측으로 볼록한 '∧'형인 유동 안내판(141)을 포함한다.

또한, 유동 안내부(140)는, 유동 안내판(141)을 아래방향에서 지지하도록 일단이 상기 하우징(111)의 바닥면과 접하고 타단이 상기 유동 안내판(141)의 하측면에 접하는 세로 지지대(143)와, 세로 지지대(143) 사이를 가로로 연결하는 가로 지지대(145)를 더 포함한다.

여기서, 세로 지지대(143)는, 그 단면이 원형 또는 유선형으로 형성되어 물과 모래의 혼합 유체가 유동될 때 흐름을 방해하지 않고 원활하게 이동되도록 한다. 가로 지지대(143)도 유동을 방해하지 않고 상측에 모래가 퇴적되지 않도록 단면이 원형 또는 유선형으로 형성될 수 있다.

한편, 세로 지지대(143)는 다양한 높이로 설치될 수 있다. 도 3 및 도 4의 일실시예에서는 분사 노즐(135)과 인접한 세로 지지대(143)가 가장 높이 설치되고 분사 노즐(135)과 멀어질수록 점점 낮아지다가 샌드팬(121)과 가장 인접한 세로 지지대는 다시 높아지도록 구성하였다. 이는 하우징(111)을 따라 이동하는 유동화된 모래의 흐름을 안내하도록 하우징(111)의 형상을 따라 점점 낮아지게 세로 지지대(143)를 설치하고, 샌드팬(121)과 맞닿은 후 상승하는 유동을 제한하도록 샌드팬(121)과 가장 인접한 세로 지지대는 옆의 인접한 세로 지지대보다 높게 설치된 것이다.

한편, 도 3 및 도 4의 실시예에서는 도시되지 않았으나, 세로 지지대(143)은 전술한 바와 같은 특정한 패턴으로 설치되지 않고, 랜덤한 높이들로 설치될 수도 있다. 이 경우에는, 분사 노즐(135)의 물이 분사되는 속도나 하우징(111)의 크기 등 다양한 설계조건을 고려하여 랜덤하게 설치된 유동 안내부(140)의 유동해석을 통해 최적의 높이 조건을 찾아서 설치하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 세로 지지대(143)는 제작의 용이성을 고려하여 모두 동일한 높이로 설치될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리기의 사시도로서, 유동 안내판(151)의 단면이 상측으로 볼록한 '∩'형으로 형성된다. 또한, 유동 안내판(151)을 지지하도록 하우징(111)의 바닥면과 유동 안내판(151) 사이에 세로 지지대(153)가 설치되고, 세로 지지대(153)들 사이에는 가로 지지대(155)가 설치된다.

도 3 내지 도 5의 실시예들에서는 유동 안내판(141,151)의 단면 형상은 '∧'형 또는 '∩'형으로 개시되어 있으나, 유동 안내판의 형상은 이에 한정되지 아니하고 상측으로 볼록하게 형성된 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 예를 들면, 단면이 상측으로 볼록하면서 좌우가 비대칭되는 익형의 일부분으로 형성될 수도 있으며 다각형의 형태로 형성될 수도 있다. 이와 같은 유동 안내판은 볼록하게 형성되어 유동 안내판 위에 퇴적되는 모래가 중력에 의해 낙하하게 됨으로써 모래의 퇴적을 방지하게 된다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 분리기의 사시도로서, 이를 참조하면, 분리기는, 하우징(111) 내측에 설치되는 분사 노즐(135), 샌드팬(121), 유동 안내판(161)을 포함한다.

유동 안내판(161)은 평평한 판상으로 형성되고, 소정의 각도로 경사지게 설치될 수 있다.

유동 안내판(161)이 경사지게 설치됨으로써 모래가 유동 안내판(161)의 상측면에 퇴적되지 않게 된다. 또한, 경사지게 설치된 유동 안내판(161)은 분사 노즐(135)에서 물이 분사됨으로써 유동화된 모래가 샌드팬(121)과 부딪친 후에 상승되어 선회될 때 유동영역을 제한함으로써 유동화된 모래의 유동이 대략 타원형으로 회전되도록 하는 기능을 수행한다.

여기서, 유동 안내판(161)은, 그 상측에서 지지될 수 있도록 양 끝단이 상기 하우징의 내부 양측면에 접하는 가로 지지대와, 일단이 가로 지지대와 접하고 타단이 유동 안내판(161)의 상측면과 접하는 세로 지지대로 구성되는 지지부(163)를 더 포함한다. 도 3 내지 도 5의 실시예들에서와 달리, 유동 안내판(161)의 상측에 지지부(163)을 배치시킴으로써 유동 안내판(161) 아래쪽에서 유동되는 모래의 흐름이 지지부(163)에 의해 방해되지 않게 된다.

한편, 도 6에 도시되지 않았지만, 유동 안내판(161)은 경사지지 않고 수평을 유지하도록 설치될 수도 있다. 이 경우에는 제작이 용이한 이점이 있으나, 모래가 퇴적될 수 있기 때문에 유동 안내판(161)의 평평한 면에 다수의 관통홀을 형성하여 모래가 관통홀로 빠져나갈 수 있도록 구성함으로써 유동 안내판 상측면에 모래가 퇴적되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예들에 따른 분리기의 사시도로서, 이를 참조하면 분리기는, 하우징(111) 내측에 설치되는 분사 노즐(135), 샌드팬(121)을 포함하되, 유동 안내판(171,181)의 단면 형상은 각각 '∧'형 또는 '∩'형으로 형성될 수 있다. 이와 같은 형상들로 구성된 유동 안내판(171,181)은 도 6에 판상으로 형성된 유동 안내판(161)과 동일한 기능을 수행한다.

도 6 및 도 7에서는 유동 안내판들(161,171,181)이 샌드팬(121)로부터 멀어질수록 점점 높아지게 설치하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 도 3 내지 도 5에 개시된 바와 같이 다양한 높이로 지지되도록 구성할 수도 있다.

또한, 도 3 내지 도 5에서는 유동 안내판이 하측에서 지지되고, 도 6 내지 도 7에서는 상측에서 지지되도록 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 다양한 형상의 유동 안내판이 상측의 지지부 또는 하측의 지지부와 결합될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 다양한 실시예들에 개시된 유동 안내부는 모두 유동화된 모래의 유동 영역을 제한하는 동일한 기능을 수행하게 된다.

이하, 본 실시예에 따른 분리기의 동작을 도 3을 참조하여 설명한다.

분사 노즐(135)을 통하여 분사된 강한 물은 분리기 하우징(111) 바닥에 퇴적된 모래를 유동(Fluidization)시킴으로써 모래와 물이 혼합된 슬러리(slurry) 상태로 유동하게 된다.

이때, 분사 노즐(135)은 하우징(111) 내벽면에 비스듬하게 물을 분사하기 때문에 유동화된 모래는 하우징(111) 내벽면을 따라 바닥에 위치한 샌드팬(121)에 도달하게 된다.

샌드팬(121)과 맞닿게 된 유동화된 모래는 샌드팬(123) 상측으로 이동하게 된다.

이후, 유동화된 모래는 샌드팬(121)과 분사 노즐(135) 사이에 다수개가 설치된 유동 안내부(140)에 의해 상승이 제한되며 대략 타원형의 유동 영역이 형성되게 된다.

이와 같이 제한된 유동 영역에서 유동되는 유동화된 모래와 물은 샌드팬(121) 하단의 모래 배출홈을 통해 샌드팬(121) 내측에 위치한 배출부(미도시)로 배출되면서 분리기 바닥에 퇴적된 모래가 제거된다. 본 발명의 일실시예에 따른 유동 안내부(140)에 의해 유동화된 모래가 넓게 퍼지지 않고 좁게 제한된 영역에서 유동되기 때문에 보다 효과적이며 신속하게 모래를 배출할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 분리기에 구비된 유동 안내부의 효과는 도 8의 유동해석을 통해서 확인될 수 있다.

도 8은 일반적인 분리기의 유동 해석과 도 6의 실시예에 따른 분리기의 유동 해석 결과를 각각 도시한 것으로 이를 참조하면, (a)에 도시된 일반적인 분리기에서는, 분사 노즐에서 발생한 유동이 분리기 전체로 이동되는 것에 반해, 본 발명의 일실시예에 따른 분리기에 구비된 유동 안내부를 사용할 경우(b), 유동이 상대적으로 분리기의 아래 부분, 즉 유동 안내판의 아래쪽으로 대부분 제한됨을 확인할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 분리기는 유동이 분리기 아래 영역으로 제한됨으로써 유동화된 모래가 보다 효과적이고 신속하게 배출될 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

111: 하우징 121: 샌드팬
135: 분사 노즐 140: 유동 안내부
141,151,161,171,181: 유동 안내판 143: 세로 지지대
145: 가로 지지대

Claims

유입부와 유출부가 구비된 하우징;
상기 하우징의 내측 벽면을 향해 유체가 분사되도록 배치되는 분사 노즐;
상기 하우징의 내측 하단에 설치되는 샌드팬; 및
상기 분사노즐과 상기 샌드팬 사이에 설치되는 유동 안내부를 포함하되,
상기 유동 안내부는,
상기 하우징의 바닥면에서 이격된 위치에 구비되는 유동 안내판;
일단이 상기 하우징의 바닥면과 접하고 타단이 상기 유동 안내판의 하측면에 접하는 세로 지지대; 및
상기 세로 지지대 사이를 연결하는 가로 지지대를 포함하는, 분리기.
청구항 1에 있어서,
상기 유동 안내판은,
단면이 평평한 판상으로 형성되는, 분리기.
청구항 2에 있어서,
상기 유동 안내판은, 경사지게 설치되는, 분리기.
청구항 1에 있어서,
상기 유동 안내판은, 단면이 상측으로 볼록하게 형성되는, 분리기.
청구항 4에 있어서,
상기 유동 안내판은, 단면이 '∧'형 또는 '∩'형으로 형성되는, 분리기.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 세로 지지대 또는 상기 가로 지지대는, 단면이 원형 또는 유선형으로 형성되는, 분리기.
유입부와 유출부가 구비된 하우징;
상기 하우징의 내측 벽면을 향해 유체가 분사되도록 배치되는 분사 노즐;
상기 하우징의 내측 하단에 설치되는 샌드팬; 및
상기 분사노즐과 상기 샌드팬 사이에 설치되는 유동 안내부를 포함하되,
상기 유동 안내부는,
상기 하우징의 바닥면에서 이격된 위치에 구비되는 유동 안내판;
양 끝단이 상기 하우징의 내부 양측면에 접하는 가로 지지대; 및
일단이 상기 가로 지지대와 접하고 타단이 상기 유동 안내판의 상측면과 접하는 세로 지지대를 더 포함하는, 분리기.