NL1029352C2 - Scheider voor het scheiden van een mengsel van vaste stof, vloeistof en/of gas. - Google Patents

Description

! i j j i i SCHEIDER VOOR HET SCHEIDEN VAN EEN MENGSEL VAN VASTE STOF,

VLOEISTOF ΕΝ/OF GAS

5

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een cycloonscheider voor het scheiden van een mengsel bevattende vaste deeltjes, vloeistof en/of gas in een zware fractie en een lichte fractie.

10 Voor het scheiden van dergelijke mengsels, zoals mengsels van olie en gas, zijn scheidingsinrichtingen bekend waarin gebruik wordt gemaakt van de verschillen in soortelijk gewicht van de delen waaruit het mengsel is opgebouwd. Een cycloonscheider bestaat over het algemeen uit een buis waarin 15 een centraal stromingslichaam is aangebracht. Op het stromingslichaam zijn geleidingsvinnen voorzien waarmee het onder overdruk de buis binnenstromende mengsel in draaiing gebracht wordt. Als gevolg van de door de draaiing optredende centrifugaal-krachten wordt de relatief zware fractie van het 20 mengsel naar buiten geslingerd, terwijl de relatief lichte fractie van het mengsel zich in een zone langs het stromingslichaam verplaatst. Doordat de lichte en zware fractie zich verplaatsen in afzonderlijke zones kan door op een geschikte plaats afvoervoorzieningen aan te brengen, een 25 scheiding van het mengsel tot stand Worden gebracht en kunnen de gescheiden lichte en zware fracties afzonderlijk afgevoerd worden.

Cycloonscheiders worden in een groot aantal situaties toegepast. ïnlaatcyclonen worden bijvoorbeeld toegepast in 30 zwaartekracht-scheidingsvaten. ïnlaatcyclonen zorgen dat het binnentredende mengsel een bepaalde voorbehandeling ondergaat alvorens een verdere scheiding plaatsvindt. De inlaatcycloon is hiertoe verbonden met de inlaat van het zwaartekracht- 1029352- 2 scheidingsvat en wordt voorzien van een uitlaat voor de zware fractie en een uitlaat voor de lichte fractie, waarbij beide uitlaten uitmonden in het binnenste van het zwaartekracht scheidingsvat voor verdere scheiding van het mengsel. Een 5 voorbeeld van een inlaatcycloon is beschreven in de Europese octrooiaanvrage EP 1 187 667 A2.

Een ander type cycloonscheider is de zogenoemde inlijn scheider waarin het binnenkomende mengsel en ten minste een deel van het uitgaande mengsel door een pijpleiding 10 stroomt, waarbij de scheider in wezen opgelijnd is met de pijpleiding. In-lijn cycloonscheiders kunnen onderverdeeld worden in twee verschillende types.

In een eerste type, eveneens bekend als een "degasser", scheidt de scheider gas van vloeistof. De 15 degasser wordt gebruikt wanneer de continue fase, in geval van een gas/vloeistofmengsel, vloeistof is. Een voorbeeld van een degasser is bekend uit WO 01/00296 Al. In de degasser wordt de vloeistof-continue stroming in rotatie gebracht door j een aantal werveling veroorzakende geleidingsschoepen. Wegens j 20 het dichtheidsverschil tussen het gas en het vloeistof en het [ geïnitieerde centrifugale veld, wordt het gas gedwongen naar het midden van de scheider, hetgeen een stabiele kern van gas oplevert. Verwijdering van de gaskern wordt tot stand gebracht door middel van een in het midden van de cycloon 25 gerangschikte en van afvoeropeningen voorziene gasafvoerbuis.

Wegens de geometrie van de scheider, vindt verwijdering van het gas via de afvoeropeningen in radiale richting plaats.

Een tweede type in-lijn cycloonscheider is een scheider, tevens een "deliquidiser" genoemd, waarin een 30 gascontinue toevoer in rotatie wordt gebracht door een aantal werveling veroorzakende geleidingsschoepen. De deliquidiser scheidt in dit geval het vloeistof van het gas. De vloeistof wordt in de richting van de pijpwand gedwongen, hetgeen 1029352- 3 resulteert in een stabiele vloeistof film (laag) die zich in de richting van de gasuitlaat verplaatst. In het uitlaatgebied worden het gas en de vloeistof gescheiden op een vaste stroomgewijze positie. De gasuitlaat is een 5 cilindrische open pijp, die bevestigd is in de stromingsruimte van de scheider. Het gas wordt in langsrichting afgevoerd. Een voorbeeld van een deliquidiser is beschreven in WO 02/056999 Al.

Een bezwaar van de bekende cycloonscheiders is dat 10 deze relatief omvangrijk zijn, omdat in de scheider voorzieningen moeten voorzien voor het afzonderlijk afvoeren van de gescheiden zware fractie en de gescheiden lichte fractie. Deze voorzieningen zijn meestal voorzien stroomafwaarts van de geleidingsvinnen, hetgeen een relatief 15 grote minimale lengte van dergelijke cycloonscheiders met zich meebrengt.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een verbeterde cycloonscheider te verschaffen waarin bovengenoemd bezwaar is ondervangen.

20 Volgens de uitvinding wordt daartoe een cycloonscheider verschaft voor het scheiden van een mengsel bevattende vaste deeltjes, vloeistof en/of gas in een zware fractie en een lichte fractie, waarbij de scheider omvat: - een omhulling die een doorstroomruimte definieert 25 door welke het mengsel moet stromen, waarbij de omhulling een inlaat voor het te scheiden mengsel en een uitlaat voor de afvoer van hetzij de zware fractie of de lichte fractie van het mengsel heeft; - een in de doorstroomruimte gerangschikt langgerekt 30 stromingslichaam langs welk het te scheiden mengsel gevoerd kan worden; - ten minste één tussen het stromingslichaam en de binnenste omhulling gerangschikt, werveling-opwekkend 1029352- 4 element, waarbij het werveling-opwekkende element gekromd is teneinde het daarlangs stromende mengsel in rotatie te brengen voor het scheiden van het mengsel in de zware fractie en de lichte fractie; 5 - afvoermiddelen voor het afvoeren van de gescheiden zware en lichte fractie, waarin de afvoermiddelen ten minste een binnenin het genoemde ten minste ene werveling-opwekkende element gedefinieerde stromingsdoorlaat omvatten.

Door gebruik te maken van de ruimte binnen in het 10 swirlelement, zoals bijvoorbeeld een geleidingsvin die geheel of gedeeltelijk hol is of waarin één of meer kanalen zijn voorzien, kan tenminste één van beide fracties (dat wil zeggen hetzij de lichte, hetzij de zware fractie) reeds ter plaatse van het swirlelementen afgevoerd worden, hetgeen de 15 compactheid van de cycloonscheider ten goede komt.

In de eerder genoemde cycloonscheider die in het vakgebied bekend staat als een "degasser", wordt de lichte fractie stroomafwaarts van de geleidingsvinnen_naar binnen toe geleid in een zich centraal in langrichting van de 20 cycloonbuis uitstrekkende afvoerbuis en vervolgens in de richting van het stroomafwaartse uiteinde van de cycloonbuis geleid. Ook de zware fractie blijft zijn weg in langsrichting vervolgen. Alhoewel deze "degasser" een goed scheidings-resultaat laat zijn, is de "degasser" in langsrichting 25 tamelijk groot. Om de afmeting van een dergelijke degasser te verkleinen wordt volgens een verder aspect van de uitvinding een cycloonscheider verschaft, omvattende: - ten minste één tweede stromingsdoorlaat die is gedefinieerd binnen het stromingslichaam en die verbonden is 30 met de eerste stromingsdoorlaat in het wervelingselement; - een rondom de binnenste omhulling gerangschikte buitenste omhulling, waarbij de buitenste en binnenste 1029352- 5 omhulling een met de eerste stromingsdoorlaat verbonden derde stromingsdoorlaat definiëren; waarin de afvoermiddelen verder één of meer openingen in het stromingslichaam omvatten, waarbij de openingen verbonden 5 zijn met de tweede stromingsdoorlaat binnen het stromingslichaam teneinde de gescheiden lichte fractie via de openingen en de tweede, eerste en derde doorlaten respectievelijk af te voeren.

In deze cycloonscheider wordt derhalve de lichte 10 fractie via het stromingslichaam, het swirlelement en een rondom de eerste stroomruimte aangebracht tweede stroomruimte afgevoerd. Dit betekent dat een in langsrichting zeer compacte scheider gerealiseerd kan worden, hetgeen de cycloonscheider met name geschikt maakt voor "well-head"-15 toepassingen. Doordat bovendien optimaal gebruik kan worden gemaakt van de beschikbare ruimte treedt een lagere drukval over de cycloonscheider op.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm zijn de openingen voorzien in een gebied dicht bij het 20 stroomafwaartse uiteinde van het stromingslichaam. Nabij het stroomafwaartse einde van het stromingslichaam heeft het mengsel een zodanig grote afstand (of scheidingslengte) afgelegd, dat het mengsel goed gescheiden is.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm heeft 25 het stromingslichaam een convergerend deel aan het stroomafwaartse einde daarvan, opdat een graduele afvoer van de lichte fractie gerealiseerd kan worden. Bovendien voorkomt deze vorm van het stromingslichaam een zuigend effect van de uitlaat, hetgeen het scheidingsresultaat negatief had kunnen 30 beïnvloeden.

De openingen in het stromingslichaam zijn in een bepaalde uitvoering alleen voorzien in het convergerende deel van het stromingslichaam. In het overige, in hoofdzaak 1029352- 6 cilindrische deel van het stromingslichaam zijn geen openingen aangebracht. Ter plaatse van het cilindrische deel vindt dan alleen scheiding plaats, terwijl ter plaatse van het convergerende deel afvoer plaatsvindt. Deze 5 uitvoeringsvorm is met name gunstig wanneer relatief weinig gas (minder dan circa 20%) in de vloeistof in het geval van een vaste stof/vloeistofscheider, zoals een zand/vloeistofscheider, aanwezig is.

In een andere uitvoeringsvorm waarin het 10 stromingslichaam zowel een in hoofdzaak cilindrisch deel als een convergerend deel heeft, zijn de openingen voorzien in zowel het cilindrische deel als in het convergerende deel.

Ook ter plaatse van het cilindrische deel vindt dan reeds een eerste scheiding plaats. Deze uitvoeringsvorm is met name 15 gunstig wanneer relatief veel gas (tot 80% of meer) in de vloeistof in het geval van een vaste stof/vloeistofscheider, zoals een zand/vloeistofscheider, aanwezig is. Gebleken is dat het scheidingsrendement aanzienlijk toeneemt wanneer niet alleen openingen in het convergerende deel, maar ook in het 20 cilindrische deel zijn aangebracht.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm heeft het convergerende deel van het stromingslichaam een in hoofdzaak conische vorm. Ook de genoemde binnenomhulling heeft bij voorkeur een convergerende vorm. Dit levert een 25 zware fractie uitlaat met een geringe doorsnede op opdat zo min mogelijk lichte fractie (bijvoorbeeld vloeistof in een zand/vloeistofscheider) met de zware fractie (zand in de genoemde zand/vloeistofscheider) meekomt en via de zware fractie uitlaat wordt afgevoerd.

30 Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de onderlinge afstand tussen de binnenomhulling en het stromingslichaam in hoofdzaak constant. Dit heeft een stabiliserend effect op de stroming. Wanneer de snelheid als 1029352- 7 gevolg van de wrijving stroomafwaarts van de swirl elementen dreigt af te nemen, kan de scheider zijn uitgevoerd zodat de onderlinge afstand in stromingsrichting (langsrichting) zelfs enigszins afneemt, hetgeen een snelheidsverhoging 5 teweegbrengt ter compensatie van de snelheidsverlaging als gevolg van de wrijving.

De niet-voorgepubliceerde aanvrage NL 1 028 238 van aanvraagster beschrijft een cycloonscheider waarin de zware fractie wordt afgevoerd via openingen die in de cycloonbuis 10 zijn aangebracht, terwijl de lichte fractie zijn weg door de cycloonbuis blijft vervolgen om via het uiteinde daarvan afgevoerd te kunnen worden. Dit document beschrijft tevens een cycloonscheider waarin de lichte fractie afgevoerd wordt door in het stromingslichaam afvoeropeningen te voorzien die 15 in verbinding staan met een zich door het stromingslichaam uitstrekkend kanaal en een daarop aangesloten afvoerpijp. De lichte fractie wordt via openingen in deze doorlaat afgevoerd, terwijl de zware fractie zijn weg door de cycloonbuis vervolgt om aan het uiteinde van de cycloonbuis 20 te kunnen worden afgevoerd.

In beide uitvoeringen van de bekende cycloonscheider moeten de zware fractie of lichte fractie respectievelijk via de wand van de cycloonbuis of via het stromingslichaam worden afgevoerd. Het deel van de zware fractie dat relatief ver 25 verwijderd is van het binnenoppervlak van de cycloonbuis respectievelijk het deel van de lichte fractie dat relatief ver verwijderd is van het buitenoppervlak van het stromingslichaam is echter minder goed door de afvoeropeningen te "vangen" hetgeen in sommige situaties 30 nadelig is voor de scheidingsefficiency van de cycloon.

Het is tevens een doel van de onderhavige uitvinding om dit bezwaar te ondervangen.

1029352- 8

Volgens een verder aspect van de uitvinding wordt daartoe een cycloonscheider verschaft, waarin de afvoermiddelen (discharge means) verder omvatten: - één of meer openingen in het wervelingselement, 5 waarbij de openingen verbonden zijn met de eerste stromingsdoorlaat, - een tweede stromingsdoorlaat die is verbonden met de eerste stromingsdoorlaat in het genoemde ten minste ene wervelingselement, waarbij het tweede stromingslichaam zich 10 uitstrekt tot een tweede stromingslichaamuitlaat voor afvoer van de zware of lichte fractie, waarbij de andere fractie af te voeren is vanuit de uitlaat van de omhulling.

Door de afvoeropeningen in het swirlelement zelf te plaatsen, kan een verbeterde afvoer van de zware fractie of 15 de lichte fractie worden bereikt. Bovendien kan door een juiste dimensionering en/of positionering van de afvoeropeningen in het swirlelement naar wens een groter of kleiner deel van de lichte of zware fractie worden afgevoerd.

Opgemerkt wordt dat genoemde openingen in het 20 swirlelement in de plaats van de reeds eerder genoemde openingen in de cycloonbuis en/of het strominglichaam kunnen zijn voorzien. In andere uitvoeringen zijn de afvoeropeningen zowel in de cycloonbuis, het swirlelement en/of het stromingslichaam voorzien.

25 Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm worden de openingen voorzien in een omtrekszone naast de cycloonbuis teneinde de zware fractie door de eerste en tweede stroompassages naar de uitlaat van de tweede stroompassage te geleiden. Wanneer de openingen in deze zone worden 30 aangebracht, wordt derhalve via het swirlelement de zware fractie afgevoerd. In een andere voorkeursuitvoeringsvorm zijn de openingen voorzien in een omtrekszone naast het stromingslichaam teneinde de lichte fractie door de eerste en 1029352- 9 de tweede passages naar de uitlaat van de tweede stroompassage te leiden. In deze uitvoeringsvorm wordt derhalve de lichte fractie via het swirlelement afgevoerd.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de 5 tweede stroompassage gedefinieerd binnen in het stromingslichaam, bijvoorbeeld door het stromingslichaam geheel of gedeeltelijk hol te maken of daarin één of meer kanalen te voorzien. Hiermee kan op constructief eenvoudige wijze en zonder de stroming in de stroomruimte rondom het 10 stroomlichaam nadelig te beïnvloeden de betreffende fractie (zware of lichte fractie) afgevoerd worden.

Ongeacht waar de openingen in het swirlement zijn aangebracht, kan de tweede stroompassage tevens gedefinieerd worden tussen de binnenste omhulling en een tweede, buitenste 15 omhulling die gerangschikt is rondom de eerste omhulling. De via de openingen afgevoerde fractie (lichte of zware fractie) wordt in deze uitvoering niet naar binnen toe afgevoerd via het stromingslichaam, maar wordt radiaal naar buiten toe via een rondom de eerder genoemde stromingsruimte genoemde tweede 20 stromingsruimte vanaf daar afgevoerd. In deze uitvoering kan een zeer compacte bouwwijze gerealiseerd worden, dat wil zeggen dat de lengte van de cycloonscheider relatief klein kan zijn.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de 25 onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrijving van de voorkeursuitvoeringen daarvan. In de beschrijving wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren, waarin tonen: figuur 1: een gedeeltelijk opengewerkt aanzicht in 30 perspectief van een eerste voorkeursuitvoering van de cycloonscheider volgens de onderhavige uitvinding; t029352- I ' 10 figuur 2: een langsdoorsnede van de in figuur 1 weergegeven eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de cycloonscheider volgens de onderhavige uitvinding; figuur 3: een gedeeltelijk opengewerkt aanzicht in 5 perspectief van een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de cycloonscheider volgens de onderhavige uitvinding; figuur 4: een gedeeltelijk opengewerkt aanzicht in perspectief van een derde voorkeursuitvoeringsvorm van de cycloonscheider volgens de onderhavige uitvinding; 10 figuur 5: een langsdoorsnede van de in figuur 4 getoonde derde voorkeursuitvoeringsvorm van de cycloonscheider volgens de onderhavige uitvinding; figuur 6: een gedeeltelijk opengewerkt aanzicht in perspectief van een vierde voorkeursuitvoeringsvorm van de 15 cycloonscheider volgens de onderhavige uitvinding; figuur 7: een langsdoorsnede van de in figuur 6 getoonde vierde voorkeursuitvoeringsvorm van de cycloonscheider; figuur 8: een gedeeltelijk opengewerkte lijntekening 20 in perspectief van een vijfde voorkeursuitvoeringsvorm van de cycloonscheider volgens de onderhavige uitvinding; figuur 9 een gedeeltelijk opengewerkt aanzicht in perspectief van de vijfde voorkeursuitvoeringsvorm van figuur 8; en 25 figuur 10 een gedeeltelijk opengewerkte lijntekening van een zesde voorkeursuitvoering van de cycloonscheider volgens de uitvinding.

De uitvoeringsvormen van de schelders volgens de uitvinding zoals getoond in figuren 1-6 zijn in het 30 bijzonder, maar niet exclusief, bedoeld voor scheiding van een gasfase (gasfasedamp) van een vloeibare fase (water/olie), bijvoorbeeld in een naar een olieplatform leidende pijpleiding. Zoals eerder is aangegeven, kunnen de 1029352- 11 schelders echter gebruikt worden voor het scheiden van het willekeurige mengsels van één of meer vloeistoffen, één of meer gassen en/of één of meer verschillende typen vaste deeltjes. In figuren 8-10 zijn bijvoorbeeld in het bijzonder, 5 maar niet exclusief, voor zand/vloeistofscheider geschikte scheiders weergeven (waarbij in de vloeistof in meer of mindere mate ook gas aanwezig kan zijn).

Figuren 1 en 2 tonen in een eerste uitvoeringsvorm van een scheider 1, omvattende een cycloonbuis 2 die aan zijn 10 proximale einde voorzien is van een inlaat 3 voor verbinding met het toevoerdeel van een pijpleiding (niet weergegeven). Aan het distale einde van de cycloonbuis 2 is een uitlaat 3' voorzien voor verbinding met een afvoerdeel van de ! pijpleiding (niet weergegeven). In de doorstroomruimte 4 die j 15 gedefinieerd is in het binnenste van de buis 2, is een centraal stromingslichaam 5 gerangschikt, dat zich in de axiale richting (z-richting, zoals is getoond in figuur 1) uitstrekt. Tussen het binnenoppervlak van de buis 2 en het buitenoppervlak van het stromingslichaam 5 is een gekromde 20 geleidingsvin 10 aangebracht.

Tussen het proximale einde 11 en het distale einde 12 van de geleidingsvin 10 zijn drie verschillende gebieden gedefinieerd. Zich uitstrekkend vanaf het proximale einde in stroomafwaartse richting is een entreegebied (E) 25 gedefinieerd. Zich uitstrekkend vanaf het achterste einde 12 van de geleidingsring 10 in stroomafwaartse richting is een drukterugwingebied (P) gedefinieerd, terwijl in het gebied tussen het entreegebied (E) en het drukterugwingebied (P) een tussenliggend gebied of verwijdergebied (R) gedefinieerd is. 30 De functie van de geleidingsvin in het entreegebied (E) is om het binnenkomend mengsel (figuur 2, Px) dat langs de geleidingsvin 10 stroomt, in rotatie te brengen (zoals is getoond door pijl P2 in figuur 1).

1029352- 12

Teneinde de roterende beweging van het mengsel te veroorzaken start de hoek Oi, die is gedefinieerd als de hoek tussen de axiale richting (z-richting) en de geleidingsvin 10 op het buitenoppervlak van het stroomlichaam 5, met een 5 waarde van ongeveer 0 graden en neemt deze hoek geleidelijk toe om de kromming van de geleidingsvin te verhogen. In het tussenliggende gebied (R) blijft de genoemde hoek α constant of bijna constant teneinde het mengsel te laten roteren met een min of meer gelijke rotatiesnelheid. In het 10 drukterugwingebied (P) wordt de hoek Oi geleidelijk gereduceerd vanaf de waarde in het tussenliggende gebied tot in hoofdzaak 0 graden teneinde de rotatie van het langste geleidingsvin 10 stromende mengsel te reduceren.

In de getoonde uitvoeringsvorm wordt een rand van 15 elke geleidingsvin bevestigd aan het binnenoppervlak van de buis of omhulling 2, terwijl de tegenoverliggende rand van de geleidingsvin 10 bevestigd is aan het stromingslichaam 5. Andere rangschikkingen zijn echter eveneens mogelijk, bijvoorbeeld waarin de geleidingsvinnen slechts bevestigd 20 zijn aan het stromingslichaam 5.

In de getoonde uitvoeringsvormen draait het mengsel met de wijzers van de klok mee. Men zal begrijpen dat in andere uitvoeringsvormen (niet getoond) de rotatie evenzeer tegen de klok in kan plaatsvinden.

25 Als gevolg van de kromming van de geleidingsvin 10 in het entreegebied (E), wordt een deel van het mengsel, dat wil zeggen de relatief zware fractie van het mengsel, door de roterende beweging naar buiten toe geworpen en wordt dit deel getransporteerd naar een in hoofdzaak ringvormige buitenzone 30 O (figuur 2) wanneer dit eenmaal het tussenliggende gebied (R) bereikt heeft. Een ander deel van het mengsel, dat wil zeggen het relatief lichtgewicht deel daarvan, zal in een centrale zone of kernzone C blijven. In figuren 1 en 2 is de 1029352- 13 grens tussen de buitenzone O en zone C aangeduid met een stippellijn. In de praktijk is er echter geen abrupte grens tussen beide zones. In feite bestaat er een overgangsgebied tussen beide zones.

5 De relatief zware fractie van het mengsel dat aanwezig is in het intreegebied in stromingruimte en dat naar buiten wordt geworpen komt in het tussenliggende gebied (R) uiteindelijk terecht bij één of meer openingen of perforaties 13 die zijn voorzien in de geleidingsvin 10. De zware fractie 10 wordt via deze openingen 13 afgevoerd (P3) naar een holle ruimte 15 binnenin de geleidingsvin 10 en via deze holle ruimte 15 afgevoerd naar in het stromingslichaam 5 voorziene binnenste stroompassage 8. In de weergegeven uitvoering wordt de stroompassage gevormd door het stromingslichaam 5 als ten 15 minste gedeeltelijk holle buis uit te voeren. In andere, niet-weergegeven uitvoeringen worden de passages door het stromingslichaam 5 uitgevoerd in één of meer kanalen of buizen die zijn aangebracht in of op het stromingslichaam 5.

De binnenste stroompassage 11 kan verbonden zijn met 20 een afvoerpijp 14 via welke in dit geval de zware fractie kan worden afgevoerd (P4-P6). In de getoonde uitvoering blijft de lichte fractie van het binnenkomende mengsel in de binnenste ; zone C en komt derhalve niet terecht op dat deel van de geleidingsvin 10 waar de openingen 13 gesitueerd zijn. De 25 lichte fractie vervolgt zijn weg (P7) en wordt via de uitlaat 3'(Pe) afgevoerd.

Figuur 3 toont een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij stromingsopeningen 16 in de geleidingsvin 10 zijn voorzien in de binnenzone C. Doordat de 30 openingen 13 in deze uitvoeringsvorm voorzien zijn in de binnenzone, zullen de openingen fungeren als afvoer voor de in deze zone C bevindende lichte fractie. Een soortgelijke wijze als hierboven voor de eerste uitvoeringsvorm beschreven 1029352- 14 ί i is, wordt de in het centrale gebied C terecht gekomen lichte fractie via de in de geleidingsvin 10 voorziene passage 15 en de in het stromingslichaam voorzien passage 11 worden afgevoerd in de richting van de afvoerpijp 14 via welke de 5 lichte fractie afgevoerd kan worden.

Figuren 4 en 5 tonen een derde bevoorkeurde i uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarin de passage(s) 16 binnen in de geleidingsvin 10 in stroomverbinding staat(n) met een tweede doorstroomruimte 17 buiten de cycloonbuis 2.

10 In deze voorkeursuitvoeringsvorm wordt de afscheiden en via de openingen binnengetreden fractie in plaats van radiaal naar binnen toe in de richting van het stromingslichaam 5 in radiale richting naar buiten toe naar de tweede doorstroomruimte 17 gevoerd. Wanneer bijvoorbeeld de 15 afvoeropeningen 13 in de buitenzone (0) zijn voorzien en derhalve de openingen de zware fractie afvoeren, wordt de zware fractie radiaal naar buiten toe afgevoerd in de j richting van de tweede stromingsruimte 17 (P10) en vervolgens in langsrichting van de scheider afgevoerd (Pn). De zich in 20 het centrumgebied © bevindende lichte fractie vervolgt zijn weg langs de eerste stroomruimte en wordt aan het uiteinde daarvan afgevoerd (P12) ·

Wanneer daarentegen de afvoeropeningen 13 zijn voorzien in het binnenste, centrale gebied (C), fungeren deze 25 openingen als afvoer voor de lichte fractie. Deze uitvoering is bijvoorbeeld weergegeven in figuren 6 en 7. In deze uitvoeringsvorm wordt de eenmaal in de binnenruimte van de geleidingsvin 10 terechtkomende lichte fractie radiaal naar buiten toe afgevoerd (P10) in de richting van de tweede 30 stromingsruimte 17 en vervolgens in langsrichting van de tweede stromingsruimte afgevoerd (Pn). In de hierin genoemde eerste tot en met vierde uitvoeringsvormen van de uitvinding komen de berekende scheidingsresultaten gezien het feit dat 1029352-5 15 de cycloon een stabiele stroming verschaft, goed overeen met de gemeten scheidingswaarden, hetgeen een goede optimalisatie van de cycloon voor een specifieke toepassing mogelijk maakt.

Dit voordeel heeft eveneens de in figuren 8 en 9 5 getoonde vijfde, in het bijzonder voordelige voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding. Deze voorkeursuitvoeringsvorm is met name geschikt voor het scheiden van een zand-/vloeistofmengsel waarbij de lichte fase (de vloeistof) via een binnenpijp en de 10 geleidingsvin(nen) wordt afgevoerd. De cycloonscheider 20 bestaat uit een langgerekte binnenbuis 21 (gedeeltelijk weggesnederi weergegeven) en een concentrisch daaromheen aangebrachte buitenbuis 22. Tussen het buitenoppervlak van de binnenbuis 21 en het binnenoppervlak van de buitenbuis 22 is 15 een doorstroomruimte 23 gedefinieerd. Aan het stroomopwaartse uiteinde van de buiten- en binnenbuis 22, 21 is een in hoofdzaak ringvorming tussenschot 24 voorzien zodat de doorstroomruimte 23 aan dat uiteinde afgesloten is. Het tussenschot 24 kan worden bevestigd aan een flens 25 welke 20 flens voorzien is van bevestigingsopeningen 26 waarmee de flens aan het uiteinde van een pijp (niet weergegeven) van een pijpleiding kan worden bevestigd. Evenzo is aan het tegenover liggende uiteinde van de scheider 20 een flens 27 aangebracht welke op soortgelijke wijze is voorzien van 25 bevestigingsopeningen 28 voor het bevestigen van een volgende pijp (niet weergegeven) van de pijpleiding. In de binnenbuis 21 is een stromingslichaam 30 aangebracht. Dit stromingslichaam 30 is in de weergegeven uitvoering een langgerekte buis die aan haar stroomopwaarts uiteinde een 30 convergerend, in het weergegeven voorbeeld conische gevormd deel 40 heeft. Voor de duidelijkheid van de tekening is een deel van de buis van het stromingslichaam 30 in weggesneden toestand weergegeven. In werkelijkheid is het 1029352·? 16 stromingslichaam 30 echter gesloten (met uitzondering uiteraard van de openingen die toegang bieden tot de geleidingsvinnen en de openingen 41 aan het uiteinde van het stromingslichaam, zoals later uiteengezet wordt).

5 In het buitenoppervlak van het stromingslichaam 30 en/of aan het binnenoppervlak van de binnenbuis 21 zijn geleidingsvinnen 31 en 32 aangebracht. Elk van de geleidingsvinnen 31, 32 omvat een stroomopwaarts deel 33 dat zich nagenoeg in axiale richting van de scheider 20 zich 10 uitstrekt en een gekromd stroomafwaarts deel dat ervoor zorgt dat het daar langs stromende mengsel in rotatie wordt gebracht. In het binnenste van elk van de geleidingsvinnen 31, 32, bij voorkeur (maar niet daartoe beperkt) in het stroomopwaartse deel 35 daarvan, zijn kanalen 36 voorzien die 15 enerzijds zijn aangesloten op de binnenruimte 35 van het stromingslichaam 30 en anderzijds via opening 37 zijn aangesloten op de doorstroomruimte 23 tussen de binnenbuis 21 en de buitenbuis 22.

Ter plaatse van het convergerende deel 40 van het 20 stromingslichaam zijn openingen aangebracht. In de weergegeven uitvoering zijn de openingen gekromde sleuven 41 welke openingen toegang verschaffen vanaf de doorstroomruimte 29 die is gedefinieerd tussen het buitenoppervlak van het stromingslichaam 30 en het binnenoppervlak van de binnenbuis 25 21 tot het binnenste 35 van het stromingslichaam 30.

Nabij het convergerende deel 40 van het stromingslichaam 30 en in de weergegeven uitvoeringsvorm enigszins stroomafwaarts daarvan is de binnenbuis 21 eveneens voorzien van convergerend deel 45 opdat de tussenafstand 30 tussen het buitenoppervlak van het stromingslichaam 30 en het binnenoppervlak van de binnenbuis 21 nagenoeg constant blijft, ook in het gebied waarin zich het confergerende deel 40 van het stromingslichaam 30 bevindt. De doorstroomruimte 1029352» 17 29 mondt uit in een nagenoeg centraal in de doorstroomruimte aangebrachte en zich uitstrekkende afvoerbuis 46 die op zijn beurt uitkomt in een afvoerbuis 47 waarlangs een deel van het mengsel kan worden afgevoerd, zoals later uiteen gezet wordt.

5 Doorstroomruimte 23 tussen het buitenoppervlak van de binnenbuis 21 en het binnenoppervlak van de buitenbuis 22 mondt uit in een relatief breed deel 23' aan het distale uiteinde 46 van de scheider 20 om het daarin stromende deel van het mengsel af te voeren in de richting van het volgende 10 deel van de pijpleiding (niet weergegeven).

In gebruik treedt aan het proximale uiteinde 47 van de scheider 20 het te scheiden mengsel binnen (P13) en komt terecht in de doorstroomruimte 29. Met onder druk staande mengsel vervolgt zijn weg en stroomt langs de buitenzijde van 15 het stromingslichaam 30 totdat het mengsel de geleidingsvinnen 31, 32 bereikt heeft. De geleidingsvinnen 31, 32 brengen het daarlangs stromende mengsel in rotatie (P14) waardoor het mengsel op bekende wijze een roterende beweging in de doorstroomruimte 29 maakt. De relatief zware 20 delen, bijvoorbeeld de vaste deeltjes in een zand- /vloeistofscheider, komen terecht in een gebied nabij het binnenoppervlak van de binnenwand 21, terwijl de relatief lichte delen van het mengsel, dat wil zeggen in het onderhavige voorbeeld de vloeistof, komt terecht in een 25 gebied nabij het buitenoppervlak van het stromingslichaam. Wanneer de lichte fractie het conische, van openingen 41 voorziene uiteinde van 40 van het stromingslichaam 30 bereikt heeft, wordt de lichte fractie radiaal (P15) en vervolgens axiaal (P16) in de richting van het proximale deel 47 van de 30 scheider afgevoerd. De lichte fractie wordt aldus teruggestuurd in de richting van de kanalen 36 die zijn voorzien in de geleidingsvinnen. Zoals eerder is vermeld is, er een vrije doorgang tussen de binnenruimte 35 van het '*029352- 18 stromingslichaam 30 en de doorstroomruimte 23 tussen de buitenbuis 22 en de binnenbuis 21. Als gevolg hiervan wordt de lichte fractie via de kanalen 36 naar de doorstroomruimte 23 gevoerd (P17) en vervolgens via doorstroomruimte 23' ; j 5 (richting P18) afgevoerd in de richting van het distale einde j 46 van de scheider. Aldaar wordt de afgescheiden lichte fractie via de pijpleiding (niet weergegeven) afgevoerd worden (P19) .

De zware fractie daarentegen, die als gevolg van de 10 centrifugaal krachten een roterende beweging nabij het binnenoppervlak 21 van de binnenbuis 21 maakt, blijft in de doorstroomruimte 29 en komt terecht (P19, P2o en P21) in de eerder genoemde afvoerbuis 46. Deze afvoerbuis 46 voert de zware fractie via uitlaat 47 (P22) af. Op deze wijze kan een 15 zeer compacte scheider die volledig is opgelijnd met de pijpleiding (een zogenaamde in-line scheider) tot stand worden gebracht.

In figuur 10 is een zesde voorkeursuitvoeringsvorm van de cycloonscheider weergegeven. Deze uitvoeringsvorm komt 20 nagenoeg geheel overeen met de eerder hierin beschreven vijfde uitvoering van de scheider, zodat een gedetailleerde beschrijving van de werking van de scheider -voor zover gelijk aan die van de vijfde uitvoering- hier achterwege kan blijven. In de onderhavige uitvoering zijn niet alleen 25 openingen 41 aangebracht in het distale deel 40 van het stromingslichaam, maar zijn tevens openingen 50 voorzien in het meer proximaal gelegen cilindrische deel 49 van het stromingslichaam. Met name wanneer de lichte fase (vloeistof/gas in een vaste stof/vloeistofscheider) relatief 30 veel gas bevat, leveren de extra openingen 50 in het stromingslichaam een verbeterde afvoer van de lichte fractie op, hetgeen ten goede komt aan het te behalen scheidingsrendement van de cycloonscheider.

1029352η i 19

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de hierin beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden veeleer bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties ί j 5 denkbaar zijn.

1029352-

Claims (21)

1. Cycloonscheider voor het scheiden van een mengsel 5 bevattende vaste deeltjes, vloeistof en/of gas in een zware fractie en een lichte fractie, de scheider omvattende: - een omhulling die een doorstroomruimte definieert door welke het mengsel moet stromen, waarbij de omhulling een inlaat voor het te scheiden mengsel en een uitlaat voor de 10 afvoer van hetzij de zware fractie of de lichte fractie van het mengsel heeft; - een in de doorstroomruimte gerangschikt langgerekt stromingslichaam langs welk het te scheiden mengsel gevoerd kan worden; 15. ten minste één tussen het stromingslichaam en de binnenste omhulling gerangschikt, werveling-opwekkend element, waarbij het werveling-opwekkende element gekromd is teneinde het daarlangs stromende mengsel in rotatie te brengen voor het scheiden van het mengsel in de zware fractie 20 en de lichte fractie; - afvoermiddelen voor het afvoeren van de gescheiden zware en lichte fractie, waarin de afvoermiddelen ten minste een binnenin het genoemde ten minste ene werveling-opwekkende element gedefinieerde stromingsdoorlaat omvatten.

2. Cycloonscheider volgens conclusie 1, omvattende: - ten minste één tweede stromingsdoorlaat die is gedefinieerd binnen het stromingslichaam en die verbonden is met de eerste stromingsdoorlaat in het wervelingselement; - een rondom de binnenste omhulling gerangschikte 30 buitenste omhulling, waarbij de buitenste en binnenste omhulling een met de eerste stromingsdoorlaat verbonden derde stromingsdoorlaat definiëren; ί029352s ί i waarin de afvoermiddelen verder één of meer openingen in het stromingslichaam omvatten, waarbij de openingen verbonden zijn met de tweede stromingsdoorlaat binnen het stromingslichaam teneinde de gescheiden lichte fractie via 5 respectievelijk de openingen en de tweede, eerste en derde doorlaten af te voeren.

3. Cycloonscheider volgens conclusie 2, waarin de openingen voorzien zijn in het gebied dichtbij het stroomafwaartse einde van het stromingslichaam.

4. Cycloonscheider volgens conclusie 2 of 3, waarin het stromingslichaam een convergerend deel aan het stroomafwaartse einde daarvan heeft.

5. Cycloonscheider volgens één van de conclusies 2 tot en met 4, waarin het convergerende deel een in hoofdzaak 15 conische vorm heeft.

6. Cycloonscheider volgens conclusie 4 of 5, waarin | de openingen slechts voorzien zijn in het convergerende deel.

7. Cycloonscheider volgens conclusie 1, waarin het stromingslichaam een in hoofdzaak cilindrisch deel en een 20 convergerend deel omvat, waarbij de openingen voorzien zijn in zowel het cilindrische deel als het convergerende deel.

8. Cycloonscheider volgens één van de conclusies 2-6, waarin de binnenste omhulling een convergerend deel heeft.

9. Cycloonscheider volgens één van de conclusies 2-6, 25 waarin de onderlinge afstand tussen de binnenste omhulling en het stromingslichaam langs de scheider in hoofdzaak constant . IS .

10. Cycloonscheider volgens conclusie 1, waarin de afvoermiddelen verder omvatten: 30 - één of meer openingen in het wervelingselement, waarbij de openingen verbonden zijn met de eerste stromingsdoorlaat, 1029352- i I I , i - een tweede stromingsdoorlaat die is verbonden met de eerste stromingsdoorlaat in het genoemde ten minste ene wervelingselement, waarbij het tweede stromingslichaam zich uitstrekt tot een tweede stromingslichaamuitlaat voor afvoer 5 van de zware of lichte fractie, waarbij de andere fractie af te voeren is vanuit de uitlaat van de omhulling.

11. Cycloonscheider volgens conclusie 10, waarin de openingen voorzien zijn in een randzone nabij de omhulling teneinde de zware fractie door de eerste en tweede 10 stromingsdoorlaten naar de uitlaat van de tweede stromingsdoorlaat te leiden.

12. Scheider volgens conclusie 10 of 11, waarin de openingen voorzien zijn in een randzone naast het stromingslichaam teneinde de lichte fractie via de eerste en 15 tweede doorlaten naar de uitlaat van de tweede stromingsdoorlaat te leiden.

13. Cycloonscheider volgens één van de conclusies 10- 12, waarin de tweede stromingsdoorlaat gedefinieerd is binnen het stromingslichaam.

14. Cycloonscheider volgens één van de conclusies 10- 13, waarin de tweede stromingsdoorlaat gedefinieerd is tussen de binnenste omhulling en de tweede, buitenste omhulling, die is gerangschikt rondom de binnenste omhulling.

15. Cycloonscheider volgens één van de voorafgaande 25 conclusies, waarin de binnenste en buitenste omhullingen in hoofdzaak buisvormig zijn en de doorlaat tussen de binnenste en buitenste omhulling in hoofdzaak ringvormig is.

16. Cycloonscheider volgens één van de conclusies 2-15, waarin de één of meer openingen langgerekte openingen 30 zijn die zich in hoofdzaak parallel met de lokale hoofdstroomrichting van het mengsel uitstrekken.

17. Cycloonscheider volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin de scheider aangepast is om gerangschikt 1029352·? te zijn tussen pijpen van een pijpleiding teneinde een deel van een pijpleiding te vormen.

18. Cycloonscheider volgens conclusie 1, waarin de scheider bevestigd kan worden om opgelijnd te zijn met de 5 pijpleiding.

19. Zwaartekracht scheidingsvat voorzien van ten minste één cycloonscheider volgens één van de voorafgaande conclusies.

20. Werkwijze voor het scheiden van een mengsel 10 bevattende vaste deeltjes, vloeistof en/of gas in een zware fractie en een lichte fractie, de werkwijze de stappen omvattende van: a) het verschaffen van een cycloonscheider omvattende: 15. een omhulling die een doorstroomruimte definieert door welke het mengsel moet stromen, waarbij de omhulling een inlaat heeft voor het te scheiden mengsel en een uitlaat heeft voor de afvoer van de zware fractie van het mengsel; 20. een in de doorstroomruimte gerangschikt langgerekt stromingslichaam langs welk het te scheiden mengsel gevoerd kan worden; - ten minste één tussen het stromingslichaam en de binnenste omhulling gerangschikt, werveling-opwekkend 25 element, waarbij het werveling-opwekkende element gekromd is teneinde het daarlangs stromende mengsel in rotatie te brengen voor het scheiden van het mengsel in de zware fractie en de lichte fractie; - afvoermiddelen voor het afvoeren van de 30 gescheiden zware en lichte fractie, waarin de afvoermiddelen ten minste een binnenin het genoemde ten minste ene werveling-opwekkende element gedefinieerde stromingsdoorlaat omvatten. 1029352S ----- b) het geleiden van het te scheiden mengsel door de genoemde inlaat; c) het in roterende beweging brengen van het mengsel waardoor het mengsel gescheiden wordt in een zware fractie en 5 een lichte fractie; d) het geleiden van de gescheiden lichte fractie via de openingen in het stromingslichaam; e) het teruggeleiden van de lichte fractie door de tweede passage binnen het stromingslichaam; 10 f) het geleiden van de lichte fractie vanaf de tweede doorlaat via de eerste doorlaat in het wervelingselement; g) het afvoeren van een lichte fractie via de derde doorlaat tussen de buitenste en binnenste omhulling; h) het afvoeren van de zware fractie via de genoemde 15 uitlaat van de binnenste omhulling.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, waarin de cycloonscheider een scheider volgens één van de conclusies 1-19 is. ' 029352y