NO320458B1 - Device for separating a fluid stream, especially in a gas phase and a liquid phase - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for separasjon av et fluid som strømmer gjennom en rørledning, i en lett fraksjon og en tyngre fraksjon, i hvilken fluidstrømmen settes i rotasjon slik at den separeres i en sentral sone som i hovedsaken inneholder den lette fraksjon, og en ytre, ringformet sone som i hovedsaken inneholder den tyngre fraksjon, og fra hvilken fluidet i den sentrale sone og fluidet i den ytre sone avgis via respektive utløpsanordninger. The invention relates to a device for the separation of a fluid flowing through a pipeline, into a light fraction and a heavier fraction, in which the fluid flow is set in rotation so that it is separated in a central zone which mainly contains the light fraction, and an outer, ring-shaped zone which mainly contains the heavier fraction, and from which the fluid in the central zone and the fluid in the outer zone are emitted via respective outlet devices.

Ved utvinning av hydrokarboner (olje og gass) til havs blir de produserte fluider ofte transportert i forholdsvis lange rørledninger og stigerør opp fra havbunnen til den aktuelle produksjonsplattform. Det produserte fluid består vanligvis av væske (olje og vann) i hvilken gass er oppløst. Da trykket i den underjordiske kilde er høyere enn i rørledningen, og dessuten avtar oppover i rørledningen, oppstår tiltakende gassbobledannelse og derved tofasestrømning i rørledningen. Dette medfører en støtvis strømning (såkalt "slugging") som i mange tilfeller forårsaker alvorlige vibrasjoner i rørledningen. When extracting hydrocarbons (oil and gas) at sea, the produced fluids are often transported in relatively long pipelines and risers up from the seabed to the relevant production platform. The produced fluid usually consists of liquid (oil and water) in which gas is dissolved. As the pressure in the underground source is higher than in the pipeline, and also decreases upwards in the pipeline, increasing gas bubble formation and thereby two-phase flow in the pipeline occur. This causes a jerky flow (so-called "slugging") which in many cases causes serious vibrations in the pipeline.

Det er kjent å separere fluidstrømmen i væske og gass ved å benytte syklonteknikker slik som innledningsvis angitt, for å redusere de vibrasjoner som skriver seg fra gassbobler. De kjente syklonteknikker medfører imidlertid turbulente trykkvariasjoner i fluidet, noe som forårsaker vibrasjoner i utløpsrøret for gassen. Disse vibrasjoner kan resultere i betydelig skade, og separasjonsgraden kan også påvirkes på ugunstig måte på grunn av trykkvariasjonene. It is known to separate the fluid flow into liquid and gas by using cyclone techniques as indicated at the outset, in order to reduce the vibrations that arise from gas bubbles. However, the known cyclone techniques cause turbulent pressure variations in the fluid, which causes vibrations in the outlet pipe for the gas. These vibrations can result in significant damage, and the degree of separation can also be adversely affected due to the pressure variations.

Som eksempler på kjent teknikk kan det henvises til WO 95/03868 og EP 0 326 231 Al. Således viser WO 95/03868 en innretning for separasjon av en vannholdig fase fra en blanding av hydrokarbon og vannholdige fluider, hvor innretningen omfatter et ytre rør som strekker seg fra et innløp til et utløp av innretningen. Et indre rør er montert koaksialt i det ytre rør for å danne et ringformet rom derimellom. Det er sørget for en anordning for å dirigere fluid fra innløpet inn i det ringformede rom for å strømme langs dette mot utløpsenden, og finner er beliggende mellom rørene for å forårsake spiralbevegelse av fluidet som strømmer i det ringformede rom. Åpninger i det indre rør tillater fluid å strømme fra det ringformede rom inn i det indre rør, og et antall avtakspunkter langs det ytre rør kan åpnes selektivt for å tillate fluid nær ytterkanten av det ringformede rom å fjernes fra dette rom via et åpent avtakspunkt. As examples of prior art, reference can be made to WO 95/03868 and EP 0 326 231 A1. Thus, WO 95/03868 shows a device for the separation of an aqueous phase from a mixture of hydrocarbon and aqueous fluids, where the device comprises an outer pipe which extends from an inlet to an outlet of the device. An inner tube is mounted coaxially in the outer tube to form an annular space therebetween. A device is provided to direct fluid from the inlet into the annular space to flow along it towards the outlet end, and fins are located between the tubes to cause spiral movement of the fluid flowing in the annular space. Openings in the inner tube allow fluid to flow from the annular space into the inner tube, and a number of withdrawal points along the outer tube can be selectively opened to allow fluid near the outer edge of the annular space to be removed from this space via an open withdrawal point.

Videre viser EP 0 326 231 Al en kontinuerlig separator for separasjon av væske fra gass, omfattende et sylindrisk kammer i hvilket væske/gassblandingen strømmer inn og dirigeres tangentialt rundt kammerets sylindriske innervegg. To koniske maskedeler er anbrakt inne i kammeret. Gassen i blandingen separeres delvis ut når blandingen virvler rundt kammerets vegg. Eventuelle gjenværende, gassinneholdende dråper av fluid oppfanges på maskene av den ene eller den andre av de koniske maskedeler, og gassen unnslipper fra disse dråper. Væskekomponenten faller derfor gjennom et nedre utløp fra kammeret, og gassen stiger til et utløp. Furthermore, EP 0 326 231 Al shows a continuous separator for separating liquid from gas, comprising a cylindrical chamber into which the liquid/gas mixture flows and is directed tangentially around the chamber's cylindrical inner wall. Two conical mask parts are placed inside the chamber. The gas in the mixture is partially separated out when the mixture swirls around the wall of the chamber. Any remaining gas-containing drops of fluid are caught on the meshes by one or the other of the conical mesh parts, and the gas escapes from these droplets. The liquid component therefore falls through a lower outlet from the chamber, and the gas rises to an outlet.

Et generelt formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som er i stand til å separere en fluidstrøm i en lett fraksjon og en tyngre fraksjon ved benyttelse av "in-line"-teknologi i en rørledning for å utføre det aktuelle separasjonsarbeid. A general purpose of the invention is to provide a device capable of separating a fluid stream into a light fraction and a heavier fraction by using "in-line" technology in a pipeline to carry out the relevant separation work.

Et mer spesielt formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik innretning som er egnet for effektiv "in-line"-separasjon av en fluidstrøm i en gassfase og en væskefase, slik at strømningsregimet i rørledningen endrer seg fra en alvorlig støtvis strømning til en lett håndterlig boblestrøm. A more particular object of the invention is to provide such a device which is suitable for efficient "in-line" separation of a fluid flow in a gas phase and a liquid phase, so that the flow regime in the pipeline changes from a severe shock-like flow to an easily manageable one bubble flow.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik innretning som er forsynt med et kontrollsystem som sikrer en optimal separasjonsoperasjon av innretningen. A further object of the invention is to provide such a device which is provided with a control system which ensures an optimal separation operation of the device.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en innretning av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter In order to achieve the above-mentioned purpose, a device of the type indicated at the outset has been provided which, according to the invention, is characterized by the fact that it comprises

en i hovedsaken rørformet kappe som er innrettet til å utgjøre et avsnitt av selve rørledningen, idet et spinnelement for rotasjon av fluidstrømmen er beliggende ved kappens oppstrømsende, og utløpsanordningen for den sentrale sone omfatter et nedstrøms av spinnelementet anordnet avløpselement med inngangsåpninger for avløp av den lette fraksjon og eventuelt medrevet tyngre fraksjon fra den sentrale sone, an essentially tubular jacket which is designed to form a section of the pipeline itself, a spinning element for rotation of the fluid flow being located at the upstream end of the jacket, and the outlet device for the central zone comprises a drain element arranged downstream of the spinning element with entrance openings for drainage of the light fraction and possibly entrained heavier fraction from the central zone,

en kontrollseparator som er koplet til avløpselementet og er innrettet til å fraskille medrevet tyngre fraksjon fra den lette fraksjon, idet separatoren er forsynt med et utløp for fraskilt tyngre fraksjon, og med et utløp for den lette fraksjon, og a control separator which is connected to the drain element and is designed to separate the entrained heavier fraction from the light fraction, the separator being provided with an outlet for the separated heavier fraction, and with an outlet for the light fraction, and

et styresystem omfattende en nivågiver for angivelse av nivået av fraskilt tyngre fraksjon i separatoren, og en nivåstyreenhet som er koplet til nivågiveren og til en avtappingsventil i separatorens utløp for den lette fraksjon, og som i samvirke med ventilen sørger for at den fraskilte tyngre fraksjon i separatoren holdes på et konstant nivå som svarer til den maksimalt tillatte, medrevne mengde av den tyngre fraksjon i den lette frasjon. a control system comprising a level transmitter for indicating the level of the separated heavier fraction in the separator, and a level control unit which is connected to the level transmitter and to a drain valve in the outlet of the separator for the light fraction, and which in cooperation with the valve ensures that the separated heavier fraction in the separator is kept at a constant level which corresponds to the maximum permitted, entrained quantity of the heavier fraction in the light fraction.

Ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en innretning som benytter "in-line"-teknologi for å separere en fluidstrøm i en rørledning. Innretningen er basert på syklonprinsippet og vil fortrinnsvis være forsynt med aksial-spinnelelementer som forenkler "in-line"-metoden ved at den tilførte fluidstrøm og minst én av de separerte fluidfraksjoner kan strømme i rørledningsretningen aksialt inn i og ut av den rørformede kappe. På denne måte kan kappen enkelt installeres i en rett rørledningsstrekning uten vesentlig endring av den eksisterende rørgeometri. In the present invention, a device is provided which uses "in-line" technology to separate a fluid flow in a pipeline. The device is based on the cyclone principle and will preferably be provided with axial-spindle elements that simplify the "in-line" method in that the supplied fluid flow and at least one of the separated fluid fractions can flow in the pipeline direction axially into and out of the tubular casing. In this way, the jacket can be easily installed in a straight pipeline stretch without significant changes to the existing pipe geometry.

Fordelene med en slik konstruksjon sammenliknet med annen analog separasjonsteknologi er: The advantages of such a construction compared to other analogue separation technology are:

1. Lav vekt i forhold til f.eks. konvensjonelle separatorer og gassvaskere. 1. Low weight compared to e.g. conventional separators and scrubbers.

2. Lave byggeomkostnigner i forhold til f.eks. konvensjonelle separatorer og gassvaskere. 3. Innretningen kan enkelt installeres i rørbaner med meget små fysiske dimensjoner. Selve kappen vil i de fleste tilfeller ikke ha større diameter enn tilkoplingsrørene. 4. Innretningen kan i de fleste tilfeller bygges innenfor de gjeldende rørspesiifkasjoner uten å måtte ta hensyn til den såkalte trykktankkode, slik at trykktankbeskyttelsesutstyr kan unngås. Eksisterende teknologi lider ofte under at man ikke klarer å unngå trykktankkoden. 2. Low construction costs compared to e.g. conventional separators and scrubbers. 3. The device can be easily installed in pipe runs with very small physical dimensions. In most cases, the casing itself will not have a larger diameter than the connecting pipes. 4. In most cases, the device can be built within the applicable pipe specifications without having to take into account the so-called pressure tank code, so that pressure tank protection equipment can be avoided. Existing technology often suffers from being unable to avoid the pressure tank code.

En aktuell anvendelse av innretningen ifølge oppfinnelsen vil være å separere hydrokarbongass fra produsert vann på en oljeproduksjonsplattform, slik at en alvorlig tofasesetrømning ("slugging") i produsertvann-rørledningen elimineres. Innretningen muliggjør at gassen kan separeres fra vannet på enkel og kompakt måte. Den fraskilte gass kan dessuten gjenvinnes i stedet for å avbrennes i plattformens fakkel. Resultatet er sparte C02-avgifter. A current application of the device according to the invention will be to separate hydrocarbon gas from produced water on an oil production platform, so that a serious two-phase flow ("slugging") in the produced water pipeline is eliminated. The device enables the gas to be separated from the water in a simple and compact way. The separated gas can also be recovered instead of being burned in the platform's flare. The result is saved C02 taxes.

Et meget vesentlig, mulig anvendelsesområde for innretningen vil være å separere en brønnstrøm direkte i strømningsledningen fra brønnen, enten oppe på vedkommende plattform, under vann eller nede i brønnen. En aksial fødestrøm inn på innretningens rørformede kappe reduserer byggemålet betraktelig og muliggjør en installasjon som ikke har større diameter en selve strømningsledningen. Denne type anvendelse vil avlaste plattformens gasseparasjonsprosess. Ofte er brønnproduksjonen begrenset på grunn av konvensjonelle separatorers gasskapasitet. Ved å separere gassen fra brønnstrømmen oppstrøms av separatortoget, vil den totale gassmengde inn på separatortoget synke, og flaskehalsen oppheves. Gassen kan ledes utenom separatortoget direkte til f.eks. reinjeksjon. A very significant, possible area of application for the device will be to separate a well stream directly in the flow line from the well, either up on the relevant platform, underwater or down in the well. An axial feed flow into the device's tubular casing reduces the construction size considerably and enables an installation that does not have a larger diameter than the flow line itself. This type of application will relieve the platform's gas separation process. Well production is often limited due to the gas capacity of conventional separators. By separating the gas from the well flow upstream of the separator train, the total amount of gas entering the separator train will decrease, and the bottleneck will be lifted. The gas can be led outside the separator train directly to e.g. reinjection.

Innretningen ifølge oppfinnelsen vil også kunne benyttes til å separere fritt vann fra olje, dvs. som awanningssyklon. En typisk anvendelse vil være en installasjon i strømningsledningen oppstrøms av brønnens strupeventil, hvor eventuelt tilstedeværende vann ofte vil være i en egen fri fase. Fordelene vil være åpenbare, da store mengder produsert vann inn på separatortoget opptar separasjonskapasitet og lett danner flaskehalser. Dette er ofte et stort problem på eldre oljefelter hvor andelen av vann kan komme opp i over 90% av brønnstrømmen. Ved å bulkfraskille dette vann oppstrøms av separatortoget, vil flaskehalsene kunne oppheves. Awanningssyklonen vil ha et stort potensial installert nede i en oljebrønn med høyt vanninnhold. Høyt vanninnhold reduserer brønnens løftekapasitet, ofte ned til et ulønnssomt nivå hvoretter brønnen avstenges. Ved å separere vannet fra oljen nede i brønnen, vil løftekapasiteten bli opprettholdt og fortsatt produksjon muliggjøres. Ved bruk av denne teknologi vil selve utnyttelsesgraden av et oljefelt kunne heves betraktelig. The device according to the invention can also be used to separate free water from oil, i.e. as a dewatering cyclone. A typical application would be an installation in the flow line upstream of the well's choke valve, where any water present will often be in a separate free phase. The benefits will be obvious, as large quantities of produced water entering the separator train take up separation capacity and easily form bottlenecks. This is often a major problem in older oil fields where the proportion of water can reach over 90% of the well flow. By bulk separating this water upstream of the separator train, the bottlenecks will be eliminated. The Awanning cyclone will have great potential installed at the bottom of an oil well with a high water content. High water content reduces the well's lifting capacity, often down to an unprofitable level, after which the well is shut down. By separating the water from the oil down in the well, the lifting capacity will be maintained and continued production will be possible. By using this technology, the utilization rate of an oil field can be raised considerably.

Havbunnsinstallasjoner i strømningsrør og transportrør vil også være en mulighet for denne teknologi. Seabed installations in flow pipes and transport pipes will also be a possibility for this technology.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse utførelses-eksempler under henvisning til tegningene, der The invention shall be described in more detail in the following in connection with embodiment examples with reference to the drawings, there

fig. 1 viser et delvis aksialt gjennomskåret, perspektivisk sideriss av en utførelse av kappedelen av en innretning ifølge oppfinnelsen, fig. 1 shows a partially axially cut, perspective side view of an embodiment of the casing part of a device according to the invention,

fig. 2 viser dels et tilsvarende riss som fig. 1, med indre komponenter delvis utelatt, og dels en utførelse av innretningens kontrollseparator, og fig. 2 partly shows a corresponding drawing as fig. 1, with internal components partly omitted, and partly an embodiment of the device's control separator, and

fig. 3 viser et i hovedsaken tilsvarende riss som fig. 2, hvor også innretningens styresystem er vist. fig. 3 shows a substantially similar drawing as fig. 2, where the device's control system is also shown.

Den på tegningene viste utførelse av innretningen ifølge oppfinnelsen er særlig beregnet for separasjon av en gassfase (gass/damp) fra en væskefase (vann/olje), f.eks. i en rørledning som fører til en oljeplattform. The embodiment of the device according to the invention shown in the drawings is particularly intended for the separation of a gas phase (gas/steam) from a liquid phase (water/oil), e.g. in a pipeline leading to an oil platform.

Som vist på fig. 1, som viser avgasserdelen 1 av innretningen, omfatter denne seksjon en sylindrisk, rørformet kappe 2 som er beregnet for innkopling i en rørledning (ikke vist), slik at kappen utgjør en del (et "in-line"-element) av selve rørledningen. Kappen 2 har en innløpsdel 3 for tilførsel av tofaseblandingen F av væske og gass/damp, og en utløpsdel 4 hvor væskefasen L forlater kappen 2, i begge tilfeller i kappens aksialretning. Både innløpsdelen 3 og utløpsdelen 4 er her vist å være koniske, men disse deler kan selvsagt ha en annen form, f.eks. sylindrisk form med samme diameter som rørledningen, eller eventuelt større eller mindre diameter. As shown in fig. 1, which shows the degassing part 1 of the device, this section comprises a cylindrical, tubular casing 2 which is intended for connection to a pipeline (not shown), so that the casing forms part (an "in-line" element) of the pipeline itself . The jacket 2 has an inlet part 3 for supplying the two-phase mixture F of liquid and gas/steam, and an outlet part 4 where the liquid phase L leaves the jacket 2, in both cases in the axial direction of the jacket. Both the inlet part 3 and the outlet part 4 are shown here to be conical, but these parts can of course have a different shape, e.g. cylindrical shape with the same diameter as the pipeline, or possibly a larger or smaller diameter.

Ved kappens 2 oppstrømsende er det montert et aksial-spinnelement 5 for å sette tofaseblandingen i rotasjon ved rotasjon av elementet, for oppnåelse av den ønskede separasjon av tofaseblandingen i en gass/dampkjerne "g" i en sentral sone 6 i kappen 2, og væske "1" i en ringformet, ytre sone 7 ved kappens indre overflate. Spinnelementet omfatter et kjernelegeme 8 på hvilket det er montert et antall aksialt krummede ledeblad 9. Antall blad, og disses utforming med hensyn til lengde og vinkel, vil være tilpasset til den aktuelle anvendelse. At the upstream end of the jacket 2, an axial spin element 5 is mounted to set the two-phase mixture in rotation by rotation of the element, to achieve the desired separation of the two-phase mixture in a gas/vapor core "g" in a central zone 6 of the jacket 2, and liquid "1" in an annular, outer zone 7 at the inner surface of the jacket. The spinning element comprises a core body 8 on which a number of axially curved guide blades 9 are mounted. The number of blades, and their design with regard to length and angle, will be adapted to the application in question.

Oppstrøms av spinnelementet 5 er det anordnet et sylindrisk ledelegeme 10 som er utformet for å lede det tilførte fluid i en ringformet, aksial strøm mot spinnelementet. Ledelegemet 10 er understøttet sentralt i kappen 2 ved hjelp av en støtteanordning 11. Ledelegemet og støtteanordningen er fortrinnsvis aerodynamisk utformet. Upstream of the spinning element 5, a cylindrical guide body 10 is arranged which is designed to guide the supplied fluid in an annular, axial flow towards the spinning element. The guide body 10 is supported centrally in the jacket 2 by means of a support device 11. The guide body and the support device are preferably aerodynamically designed.

Sentralt i kappen 2 er det anordnet et avløpselement 12 i form av et hult legeme som er forsynt med en eller flere inngangsåpninger 13 for avløp av gass og eventuelt medrevet væske fra den sentrale sone 6 og ut av avgasserdelen. Som vist, ledes gassen G via et utløpsrør 14 som står i forbindelse med avløpselementet 12 og er ført ut gjennom kappens 2 sidevegg. A drainage element 12 is arranged centrally in the casing 2 in the form of a hollow body which is provided with one or more inlet openings 13 for the drainage of gas and possibly entrained liquid from the central zone 6 and out of the degassing part. As shown, the gas G is led via an outlet pipe 14 which is in connection with the drain element 12 and is led out through the side wall of the jacket 2.

I den viste utførelse omfatter avløpselementet 12 et rør som strekker seg aksialt langs kappen 2 og er forsynt med et antall inngangsåpninger i form av slisser 13 som er anordnet oppstrøms av et reflektorelement 15 for gassen. Utløpsslissenes geometri, størrelse og plassering kan variere. In the embodiment shown, the drain element 12 comprises a pipe which extends axially along the jacket 2 and is provided with a number of entrance openings in the form of slits 13 which are arranged upstream of a reflector element 15 for the gas. The geometry, size and location of the outlet slots may vary.

Reflektorelementet 15 består av et sylindrisk kjernelegeme som i den viste utførelse har en plan flate som er rettet mot den sentrale gass-sone. Reflektorelementet kan imidlertid være utformet på andre måter, f.eks. som en i oppstrømsretningen avsmalnende plugg eller konus. The reflector element 15 consists of a cylindrical core body which, in the embodiment shown, has a flat surface which is directed towards the central gas zone. However, the reflector element can be designed in other ways, e.g. as a plug or cone tapering in the upstream direction.

Nedstrøms av reflektorelementet 15, og på en avstand oppstrøms av kappens utløpsdel 4, er det anordnet et antispinnelement 16 for å bringe den roterende væskefasestrøm tilbake til en aksialt rettet strømning mot utløpsdelen 4. Antispinnelementet omfatter et kjernelegeme 17 på hvilket det er monetert et antall delvis krumme ledeblad 18 som ved sin utløpsende er rettet aksialt langs kappen. Bladene 18 er ved sine radialt ytre kanter festet til innsiden av kappen, slik at elementet 16 er stabilt understøttet i kappen, og dermed danner støtte for avløpsrøret 12 og reflektorelementet 15. Downstream of the reflector element 15, and at a distance upstream of the outlet part 4 of the jacket, an anti-spin element 16 is arranged to bring the rotating liquid phase flow back to an axially directed flow towards the outlet part 4. The anti-spin element comprises a core body 17 on which a number of partially curved guide blade 18 which at its outlet end is directed axially along the sheath. The blades 18 are attached at their radially outer edges to the inside of the casing, so that the element 16 is stably supported in the casing, and thus forms support for the drain pipe 12 and the reflector element 15.

Slik det fremgår, strekker avløpsrøret 12 seg gjennom reflektorelementet 15 og kjernelegemet 17, og videre er røret ved sin oppstrømsende understøttende forbundet med en overgangskonus 19 som er forbundet med spinnelementets 5 kjernelegeme 8. En overgangskonus 20 er også anordnet på nedstrømssiden av antispinnelementet 16, som en fortrinnsvis strømlinjet overgang mellom antipinnelementet og den aksiale del av utløpsrøret 14. As can be seen, the drain pipe 12 extends through the reflector element 15 and the core body 17, and the pipe is further supported at its upstream end by a transition cone 19 which is connected to the spin element 5 core body 8. A transition cone 20 is also arranged on the downstream side of the anti-spin element 16, which a preferably streamlined transition between the anti-pin element and the axial part of the outlet pipe 14.

Nær kappens 2 utløpsdel 4 er det anordnet en strømningsrestriksjon 21 for frembringelse av et trykkfall nedstrøms av restriksjonen. Formålet med dette trykkfall skal omtales nærmere nedenfor, i forbindelse med innretningens kontrollseparator. Near the outlet part 4 of the jacket 2, a flow restriction 21 is arranged to produce a pressure drop downstream of the restriction. The purpose of this pressure drop shall be discussed in more detail below, in connection with the facility's control separator.

Når spinnelementet 5 settes i rotasjon ved drift av innretningen, separeres fluidstrømmen F som nevnt i en gass/damp-kjerne "g" i den sentrale sone 6, og væske "1" i en ringformet sone 7 innenfor kappeveggen. Gass/damp-kjernen etableres typisk mellom konusen 19 og reflektorelementet 15. Denne kjerne vil normalt være etablert innenfor en definert grenseflate 22 mellom gassen/dampen og væsken. Den fraseparerte gass/damp, eventuelt sammen med noe medrevet væske, spesielt under ustabile forhold, dreneres av via avløpselementet 12, mens væskefasen passerer reflektorelementet 15 i en roterende, ringformet strøm og bringes tilbake til aksial strømning i antispinnelementet 16. I tillegg til å reflektere gassen, vil reflektorelementet også være med å styre trykkgjenvinning oppstrøms av antispinnelementet. Når det gjelder antispinnelementet, kan dette eventuelt sløyfes. Dette resulterer imidlertid i at spinnet ikke oppheves, og også i dårligere trykkgjenvinning. When the spinning element 5 is set in rotation during operation of the device, the fluid flow F is separated as mentioned in a gas/vapor core "g" in the central zone 6, and liquid "1" in an annular zone 7 within the casing wall. The gas/steam core is typically established between the cone 19 and the reflector element 15. This core will normally be established within a defined interface 22 between the gas/steam and the liquid. The separated gas/vapour, possibly together with some entrained liquid, especially under unstable conditions, is drained off via the drain element 12, while the liquid phase passes the reflector element 15 in a rotating, annular flow and is returned to axial flow in the anti-spin element 16. In addition to reflecting the gas, the reflector element will also help control pressure recovery upstream of the anti-spin element. As for the anti-spin element, this can possibly be omitted. However, this results in the spin not being canceled out, and also in poorer pressure recovery.

En utførelse av innretningens kontrollseparator er vist på fig. 2. Kontrollseparatoren har to funksjoner, nemlig å sekundærseparere væske fra gassfasen som kommer fra avgasserdelen 1, og å kontrollere avgasserdelens driftspunkt, og da i samvirke med et styresystem, slik som nærmere beskrevet nedenfor. An embodiment of the device's control separator is shown in fig. 2. The control separator has two functions, namely to secondary separate liquid from the gas phase coming from degassing part 1, and to control the operating point of the degassing part, and then in cooperation with a control system, as described in more detail below.

Fig. 2 viser en kontrollseparator 25 omfattende et ytre skall i form av en vertikalt orientert, sylindrisk beholder 26 som ved sin nedre nede er forbundet med avgasserdelens utløpsrør 14 via en passende overgangsdel 27, og som ved sin øvre ende har et utløp 28 for gass. Fig. 2 shows a control separator 25 comprising an outer shell in the form of a vertically oriented, cylindrical container 26 which is connected at its lower end to the outlet pipe 14 of the degassing part via a suitable transition part 27, and which has an outlet 28 for gas at its upper end .

Kontrollseparatorens montering vil typisk være vertikal, uavhengig av vertikal eller horisontal versjon av selve avgasserdelen. Ved horisontalt orientert avgasser vil kontrollseparatoren bli bygget sammen med avgasseren som et stort T-stykke. Ved vertikal avgasser vil kontrollseparatoren typisk være montert på siden av selve avgasseren eller internt integrert i selve avgasseren. The control separator's assembly will typically be vertical, regardless of the vertical or horizontal version of the exhaust part itself. In the case of a horizontally oriented degasser, the control separator will be built together with the degasser as a large T-piece. In the case of a vertical degasser, the control separator will typically be mounted on the side of the degasser itself or internally integrated into the degasser itself.

Kontrollseparatorens ytre skall har fortrinnsvis sirkulært tverrsnitt, slik som vist, men kan eventuelt ha annen form. Skallet kan hensiktsmessig ha samme diameter som avgasserkappen 2, da dette medfører at avgasserkappen og kontrollseparatoren kan utføres som et T-stykke med like rørdiametere, hvor skallet monteres direkte på avgasserkappen, uten noen mellomliggende overgangsdel. The control separator's outer shell preferably has a circular cross-section, as shown, but may optionally have a different shape. The shell can conveniently have the same diameter as the exhaust hood 2, as this means that the exhaust hood and the control separator can be made as a T-piece with equal pipe diameters, where the shell is mounted directly on the exhaust hood, without any intermediate transition part.

Separatorens lengde/høyde og diameter vil avhenge av dimensjonene på separatorens innvendige komponenter, oppholdstiden for væske i separatoren, begrens-ninger på maksimal gasshastighet og evnen til å takle dynamiske nivåsvingninger. The separator's length/height and diameter will depend on the dimensions of the separator's internal components, the residence time for liquid in the separator, limitations on maximum gas velocity and the ability to cope with dynamic level fluctuations.

Et innløpsrør 29 for tilførsel av gass og medrevet væske til separatoren 25 er ved sin nedre ende forbundet med utløpsrøret 14 fra avgasserdelen, og rager et stykke oppover inne i beholderen 26. Innløpsrøret 29 er ved sin øvre ende koplet til et typisk innløpselement 30 som virker som en momentbryter som reduserer hastigheten, momentet og innløpsimpulsen til den tilførte fødestrøm (gass og væske). Energien i fødestrømmen reduseres dermed en slik måte at separasjon av væske fra gassfasen optimaliseres, og at væsken dessuten hindres i å sprute direkte mot gassutløpet 28. An inlet pipe 29 for the supply of gas and entrained liquid to the separator 25 is connected at its lower end to the outlet pipe 14 from the degassing part, and projects a bit upwards inside the container 26. The inlet pipe 29 is connected at its upper end to a typical inlet element 30 which acts as a torque switch that reduces the speed, torque and inlet impulse of the supplied feed stream (gas and liquid). The energy in the feed stream is thus reduced in such a way that separation of liquid from the gas phase is optimised, and that the liquid is also prevented from splashing directly towards the gas outlet 28.

Innløpselementet 30 kan være av en konvensjonell utførelse som vil være kjent for en fagmann på området, og som derfor ikke er nærmere beskrevet. The inlet element 30 can be of a conventional design which will be known to a person skilled in the field, and which is therefore not described in more detail.

Væske som fraskilles i beholderen 26, separeres i hovedsaken gravimetrisk, og samler seg i den nedre del av beholderen. Væsken er på fig. 2 vist å ha et nivå 31. Beholderen er videre vist å være forsynt med to stusser 32 for nivåmåling. Nivået kan måles ved hjelp av f.eks. differansetrykkmåling eller et annet måleprinsipp, ved benyttelse av et utvendig, vertikalt målerør eller standrør (ikke vist). Alternativt kan det benyttes andre nivåmåleprinsipper som ikke trenger stussforbindelser, f.eks. induktive, akustiske eller radioaktive metoder. Liquid that is separated in the container 26 is mainly separated gravimetrically, and collects in the lower part of the container. The liquid is in fig. 2 is shown to have a level 31. The container is further shown to be provided with two nozzles 32 for level measurement. The level can be measured using e.g. differential pressure measurement or another measuring principle, using an external, vertical measuring tube or standpipe (not shown). Alternatively, other level measurement principles can be used that do not need spigot connections, e.g. inductive, acoustic or radioactive methods.

I den viste utførelse er det ved beholderens 26 øvre ende anordnet en væskefanger(koalescer)- og gassutløpsanordning 33 som har som oppgave å fraskille de minste væskedråpene fra gassen som strømmer mot utløpet 28, og som også vil bidra til å hindre væske i å sprute direkte mot utløpet. Denne anordning kan eksempelvis bestå av standard pallringer, trådduk eller sykloner. Videre er det vist anordnet et dreneringsrør 34 for å lede fraskilt væske fra væskefangeren ned i kontrollseparatorens væskefase. In the embodiment shown, a liquid catcher (coalescer) and gas outlet device 33 is arranged at the upper end of the container 26, which has the task of separating the smallest liquid droplets from the gas flowing towards the outlet 28, and which will also help to prevent liquid from splashing directly towards the outlet. This device can, for example, consist of standard pallet rings, wire cloth or cyclones. Furthermore, a drainage pipe 34 is shown arranged to lead separated liquid from the liquid trap down into the liquid phase of the control separator.

Den viste væskefanger/gassutløpsanordning 33 trenger ikke å være anordnet for å fa kontrollseparatoren til å fungere, men er å foretrekke for å oppnå optimal separatoreffektivitet. The liquid trap/gas outlet device 33 shown need not be provided to make the control separator work, but is preferred to achieve optimum separator efficiency.

Beholderen 26 er ved sin nedre ende (eventuelt i bunnen) forsynt med en utløpsstuss 35 for drenering av væsken til et passende sted. I forbindelse med utløps-stussen er det også vist å være anordnet en væskeutløpsanordning 36 som hovedsakelig har som oppgave å skape optimale dreneringsegenskaper, blant annet ved å hindre virvelstrøm mot utløpet 35. Kontrollseparatoren vil imidlertid fungere også uten en slik anordning. The container 26 is provided at its lower end (possibly at the bottom) with an outlet nozzle 35 for draining the liquid to a suitable place. In connection with the outlet spigot, a liquid outlet device 36 is also shown to be arranged, which mainly has the task of creating optimal drainage properties, among other things by preventing eddy currents towards the outlet 35. However, the control separator will also function without such a device.

Slik det fremgår av fig. 3, er væskeutløpet 35 i den viste utførelse koplet til en dreneringsledning 37 som er forbundet med avgasserdelens 1 utløpsdel 4 på nedstrømssiden av innsnevringen 21, idet innsnevringen frembringer et tilstrekkelig trykkfall til å drenere væske fra kontrollseparatoren til utløpsdelen 4. As can be seen from fig. 3, the liquid outlet 35 in the embodiment shown is connected to a drainage line 37 which is connected to the outlet part 4 of the degasser part 1 on the downstream side of the constriction 21, the constriction producing a sufficient pressure drop to drain liquid from the control separator to the outlet part 4.

På dreneringsledningen 37 er det innkoplet en reguleringsventil 38 som kan styres via en manuell pådragsenhet 39 for innstilling av en passende, ønsket dreneringshastighet, slik som nærmere omtalt nedenfor i forbindelse med innretningens styresystem. A control valve 38 is connected to the drainage line 37, which can be controlled via a manual application unit 39 for setting a suitable, desired drainage rate, as described in more detail below in connection with the device's control system.

Slik som videre vist på fig. 3, er det i gassutløpet 28 fra beholderen 26 innkoplet en ventil 40 med en manøverenhet 41 for innstilling av den avgitte eller avtappede gassmenge fra separatoren 25. As further shown in fig. 3, a valve 40 is connected to the gas outlet 28 from the container 26 with a control unit 41 for setting the amount of gas released or drained from the separator 25.

Slik som foran nevnt, kontrollerer kontrollseparatoren 25 avgasserdelens driftspunkt i samvirke med innretningens styresystem. Dette skjer ved at man ved hjelp av en indirekte metode, ved hjelp av nivåmåling, kontrollerer det nevnte driftspunkt. I den viste utførelse omfatter styresystemet i det vesentlige en nivågiver 42 som er koplet til stussene 32, og som angir nivået av fraskilt væske i beholderen 26, og en nivåstyreenhet 43 som er koplet til nivågiveren 42 og til ventilens 40 manøver-enhet 41, og som styrer nivået av væske i beholderen i samvirke med avtappingsventilen 40. As previously mentioned, the control separator 25 controls the operating point of the degassing part in cooperation with the device's control system. This happens by using an indirect method, by means of level measurement, to check the aforementioned operating point. In the embodiment shown, the control system essentially comprises a level transmitter 42 which is connected to the spigots 32, and which indicates the level of separated liquid in the container 26, and a level control unit 43 which is connected to the level transmitter 42 and to the valve 40's maneuvering unit 41, and which controls the level of liquid in the container in cooperation with the drain valve 40.

Det optimale driftspunkt for avgasserdelen 1 vil være når væsken er tilnærmet fri for gass i avgasserens utløpsdel 4, og gassen er tilnærmet fri for væske i utløpsrøret 14. Ved dette driftspunkt vil medrevet væske i gassfasen øke betraktelig dersom man prøver å trekke ut mer gass. Opprettholdelse av dette driftspunkt krever et effektivt styresystem. Kontrollseparatoren vil sammen med det viste styresystem tillate en gitt maksimal mengde væske i gassfasen fra avgasserdelen, og vil sørge for at denne lille væskeandel blir separert fra gassen før den slippes ut av separatoren. Ved hjelp av denne metode vil man faktisk oppnå to tilnærmet rene faser av gass og væske. The optimal operating point for the degasser part 1 will be when the liquid is almost free of gas in the degasser outlet part 4, and the gas is almost free of liquid in the outlet pipe 14. At this operating point, entrained liquid in the gas phase will increase considerably if you try to extract more gas. Maintaining this operating point requires an effective control system. The control separator, together with the control system shown, will allow a given maximum amount of liquid in the gas phase from the degassing part, and will ensure that this small proportion of liquid is separated from the gas before it is released from the separator. With the help of this method, two almost pure phases of gas and liquid will actually be achieved.

Som nevnt, innstilles dreneringshastigheten for væske fra kontrollseparatoren ved hjelp av reguleringsventilen 38. Dreneringshastigheten vil implisitt svare til den tillatte mengde væske som medrives i gassfasen fra avgasserdelen. Dreneringshastigheten kan styres ved hjelp av den manuelle pådragsenhet 39. En mer sofistikert måte vil være å la ventilens åpning være en funksjon av gass- eller væskelast. Dreneringsmengden vil øke med økende last dersom man f.eks. krever en konstant væskefraksjon i gassmengden ut av avgasseren. Det er da naturlig at tillatt drenerings-mengde økes i samme grad. En nedstrømsmengdemåling av enten væsken eller gassen vil via en gitt funksjon kunne gi den riktige ventilåpning. As mentioned, the draining rate for liquid from the control separator is set using the control valve 38. The draining rate will implicitly correspond to the permitted amount of liquid entrained in the gas phase from the degassing part. The draining rate can be controlled by means of the manual application unit 39. A more sophisticated way would be to let the opening of the valve be a function of gas or liquid load. The amount of drainage will increase with increasing load if, for example, requires a constant liquid fraction in the gas quantity out of the degasser. It is therefore natural that the permitted amount of drainage is increased to the same extent. A downstream quantity measurement of either the liquid or the gas will be able to provide the correct valve opening via a given function.

Nivågiveren 42 som måler væskenivået i beholderen 26, bør være rask og ha en hurtig oppdatering på grunn av avgasserdelens raske dynamiske respons. Nivågiveren gir et signal til nivåstyreenheten 43 som styrer nivået ved hjelp av avtappingsventilen 40. Ved økende grad av åpning av avtappingsventilen 40 vil en større mengde gass trekkes av fra avgasseren. Følgelig vil en større fraksjon væske bli revet med i gasstrømmen fra avgasseren. I nærheten av optimalpunktet hvor tilnærmet all gass er separert fra væsken i avgasseren, vil man meget lett få en større væskemedrivning ved ytterligere åpning av avtappingsventilen 40. Dette kommer av at gasskjernen i avgasseren er tynnere jo nærmere optimalpunktet for fullstendig separasjon man ligger, og avstanden mellom gass/væske-grenseflaten 22 og inngangsslissene 13 er minst. Ved liten avstand mellom grenseflate og slisser oppstår det meget lett en massiv medrivningssituasjon dersom gassavtappingen økes ytterligere. The level sensor 42 which measures the liquid level in the container 26 should be fast and have a quick update due to the fast dynamic response of the degassing part. The level transmitter gives a signal to the level control unit 43 which controls the level with the help of the drain valve 40. With an increasing degree of opening of the drain valve 40, a larger amount of gas will be withdrawn from the degasser. Consequently, a larger fraction of liquid will be entrained in the gas flow from the degasser. In the vicinity of the optimum point where almost all gas is separated from the liquid in the degasser, a larger liquid entrainment will very easily be obtained by further opening of the drain valve 40. This is because the gas core in the degasser is thinner the closer to the optimum point for complete separation, and the distance between the gas/liquid interface 22 and the entrance slits 13 is the least. With a small distance between the interface and slits, a massive entrainment situation very easily occurs if the gas extraction is increased further.

Ved et stabilt nivå i kontrollseparatoren vil medrevet væskemengde i gassfasen fra avgasseren være konstant og lik den maksimalt tillatte, medrevne væskemengde som er gitt av reguleringsventilen 38. At a stable level in the control separator, the entrained liquid quantity in the gas phase from the degasser will be constant and equal to the maximum permitted, entrained liquid quantity given by the control valve 38.

Nivåstyreenheten 43 vil hele tiden sørge for at medrevet væskemengde i gassfasen fra avgasseren vil være tilnærmet konstant. The level control unit 43 will constantly ensure that the entrained amount of liquid in the gas phase from the degasser will be approximately constant.

Claims (8)

1. Innretning for separasjon av et fluid som strømmer gjennom en rørledning, i en lett fraksjon og en tyngre fraksjon i hvilken fluidstrømmen settes i rotasjon slik at den separeres i en sentral sone (6) som i hovedsaken inneholder den lette fraksjon, og en ytre, ringformet sone (7) som i hovedsaken inneholder den tyngre fraksjon, og fra hvilken fluidet i den sentrale sone og fluidet i den ytre sone avgis via respektive utløpsanordninger (12-14 hhv. 4), karakterisert ved at den omfatter en i hovedsaken rørformet kappe (2) som er innrettet til å utgjøre et avsnitt av selve rørledningen, idet et spinnelement (5) for rotasjon av fluidstrømmen er beliggende ved kappens (2) oppstrømsende, og utløpsanordningen for den sentrale sone omfatter et nedstrøms av spinnelementet (5) anordnet avløpselement (12) med inngangsåpninger (13) for avløp av den lette fraksjon og eventuelt medrevet tyngre fraksjon fra den sentrale sone (6), en kontrollseparator (25) som er koplet til avløpselementet (12) og er innrettet til å fraskille medrevet tyngre fraksjon fra den lette fraksjon, idet separatoren (25) er forsynt med et utløp (35) for fraskilt tyngre fraksjon, og et utløp (28) for den lette fraksjon, og et styresystem omfattende en nivågiver (42) for angivelse av nivået av fraskilt tyngre fraksjon i separatoren (25), og en nivåstyreenhet (43) som er koplet til nivågiveren (42) og til en avtappingsventil (40, 41) i separatorens utløp (28) for den lette fraksjon, og som i samvirke med ventilen sørger for at den fraskilte tyngre fraksjon i separatoren (25) holdes på et konstant nivå (31) som svarer til den maksimalt tillatte, medrevne mengde av den tyngre fraksjon i den lette fraksjon.1. Device for separating a fluid flowing through a pipeline into a light fraction and a heavier fraction in which the fluid flow is set in rotation so that it is separated in a central zone (6) which mainly contains the light fraction, and an outer , annular zone (7) which mainly contains the heavier fraction, and from which the fluid in the central zone and the fluid in the outer zone are released via respective outlet devices (12-14 and 4 respectively), characterized in that it includes an essentially tubular casing (2) which is arranged to form a section of the pipeline itself, a spinning element (5) for rotation of the fluid flow being located at the upstream end of the casing (2), and the outlet device for the central zone comprising a downstream of the spinning element (5) arranged drainage element (12) with inlet openings (13) for drainage of the light fraction and possibly entrained heavier fraction from the central zone (6), a control separator (25) which is connected to the drain element (12) and is designed to separate entrained heavier fraction from the light fraction, the separator (25) being provided with an outlet (35) for separated heavier fraction, and an outlet (28 ) for the light fraction, and a control system comprising a level transmitter (42) for indicating the level of separated heavier fraction in the separator (25), and a level control unit (43) which is connected to the level transmitter (42) and to a drain valve (40, 41) in the outlet of the separator (28) ) for the light fraction, and which in cooperation with the valve ensures that the separated heavier fraction in the separator (25) is kept at a constant level (31) which corresponds to the maximum permitted entrained quantity of the heavier fraction in the light fraction. 2. Innretning i følge krav 1, karakterisert ved at det i kappen (2) oppstrøms av spinnelementet (5) er anordnet et ledelegeme (10) som er utformet for å lede det tilførte fluid (F) i en ringformet, aksial strøm mot spinnelementet (5), og at utløpsanordningen (4) for den tyngre fraksjon er innrettet til å lede denne fraksjon ut av kappen (2) i kappens aksialretning.2. Device according to claim 1, characterized in that a guide body (10) is arranged in the jacket (2) upstream of the spinning element (5) which is designed to guide the supplied fluid (F) in an annular, axial flow towards the spinning element (5), and that the outlet device (4) for the heavier fraction is designed to lead this fraction out of the casing (2) in the axial direction of the casing. 3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at avløpselementet omfatter et rør (12) som løper aksialt i kappen (2) og er forsynt med inngangsåpninger i form av et antall slisser (13) som er anordnet i et område av røret (12) oppstrøms av et i kappen (2) anordnet reflektorelement (15) for den lette fraksjon.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the drainage element comprises a pipe (12) which runs axially in the casing (2) and is provided with entrance openings in the form of a number of slots (13) which are arranged in an area of the pipe ( 12) upstream of a reflector element (15) arranged in the jacket (2) for the light fraction. 4. Innretning ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at et antispinnelement (16) for den tyngre fraksjon i den ytre sone (7) er anordnet oppstrøms av utløpsanordningen (4) for den tyngre fraksjon.4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that an anti-spin element (16) for the heavier fraction in the outer zone (7) is arranged upstream of the outlet device (4) for the heavier fraction. 5. Innretning ifølge krav 3 og 4, karakterisert ved at spinnelementet (5) og antispinnelementet (16) omfatter respektive kjernelegemer (8 hhv. 17) for under-støttelse av bestanddelene i kappen (2), og at avløpsrøret (12) ved sin oppstrømsende er forbundet med spinnelementets (5) kjernelegeme (8) og ved sin nedstrømsende strekker seg gjennom antispinnelementets (16) kjernelegeme (17) og går over i et utløpsrør (14) som er ført ut gjennom kappens (2) sidevegg.5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that the spinning element (5) and the anti-spinning element (16) comprise respective core bodies (8 and 17 respectively) for supporting the components in the jacket (2), and that the drain pipe (12) at its upstream end is connected to the core body (8) of the spinning element (5) and at its downstream end extends through the core body (17) of the anti-spinning element (16) and passes into an outlet pipe (14) which is led out through the side wall of the jacket (2). 6. Innretning ifølge ett av de foregående krav, hvor den lette fraksjon er gass/damp og den tyngre fraksjon er en væske, karakterisert ved at kontrollseparatoren (25) omfatter en vertikalt orientert beholder (26) som ved sin nedre ende er forbundet med det i kappen (2) anordnede avløpselement (12), og som ved sin øvre ende har et utløp (28) for gass, idet avløpselementet (12) er forbundet med den nedre ende av et innløpsrør (29) som leder til en væskefanger- og gassutløpsanordning (30).6. Device according to one of the preceding claims, where the light fraction is gas/vapor and the heavier fraction is a liquid, characterized in that the control separator (25) comprises a vertically oriented container (26) which is connected at its lower end to the drain element (12) arranged in the jacket (2), and which has an outlet (28) for gas at its upper end, the drain element (12) being connected to the lower end of an inlet pipe (29) which leads to a liquid trap and gas outlet device (30). 7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at kontrollseparatorens (25) væskeutløp (35) via av en dreneringsledning (37) er forbundet med kappens (2) utløpsanordning (4) på nedstrømssiden av en i kappen (2) anordet strømnings-restriksjon (21).7. Device according to claim 6, characterized in that the control separator's (25) liquid outlet (35) is connected via a drainage line (37) to the jacket's (2) outlet device (4) on the downstream side of a flow restriction arranged in the jacket (2) 21). 8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at dreneringsledningen (37) er forsynt med en reguleringsventil (38) for innstilling av dreneringshastigheten.8. Device according to claim 7, characterized in that the drainage line (37) is provided with a control valve (38) for setting the drainage rate.