NO333884B1 - Dynamisk partikkelseperator for utskilling av sand fra en gasstrøm - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en dynamisk partikkelseparator for syklonutskilling av sand fra en gasstrøm i forbindelse med petroleumsrelatert olje- og gassproduksjon, der separatoren omfatter et hus inneholdende en syklontank som er utstyrt med en øvre innløpsåpning for gasstrømmen og en øvre og en nedre utløpsåpning for utføring av henholdsvis gass og partikler fra tanken.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en dynamisk partikkelseparator for syklonutskilling av sand fra en gasstrøm i forbindelse med petroleumsrelatert olje- og gassproduksjon, der separatoren omfatter et hus inneholdende en syklontank som er utstyrt med en øvre innløpsåpning for gasstrømmen og en øvre og en nedre utløpsåpning for utføring av henholdsvis gass og partikler fra tanken.

I forbindelse med petroleumsrelatert olje- og gassproduksjon kan det i gasstrømmer opptre store mengder sand som må skilles ut på et eller annet vis. Denne gasstrømmen kan være flytende gass, dvs. kondensat, eller vanlig gasstrøm under normal trykk, og inneholdende gass, væske, faststoff, urenheter og annen skitt i form av sand. Med sand må det derfor forstås overnevnte begreper.

Det finnes mange forskjellige sandseparatorer, og de fleste fungerer etter sentrifugalprinsippet der det dannes en virvelstrøm slik at tyngre partikler slynges ut mot en innvendig vegg for deretter å falle ned et utløp, mens lette gasser stiger og utføres gjerne gjennom et øvre utløp.

Kjente løsninger omfatter normalt en sirkulærsylindrisk tank, dog gjerne med en nedre konisk avsmalnende del mot utløpet for partiklene. Kraften på partiklene vil dermed hovedsakelig være lik i hele tanken. Et problem kan i den anledning være å få partiklene ned i tanken.

For oljeselskap medfører det store kostnader og en betydelig arbeidsinnsats å skille ut partikler for eksempel under olje- og gassproduksjon, fordi sandpartikler virker ødeleggende på utstyret gassblandingen føres gjennom. Dette kan være transportrør, eller skipstanker og raffinerier. Innen prosessindustri kan også partikler føre til blant annet erosjon på rørsystemer og tanker, med fare for sikkerheten, samt tetting av filtre. Hittil har utstyr som benyttes til utskillelse vært avhengig av partiklenes størrelse og av strømningshastigheten i den væske og/eller gass de opptrer i.

Fra patentlitteratur vises til WO 0128659 A1, og som angir en sandseparator for bruk i gassbrønner som fjerner sanden fra gassen før den leveres til en produksjonslinje. Sandseparatoren består av en vertikal sylindrisk tank med en indre sylinder. Gass/sand injiseres i en spesiell vinkel nedover i ringrommet mellom den indre og ytre sylinder for å danne en syklon type effekt slik at gassen stiger og rømmer fra toppen av tanken mens sanden fortsetter nedover og akkumuleres i bunnen av denne. Tømmingen er automatisert som sørger for rask åpning og lukking av tømmeventilen og samtidig smøres ventilen mens utløpsventilen er i helt åpen stilling for å unngå slitasje.

Videre vises til WO 03099448 A1, og som beskriver en enhet for en dynamisk partikkel separator innenfor olje- og gassproduksjon for separasjon av partikler i en væske, gass eller begge deler, hvor separatoren består av en vertikal sylindrisk tank som er utstyrt med en øvre innløpsåpning og en øvre og en nedre uttaksåpning for eksport av henholdsvis væske/gass og partikler. Dessuten omfatter tanken en rørformet indre sylinder som er utstyrt med en rekke skovler som er drevet av en motor. Den indre sylinderen består av en rekke åpninger. Skovlene bidrar til å gi en sentrifugalbevegelse i den ytre og den indre sylinderen. Separatoren er videre utstyrt med en gassbarriere for å hindre at virvelstrømmer som dannes i tanken ikke går nedover i separatoren.

Foreliggende partikkelseparator for syklonutskilling eller sentrifugalseparering av partikler frembringer flere fordeler i forhold til kjente løsninger. Blant annet er separatoren utformet slik at partiklene tvinges mer utover i separeringsprosessen. Separatoren er også utstyrt for å regulere innstrømning av gasstrømmen inn i tanken basert på trykkfall, samt også utformet for å hindre at virvelstrømmen som dannes i tanken ikke går nedover i separatoren.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å frembringe en alternativ og forbedret partikkelseparator i forhold til kjente løsninger.

Separatoren i følge oppfinnelsen er i første rekke tiltenkt brukt top site på en plattform, men kan også brukes subsea.

Overnevnte formål oppnås ned en dynamisk partikkelseparator for syklonutskilling av sand fra en gasstrøm i forbindelse med petroleumsrelatert olje- og gassproduksjon, hvor separatoren omfatter et hus inneholdende en syklontank som er utstyrt med en øvre innløpsåpning for gasstrømmen og en øvre og en nedre utløpsåpning for utføring av henholdsvis gass og partikler fra tanken, der syklontanken, i det minste i et innvendig område om innløpsåpningen, er utformet med en øvre og nedoverrettet konisk form som øker i diameter, og der den øvre koniske formen etter hvert går over i en omvendt nedre konisk form som konvergerer mot den nedre utløpsåpningen.

Alternative utførelser er angitt i de uselvstendige kravene.

Den øvre og den nedre koniske formen kan være adskilt av et sirkulærsylindrisk belte.

Den nedre utløpsåpningen til tanken kan være utformet som en rørstuss, der rørstussen nederst er utstyrt med en skråstilt og tett endeflate og med en utløpsåpning i rørstussens sidevegg. Den øvre innløpsåpningen til tanken kan være utstyrt med en justerbar blenderåpning innrettet til å regulere gasstrømmens hastighet inn i syklontanken. Blenderåpningen kan være innrettet til å bli justert basert på trykkfall over innløpsåpningen.

Syklontanken er fortrinnsvis anordnet i et øvre kammer i huset, der kammeret nederst er avstengt av en plate plassert over den nedre utløpsåpningen, og der det øvre kammeret, om syklontanken, er fylt og trykksatt av et trykkmedium, så som olje. En trykkføler kan være anordnet mellom det øvre kammeret og nedre kammer, der trykkføleren er innrettet til å registrere endring i trykkdifferanse, indikerende for trykkfall i det øvre kammeret. Trykkføleren kan være forbundet med et display og/eller en alarminnretning.

Huset kan omfatte et nedre kammer, hvori den nedre utløpsåpningen munner ut, og som er utstyrt med en åpen i toppen oppsamlingsbøtte for mottak av utskilte partikler. Oppsamlingsbøtten kan være plassert på en veiecelle, innrettet til å registrere mengde oppsamlete partikler i bøtten.

Vider kan en slemmeanordning være anordnet i oppsamlingsbøtten, hvor slemmeanordningen er koblet til et rør som strekker seg ut av huset, og der en slemmeprosess for utføring av partikler gjennom røret starter på signal fra veiecellen. Røret kan være et dobbelvegget rør som rager ned i bøtten, der et ytre langsgående ringrom til røret er koblet til et vanninnløp for tilførsel av vann til bøtten, og hvori oppslemmede partikler utføres gjennom en indre del av røret og ut via et utløp.

Slemmeprosessen kan styres eksternt av en kontrollanordning, der kontrollanordningen styrer tilførsel av vann, oppslemmingen av partikler og utføring av partikler og vann.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av den vedlagte figuren, hvori det vises en prinsippskisse av oppfinnelsen.

Som en eksempelutførelse viser figuren et hus 14 i form av eksempelvis en trykkbeholder, og som er inndelt i et øvre kammer 14a og et nedre kammer 14b. De to kamrene kan være adskilt av et stengsel eller en plate 15, og henholdsvis omfatte et toppdeksel 16 og en bunnplate 17.

I det øvre kammeret 14 er en syklontank 4 anordnet, der tanken er koblet til et øvre innløp 1 for gasstrømmen, og et øvre utløp 2 for gass og et nedre utløp 12 for partikler. For regulering av strømningshastighet gjennom innløpet 1 kan dette være utstyrt med en blenderåpning 3 som regulerer hastigheten på grunn av trykkfall over åpningen. Det kan for eksempel settes en grense på 5 bar, der en verdi over 5 bar medfører at hastigheten reduseres. Blenderåpningen 3 kan være utformet til å regulere "lysåpningen," ved for eksempel å ha justerbare plater som kan bevege seg i forhold til hverandre, eller rørstykker med slisser som innbyrdes beveger seg i langsgående retning i forhold til hverandre.

For å øke kraften på partiklene nedover er syklontanken 4 utformet med en øvre omvendt (invertert) konisk del 4a som nedover øker i diameter. Denne øvre delen 4a er plassert i området ved innløpet 1 for gasstrømmen og strekker seg nedover i det øvre kammeret 14a. Den nedre delen av tanken 4 kan på kjent måte være utstyrt med en konisk eller avsmalnende del som konvergerer mot det nedre utløpet 12, for utføring av partiklene. Mellom de to delene 4a, 4b er det fortrinnsvis et belte 4c i form av en sirkulærsylindrisk del med rett sidevegg, der dette beltet 4c medhjelper til å forbedre partiklenes vei mot utløpet. Det nedre utløpet 12 strekker seg gjennom platen 15 som skiller det to kamre 14a, 14b i huset 14.

Grunnet partiklenes kraft mot tankens innervegg kan det oppstå slitasje i tanken 4, og som til slutt kan medføre sprekker eller hull i tanken. Slik slitasje eller lekkasje kan normalt være vanskelig å oppdage, og medfører selvfølgelig også vesentlig redusert separeringskapasitet, og også andre problemer. Av den grunn kan foreliggende partikkelseparator være utstyrt med et slitasje- eller lekkasje kontrollsystem. Dette kan gjøres ved at det øvre kammeret 14a, om syklontanken 4, er trykksatt ved hjelp av et trykkmedium som olje, og der trykket, eller trykk-differansen til det nedre kammeret 14b, kan overvåkes ved hjelp av en trykkføler 6. Eksempelvis kan overtrykket settes til 2 bar, eller annet ønsket overtrykk. Dersom det slites hull i tanken vil trykket falle og trykkføleren vil avgi et signal. Trykkføleren kan være forbundet med et display P eller annen signalgiver for avlesing eller alarm.

Virvelstrømmen som dannes inne i syklontanken kan i noen kjente løsninger spre seg nedover i huset, hvilket ikke er ønskelig. Det nedre utløpet 12 kan derfor være utformet som en rørstuss der bunnens endeflate 12a er skråstilt og tett, og med en utløpsåpning 12b i rørstussens sidevegg. Virvelstrømmen vil dermed avbrytes mot endeflaten 12a.

Det nedre kammeret 14b omfatter fortrinnsvis en oppsamlingsenhet 13 i form av for eksempel en oppsamlingsbøtte 13 som er åpen i toppen, slik at sand og annet som kommer ut gjennom utløpet 12 faller ned i bøtten 13. Bøtten 13 kan hvile på en veiecelle 7 eller lignende, og som er innrettet til for å veie mengde sand eller annet som har havnet i bøtten 13. Når oppsamlingsbøtten 13 har mottatt en bestemt mengde sand må denne tømmes. Uttømming av sand eller annet kan gjøres manuelt ved at veiecellen 7 sender et signal 7a om antall kg som er oppsamlet til en operatør som deretter starter en tømmeprosess eller slemmeprosess, eller signalet kan automatisk utløse nevnte prosess ved hjelp av et styringssystem.

En slemmeanordning 8 kan derfor være anordnet i oppsamlingsbøtten 13. Med slemming menes her at sanden blandes med vann slik at blandingen kan utføres fra oppsamlingsbøtten og ut av huset 14. Slemmeanordningen 8 er koblet til et rør 9 som strekker seg ut av huset 14, og ved mottak av vann spyles vannet ut i den nedre delen av oppsamlingsbøtten 13 og blander seg med sanden. Som det fremgår fra figuren strekker eller rager røret 9 ned i bøtten 13. Vannet mottas via et vanninnløp 11 utvendig på huset 14, og kan være sjøvann eller ferskvann. Vannet ledes videre fra vanninnløpet gjennom røret 9, der røret 9 fortrinnsvis omfatter et dobbelvegget rør med et ytre langsgående ringrom 9a for innføring av vann og en indre boring eller del 9b for transport av sand og vann ut og gjennom et utløp 10. Utløpet 10 kan videre være koblet til andre rør eller innretninger for viderebehandling av sanden.

Alternativt kan det brukes to rør i stedet for ett dobbelvegget rør, dvs. et eget rør for vanninnløp og et eget rør for utføring av sand og vann. Imidlertid vil bruk av et dobbelvegget rør være plassbesparende og er å foretrekke.

Slemmeprosessen kan styres eksternt av en kontrollanordning, der kontrollanordningen styrer tilførsel av vann, oppslemmingen av partikler og utføring av partikler og vann.

Claims (13)

1. Dynamisk partikkelseparator for syklonutskilling av sand fra en gasstrøm i forbindelse med petroleumsrelatert olje- og gassproduksjon, der separatoren omfatter et hus (14) inneholdende en syklontank (4) som er utstyrt med en øvre innløpsåpning (1) for gasstrømmen og en øvre og en nedre utløpsåpning (2,12) for utføring av henholdsvis gass og partikler fra tanken (4), karakterisert vedat - syklontanken (4), i det minste i et innvendig område om innløpsåpningen (1), er utformet med en øvre og nedoverrettet konisk form (4a) som øker i diameter, og - der den øvre koniske formen (4a) etter hvert går over i en omvendt nedre konisk form (4b) som konvergerer mot den nedre utløpsåpningen (12).

2. Separator i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den øvre og den nedre koniske formen (4a,4b) er adskilt av et sirkulærsylindrisk belte (4c).

3. Separator i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den nedre utløpsåpningen (12) er utformet som en rørstuss, der rørstussen nederst er utstyrt med en skråstilt og tett endeflate (12a) og med en utløpsåpning (12b) i rørstussens sidevegg.

4. Separator i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den øvre innløpsåpningen (1) er utstyrt med en justerbar blenderåpning (3) innrettet til å regulere gasstrømmens hastighet inn i syklontanken (4).

5. Separator i samsvar med krav 4,karakterisert vedat blenderåpningen (3) er innrettet til å bli justert basert på trykkfall over innløpsåpningen (1).

6. Separator i samsvar med krav 1,karakterisert vedat syklontanken (4) er anordnet i et øvre kammer (14a) i huset (14), der kammeret (14a) nederst er avstengt av en plate (15) plassert over den nedre utløpsåpningen (12), og der det øvre kammeret (14a), om syklontanken (4), er fylt og trykksatt av et trykkmedium, så som olje.

7. Separator i samsvar med krav 6,karakterisert vedat en trykkføler (6) er anordnet mellom det øvre kammeret (14a) og et nedre kammer (14b), der trykkføleren (6) er innrettet til å registrere endring i trykkdifferanse, indikerende for trykkfall i det øvre kammeret (14a).

8. Separator i samsvar med krav 7,karakterisert vedat trykkføleren (6) er forbundet med et display og/eller en alarminnretning.

9. Separator i samsvar med krav 1,karakterisert vedat huset (14) omfatter et nedre kammer (14b), hvori den nedre utløpsåpningen (12) munner ut, og som er utstyrt med en åpen i toppen oppsamlingsbøtte (13) for mottak av utskilte partikler.

10. Separator i samsvar med krav 9,karakterisert vedat oppsamlingsbøtten (13) er plassert på en veiecelle (7), innrettet til å registrere mengde oppsamlete partikler i bøtten (13).

11. Separator i samsvar med krav 9 og 10,karakterisert vedat en slemmeanordning (8) er anordnet i oppsamlingsbøtten (13), hvor slemmeanordningen (8) er koblet til et rør (9) som strekker seg ut av huset (14), og der en slemmeprosess for utføring av partikler gjennom røret (9) starter på signal fra veiecellen (7).

12. Separator i samsvar med krav 11,karakterisert vedat røret (9) er et dobbelvegget rør som rager ned i bøtten (13), der et ytre langsgående ringrom (9a) til røret (9) er koblet til et vanninnløp (11) for tilførsel av vann til bøtten (13), og hvori oppslemmede partikler utføres gjennom en indre del (9b) av røret (9) og ut via et utløp (10).

13. Separator i samsvar med krav 11 og 12,karakterisert vedat slemmeprosessen er innrettet til å bli styrt eksternt av en kontrollanordning, der kontrollanordningen styrer tilførsel av vann, oppslemmingen av partikler og utføring av partikler og vann.