KR102666094B1 - 열에 의한 자연대류를 이용한 오일분리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관로로 이송되는 대상유체에서 오일을 분리하는 장치에 있어서: 상기 관로 상에 설치되어 대상유체를 가스, 오일, 물로 분리하도록 설치되는 본체(10); 상기 본체(10)에 연결되고 분리된 물의 순환을 유발하는 물순환수단(20); 상기 본체(10)에 설치되어 물의 대류를 유발하는 가열수단(30); 및 상기 물순환수단(20)과 가열수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 열에 의한 자연대류 방식을 적용함으로써, 장치 내부에서 물을 순환시키면서 지속적인 분리작업을 수행할 수 있고, 통상 2~3기의 장치를 요구하는 시스템과 달리 1기 또는 2기의 장치로 간소화하는 효과가 있다.
이에 따라, 열에 의한 자연대류 방식을 적용함으로써, 장치 내부에서 물을 순환시키면서 지속적인 분리작업을 수행할 수 있고, 통상 2~3기의 장치를 요구하는 시스템과 달리 1기 또는 2기의 장치로 간소화하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 오일분리 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 물의 대류 현상을 이용하여 오일에 섞여있는 이물질을 용이하게 분리할 수 있는 열에 의한 자연대류를 이용한 오일분리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 오일분리 장치는 물, 오일, 이물질을 분리하는 수단으로서 다양한 분야에서 활용되고 있다. 해저에서 석유를 시추하는 FPSO 등의 해양플랜트는 오일분리 장치를 주요 프로세스의 일부로 구비하여 상시적으로 가동한다. 도 1을 참조하면 종래의 오일분리 장치의 경우 내부에 충진된 여과재(데미스터)의 주기적인 교체가 필요하여 연속적인 가동이 곤란하고, 이러한 문제를 해소하기 위해 다수의 장치를 병렬로 연결하면 설치공간과 비용의 부담이 초래된다.
이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록특허공보 제1608587호, 한국 등록특허공보 제0868891호 등이 알려져 있다.
전자는 분리공간부로 공급되는 절삭유 처리물에서 오일을 분리시키기 위한 분리부, 분리부에 담겨진 물을 순환시켜 분리부로 절삭유 처리물을 유입시키기 위한 유입부, 분리부에서 분리된 오일이 남도록 물을 배출시키기 위한 배수부 등을 구비한다. 이에, 이동식으로 처리물에서 오일을 분리시킬 수 있어서 비용 절감과 작업효율 향상을 도모하는 효과를 기대한다.
후자는 에멀젼 유체를 포집하는 오일 스키머; 오일과 물을 분리하도록 내부에 메디아층이 형성되는 유수 분리기; 유수 분리기 내부에 설치되며, 유수 분리된 유체를 다시 에멀젼 탱크로 순환하도록 회수라인이 연결되는 오일 펌프; 등을 포함한다. 이에, 유화제의 산성화, 극압첨가제에 의한 산성화 등으로 유발되는 피부병, 방청능력 저하를 방지하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행기술문헌은 절삭유 분리와 관련되고 분리관이나 메디아층을 기반으로 하므로 FPSO 등의 해양플랜트에 적용하여 연속적인 분리를 처리하기에 적합하지 않다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, FPSO 등의 해양플랜트에 구비된 시추 프로세스에서 자연대류 방식을 기반으로 하여 내부에서 물을 순환시키면서 지속적인 분리작업을 수행할 수 있는 열에 의한 자연대류를 이용한 오일분리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 관로로 이송되는 대상유체에서 오일을 분리하는 장치에 있어서: 상기 관로 상에 설치되어 대상유체를 가스, 오일, 물로 분리하도록 설치되는 본체; 상기 본체에 연결되고 분리된 물의 순환을 유발하는 물순환수단; 상기 본체에 설치되어 물의 대류를 유발하는 가열수단; 및 상기 물순환수단과 가열수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 수평단면 상에서 동일한 크기의 경계면을 유지하도록 형성되고, 본체의 유입관과 오일출구관은 경계면을 층상으로 유지하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 물순환수단은 물의 순환 과정에서 이물질의 배출을 유도하도록 여과망과 가진기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 가열수단은 본체의 저면에 물의 대류를 유발하는 가열기를 구비하고, 가열기는 폐열회수기의 열원을 선택적으로 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제어기로 온도센서와 유속센서의 신호를 입력하여 물의 대류 상태를 설정된 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, FPSO 등의 해양플랜트에 구비된 시추 프로세스에서 열에 의한 자연대류 방식을 적용함으로써, 장치 내부에서 물을 순환시키면서 지속적인 분리작업을 수행할 수 있고, 통상 2~3기의 장치를 요구하는 시스템과 달리 1기 또는 2기의 장치로 간소화하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 오일분리 장치를 개략적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제어수단을 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제어수단을 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 관로로 이송되는 대상유체에서 오일을 분리하는 장치에 관하여 제안한다. 해저에서 석유를 시추하는 해양생산플랜드(Offshore Production Plant)를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 이 경우 대상유체는 가스, 오일, 물 외에 모래를 비롯한 이물질이 혼재된 상태이고, 관로를 통하여 연속적으로 이송되는 과정에서 오일 분리 프로세스가 진행된다.
본 발명에 따르면 본체(10)가 상기 관로 상에 설치되어 대상유체를 가스, 오일, 물로 분리하도록 설치되는 구조이다. 본체(10)는 유입관(11), 가스출구관(12), 오일출구관(13), 유입수관(15), 배출수관(16)을 구비하는 통형 구조이다. 도 2에서 본체(10)가 최상단의 가스, 중간의 오일, 최하단의 물을 층상으로 분리하는 상태를 예시한다. 유입수관(15)은 본체(10)의 측면으로 연결되는 반면 배출수관(16)은 본체(10)의 저면으로 연결된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체(10)는 수평단면 상에서 동일한 크기의 경계면을 유지하도록 형성되고, 본체(10)의 유입관(11)과 오일출구관(13)은 경계면을 층상으로 유지하도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 도 1의 경우 분리된 오일과 물이 상하로 완전하게 경계면을 이루지 않고 오일의 영역이 더 넓은 반면, 본 발명의 도 2를 참조하면 수평단면 상에서 오일과 물이 동일한 크기의 경계면을 형성한다. 이는 물의 대류에 의한 오일의 대류를 유발하여 이물질을 분리하기에 유리하다. 다만, 대상 유체를 이송하는 관경, 본체(10) 상의 연결 위치, 대상유체의 유량 등에 따라 난류가 유발되면 경계층이 형성되지 않거나 요동될 수 있다. 이에, 시뮬레이션과 현장의 실측 검증을 거쳐 본체(10)에 대응한 유입관(11)과 오일출구관(13)의 규격을 결정한다.
또, 본 발명에 따르면 물순환수단(20)이 상기 본체(10)에 연결되고 분리된 물의 순환을 유발하는 구조이다. 물순환수단(20)은 본체(10)에 연결된 별도의 순환탱크(21)를 기반으로 양자 간에 물의 큰 순환을 이루는 동시에 본체(10)의 내부에서 대류에 의한 물의 작은 순환도 이룬다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 물순환수단(20)은 물의 순환 과정에서 이물질의 배출을 유도하도록 여과망(25)과 가진기(26)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본체(10)는 물의 작은 순환을 위한 별도의 여과재를 생략하는 반면, 물순환수단(20)의 순환탱크(21)는 여과망(25)을 통하여 이물질, 산화물 등의 순환을 차단한다. 여과망(25)은 점검이나 교체가 용이하고 그 주기가 길어 본 발명의 목적 달성에 끼치는 영향이 적다. 여과망(25)의 일측으로 가진기(26)를 연결하면 이물질이나 산화물의 집적을 방지하는데 유리하다.
한편, 도 2를 참조하면 순환탱크(21)의 상측 포트(22)는 유입수관(15)에 연결되고 하측 포트(23)는 배출수관(16)에 연결된다. 순환탱크(21)의 하단에는 물과 이물질을 배출하는 드레인(28)이 형성된다. 드레인(28)에서 배출된 물과 이물질은 다시 후속 공정으로 이송될 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 가열수단(30)이 상기 본체(10)에 설치되어 물의 대류를 유발하는 구조이다. 대류현상 활용하는 경우 별도의 여과재와 펌프가 필요하지 않기 때문에 시스템의 간소화 및 전력 사용량 감축에 유리하다. 가열수단(30)은 본체(10) 내부에서 물의 대류현상을 유발하는 최소한의 규격으로 설치된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 가열수단(30)은 본체(10)의 저면에 물의 대류를 유발하는 가열기(32)를 구비하고, 가열기(32)는 폐열회수기(35)의 열원을 선택적으로 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 가열기(32)는 대상유체의 유량에 대응하여 신속하고 정확한 발열량 조절이 가능하도록 전기 히터를 사용하는 것이 선호된다. 다만, 오일분리와 관련된 전력 소모를 감축하기 위해 폐열회수기(35)의 열원을 더 사용할 수 있다. 폐열회수기(35)는 기관실의 엔진이나 보일러의 폐열원을 냉매로 순환시키는 구조이다.
한편, 순환탱크(21)의 일측에서 가열기(32)를 가동하는 경우 물의 대류에 의한 큰 순환에 조력하면서 여과망(25)의 이물질 부착을 지연 또는 방지한다.
또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 물순환수단(20)과 가열수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조이다. 제어수단(40)은 PLC 등의 마이컴 회로로 구성된 제어기(48)를 기반으로 본체(10)에서 물의 대류 및 이물질 배출 작동을 안정적으로 유지한다. 제어기(48)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 제어기(48)로 온도센서(42)와 유속센서(44)의 신호를 입력하여 물의 대류 상태를 설정된 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다. 온도센서(42)는 본체(10)에서 물이 대류하는 영역 내의 상하측에 이격시켜 설치한다. 유속센서(44)는 상하로 이격된 온도센서(42)의 중간 위치에 설치한다. 본체(10)에서 물이 설정된 유속으로 대류를 이루는 동안 그 상층의 오일도 연동적으로 대류를 이루어 이물질을 낙하시킨다.
한편, 제어수단(40)은 대류 현상이 약화되는 경우 본체(10)의 내부에 설치된 임펠러(46)를 일시적으로 가동할 수 있다. 임펠러(46)는 낮은 전력을 사용하여 물의 대류 방향으로 유동력을 부가한다.
작동의 일예로, 제어기(48)는 유속센서(44)로 물의 대류 상태를 감지하면서 온도센서(42)로 대류 작용의 변동(증감)을 예상하며, 대류 작용이 감소하는 것으로 판단하면 설정된 조건으로 가열기(32)와 임펠러(46)를 가동한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 본체 11: 유입관
12: 가스출구관 13: 오일출구관
15: 유입수관 16: 배출수관
20: 물순환수단 21: 순환탱크
25: 여과망 26: 가진기
30: 가열수단 32: 가열기
35: 폐열회수기 40: 제어수단
42: 온도센서 44: 유속센서
46: 임펠러 48: 제어기
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42: 온도센서 44: 유속센서
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Claims (5)
- 관로로 이송되는 대상유체에서 오일을 분리하는 장치에 있어서:
상기 관로 상에 설치되어 대상유체를 가스, 오일, 물로 분리하도록 설치되는 본체(10);
상기 본체(10)에 연결되고 분리된 물의 순환을 유발하는 물순환수단(20);
상기 본체(10)에 설치되어 물의 대류를 유발하는 가열수단(30); 및
상기 물순환수단(20)과 가열수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하되,
상기 물순환수단(20)은 물의 순환 과정에서 이물질의 배출을 유도하도록 여과망(25)과 가진기(26)를 구비하는 것을 특징으로 하는 열에 의한 자연대류를 이용한 오일분리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 본체(10)는 수평단면 상에서 동일한 크기의 경계면을 유지하도록 형성되고, 본체(10)의 유입관(11)과 오일출구관(13)은 경계면을 층상으로 유지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열에 의한 자연대류를 이용한 오일분리 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 가열수단(30)은 본체(10)의 저면에 물의 대류를 유발하는 가열기(32)를 구비하고, 가열기(32)는 폐열회수기(35)의 열원을 선택적으로 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열에 의한 자연대류를 이용한 오일분리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(40)은 제어기(48)로 온도센서(42)와 유속센서(44)의 신호를 입력하여 물의 대류 상태를 설정된 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 열에 의한 자연대류를 이용한 오일분리 장치.
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