KR101742288B1 - 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 하우징; 상기 하우징 내측에 구비되어, 유체를 이용하여 상기 하우징 내측 하부의 퇴적물을 제거하는 샌드젯; 및 상기 하우징 내측 벽면에 설치되어 상기 유체의 유동을 안내하는 유동 안내 블럭을 포함하고, 상기 샌드젯은 상기 하우징의 내측 하방을 향하여 상기 유체가 분사되도록 배치되는 분사 노즐과 상기 유동 안내 블록을 향하여 상기 유체가 분사되도록 배치되는 보조 분사 노즐을 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.

유럽공개특허 EP 2 767 516호(2014.08.20. 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.

본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 하우징; 상기 하우징 내측에 구비되어, 유체를 이용하여 상기 하우징 내측 하부의 퇴적물을 제거하는 샌드젯; 및 상기 하우징 내측 벽면에 설치되어 상기 유체의 유동을 안내하는 유동 안내 블럭을 포함하고, 상기 샌드젯은 상기 하우징의 내측 하방을 향하여 상기 유체가 분사되도록 배치되는 분사 노즐과 상기 유동 안내 블록을 향하여 상기 유체가 분사되도록 배치되는 보조 분사 노즐을 포함한다.

여기서, 샌드젯은 하우징 내측 바닥에 설치되어 퇴적물에 의한 배출부의 막힘을 방지하는 샌드팬을 포함할 수 있다.

또한, 유동 안내 블록은, 보조 분사 노즐과 마주보는 유동 안내면을 구비하되, 유동 안내면의 상단은 하우징의 내측 벽면에서 이격되고, 유동 안내면의 하단은 하우징의 내측 벽면에 접하도록 형성될 수 있다.

여기서, 유동 안내면은, 평면 또는 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 유동 안내 블록은, 일단이 상기 유동 안내면의 상단과 접하고, 타단은 상기 하우징의 내측 벽면에 접하는 상부면을 구비하고, 상기 상부면에서 하측으로 연장되어 상기 유동 안내 블록을 관통하는 관통홀을 구비할 수 있다.

여기서, 상부면은, 하우징의 내측 벽면으로 갈수록 점점 낮아지도록 경사지게 형성되며, 관통홀은 하우징의 내측 벽면에 인접하여 형성될 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 분사 노즐에서 분사된 물이 유동 안내 블록에 의해 유동이 안내되도록 함으로써 유동화된 모래가 제한된 영역 내에서 유동되면서 효과적으로 분리기 외부로 배출되는 효과가 있다.

또한, 유동 안내 블록의 상측면에 떨어진 모래가 아래쪽으로 미끄러지도록 유동 안내 블록에 관통홀을 형성함으로써 유동 안내 블록의 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 부분 확대도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리기에 구비된 유동 안내 블록을 도시한 사시도이다.

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 부분 확대도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 하우징(111)과, 상기 하우징(111)의 내측에 설치된 샌드젯과, 유동을 안내하는 유동 안내 블록(141)을 포함한다.

여기서, 샌드젯은 물을 분사하는 분사 노즐(135)과, 분사 노즐(135)로 물을 공급하는 유입 배관(131), 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. 이에 따라 분사 노즐(135)에서 분사되는 물은 하우징(111)의 내측 벽면과 경사지게 입사된다. 입사된 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 절곡되는 판형부(121a)로 구성되며, 판형부(121a)의 하측단에는 모래 배출홈(121b)이 절개 형성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 분사 노즐(135)에 의해 발생되는 유동에 추가적으로 유동을 발생시키고자 보조 분사 노즐(137)을 더 구비한다.

보조 분사 노즐(137)은 하우징(111)의 내측면과는 다소 떨어진 하우징(111)의 중앙 부근에 설치될 수 있으며, 그 분사 방향은 하우징(111)의 내측 벽면과 수직 또는 수직에 가깝도록 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 유동을 안내하는 유동 안내 블록(141)이 하우징(111)의 내측면에 설치되는데, 그 위치는 보조 분사 노즐(137)이 지향하는 하우징(111) 내측면의 분사되는 지점에 설치된다.

여기서, 유동 안내 블록(141)은 상측에 위치한 상부면(141a)과, 유동을 안내하도록 측면에 위치한 유동 안내면(141b)를 포함한다.

유동 안내 블록(141)의 상부면(141a)은 일단이 유동 안내면(141b)의 상단과 접하고, 타단은 하우징(111)의 내측 벽면에 접하도록 형성된다. 또한, 유동 안내 블록(141)의 상부면(141a)은 하우징(111) 내측 벽면의 법선과 일치하거나 근접하게 형성될 수 있다.

유동 안내 블록(141)의 유동 안내면(141b)은 보조 분사 노즐(137)과 마주보며 경사지게 형성된다. 즉, 유동 안내면(141b)의 상단은 하우징(111)의 내측 벽면에서 이격되고, 유동 안내면(141b)의 하단은 하우징(111)의 내측 벽면에 접하도록 형성됨으로써 보조 분사 노즐(137) 방향으로 상측부가 기울어지게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 유동 안내면(141b)은, 도 4에 도시된 바와 같이 오목한 곡면으로 형성될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 유동 안내면이 평평한 평면으로 형성되도록 구성할 수도 있다. 유동 안내면(141b)이 곡면으로 형성될 경우에는 유동이 보다 원활하게 안내될 수 있는 이점이 있으며, 평면으로 형성될 경우에는 제작이 용이한 이점이 있다.

한편, 유동 안내 블록(141)은, 상부면(141a)에 모래가 쌓이는 것을 방지하도록 유동 안내 블록(141)을 관통하는 관통홀(141c)을 구비한다. 이러한 관통홀(141c)은 상부면(141a)에서 하측으로 연장되면서 유동 안내면(141b)를 관통하도록 형성되어, 상부면(141a)에 쌓이는 모래가 관통홀(141c)을 통해 낙하하게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리기에 구비된 유동 안내 블록을 도시한 사시도이다.

도 5는 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리기에 구비된 유동 안내 블록(151)은, 상부면(151a)이 하우징(111)의 내측 벽면의 법선과 소정 각도(α)를 이루도록 경사지게 형성된다. 즉, 상부면(151a)이 하우징(111)의 내측 벽면으로 갈수록 점점 낮아지도록 경사지게 형성된다.

이와 같이 경사진 상부면(151a)을 구비할 경우, 상부면(151a)에 쌓이는 모래가 중력에 의해 하우징(111)의 내측 벽면에 인접하여 형성되는 관통홀(151c)로 이동됨으로써 보다 효과적으로 모래를 배출할 수 있게 된다. 여기서, 미설명된 151b는 보조 분사 노즐(미도시)에서 분사된 유체의 유동을 안내하는 유동 안내면이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 실시예들에서는 관통홀이 1열로 구성되고 하우징(111)의 내측 벽면에 인접하게 형성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 다수 열의 관통홀을 형성할 수도 있다.

한편, 유동 안내면(151b)는 곡면으로 형성되었으며 곡률을 도 4의 실시예와 달리함으로써 보다 오목한 형상으로 구성하여 유동을 안내하도록 구성할 수 있다.

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(121) 상측으로 이동하게 된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 분리기는, 이러한 분사 노즐(135)에 의한 유동이 발생하는 상황에서, 유동을 추가하기 위한 보조 분사 노즐(137)을 더 구비한다.

보조 분사 노즐(137)은 유동 안내 블록(141)으로 물을 강하게 분사하고, 분사된 물은 유동 안내 블록(141)에 의해 유동 방향이 바뀌면서 샌드팬(121) 쪽으로 유동하게 된다.

이와 같이 보조 분사 노즐(137)과 유동 안내 블록(141)의 구성을 사용하여 분사된 물이 회전되도록 함과 동시에 샌드팬(121)에서 상승하는 유동이 하우징(111)의 중앙 부근에 설치된 보조 분사 노즐(137)의 수평 방향의 유동에 의해 더 이상 상승하지 못하게 된다.

결과적으로, 분사 노즐(135)와 보조 분사 노즐(137)을 동시에 사용함으로써 샌드팬(121) 부근에서의 상승유동이 억제되고 유동 영역이 제한되게 된다.

이와 같이 제한된 유동 영역에서 유동되는 유동화된 모래와 물은 샌드팬(121) 하단의 모래 배출홈(121b)을 통해 샌드팬(121) 내측에 위치한 배출부(미도시)로 배출되면서 분리기 바닥에 퇴적된 모래가 제거된다.

본 발명의 일실시예에 따른 보조 분사 노즐(137)과 유동 안내 블록(141)에 의해 유동화된 모래가 넓게 퍼지지 않고 좁게 제한된 영역에서 유동되기 때문에 보다 효과적이며 신속하게 모래를 배출할 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
121a: 판형부 121b: 모래 배출홈
135: 분사 노즐 137: 보조 분사 노즐
141: 유동 안내 블록 141a: 상부면
141b: 안내면 141c: 관통홀

Claims (6)

1. 하우징;
   상기 하우징 내측에 구비되어, 유체를 이용하여 상기 하우징 내측 하부의 퇴적물을 제거하는 샌드젯; 및
   상기 하우징 내측 벽면에 설치되어 상기 유체의 유동을 안내하는 유동 안내 블럭을 포함하고,
   상기 샌드젯은 상기 하우징의 내측 하방을 향하여 상기 유체가 분사되도록 배치되는 분사 노즐과 상기 유동 안내 블록을 향하여 상기 유체가 분사되도록 배치되는 보조 분사 노즐을 포함하되,
   상기 유동 안내 블록은, 상기 보조 분사 노즐과 마주보는 유동 안내면을 구비하고,
   상기 유동 안내면의 상단은 상기 하우징의 내측 벽면에서 이격되고, 상기 유동 안내면의 하단은 상기 하우징의 내측 벽면에 접하도록 형성되는, 분리기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유동 안내면은, 평면 또는 곡면으로 형성되는, 분리기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 유동 안내 블록은,
   일단이 상기 유동 안내면의 상단과 접하고, 타단은 상기 하우징의 내측 벽면에 접하는 상부면을 구비하고,
   상기 상부면에서 하측으로 연장되어 상기 유동 안내 블록을 관통하는 관통홀을 구비하는, 분리기.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 상부면은, 상기 하우징의 내측 벽면으로 갈수록 점점 낮아지도록 경사지게 형성되며, 상기 관통홀은 상기 하우징의 내측 벽면에 인접하여 형성되는, 분리기.
   

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