專利名稱：包括回旋閥的分離系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括回旋閥的分離系統、包括這種分離系統的處理系統、分離流體流的方法、以及處理流體的方法。
背景技術：
在油氣工業中，控制閥用于控制壓力、液位、溫度和流動。一 旦在控制閥上產生足夠的壓力下降，這些控制閥在某些情況下就會工作在堵塞狀況下。在處理天然氣時，閥上的這種壓力降低將在不從氣體提取熱或功的情況下導致溫度下降。這種被稱為等焓膨脹過程作為焦耳-湯普森(JT)冷卻也為人們所知。產生這種壓力降低的閥稱為JT閥。JT閥上的冷卻效果被用于冷凝一部分天然氣流，以使液化餾分能夠在容器中分離。對于這種分離器容器中的大多數而言，驅動力或者是慣性或者是重力，或者換言之，液化滴的質量確定分離的效率。這種JT閥居于前的低溫分離器(LTS)通常被稱為JT-LTS系統。即使JT閥的主要功能是流速控制，但次要功能將產生可分離液相卻常被忘記。在氣體處理工業中，JT閥上的等焓膨脹所產生的平均液滴尺寸是未知的。由于未達標的分離效率，有時確實出現氣體質量問題。在那種情況下，碳氫化合物的露點常常保持過高，這尤其表明碳氫化合物液滴趨于過小。根據現有技術，JT閥已知可用來控制流速，但其同時也被設計為產生能夠相對容易地分離的液相。國際專利申請W02006/070020A1描述了一種具有殼體、閥體的節流閥，其中閥體能夠可移動地設置在殼體中，以控制從閥的流體入口通道流入流體出口通道的流體流的流量，從而使流體流膨脹并冷卻。還提供了回旋給予裝置，回旋給予裝置將回旋運動施加至穿過流體出口通道流動的流體流。回旋給予裝置被設置，使得流體流繞流體出口通道的縱軸回旋，從而引導液滴朝著流體出口通道的外周回旋并合并。通過這樣做，穿過流體出口通道流動的液滴的尺寸較大，使更有效的分離方法成為可能。W02006/070020A1的更詳細的說明將參照圖Ia和Ib在下面給出。以Typhonix AS的名義提交的W02007/024138A1提供了類似的閥。W02007/024138A1描述了用于使離開閥的液滴尺寸最大化的控制閥。W02006/070020A1提供了一種回旋閥，這種回旋閥通過向流動提供回旋運動來增大液體尺寸，從而改善總體分離效率。該閥又可稱為減壓閥(諸如用于JT-LTS系統)。在這種回旋閥的下游可能需要巨大且昂貴的相分離器以獲得足夠的分離。雖然本文所提供的實例主要關于液滴與氣流的分離(氣流中的液滴分散)，但人們能夠應用所提供的實施方式以增大液流中的氣泡分散或增大液體流動中的液滴分散。所以，分散的多相流動可以包括-氣態載體(連續相)中的液滴(分散相)，-液體載體(連續相)中的氣泡(分散相)，-(不能融合的)液體載體(連續相)中的液滴(分散相)。
首先，更加詳細地描述在W02006/070020中已經公開的回旋閥設計的實例。增大分散相的平均肓徑關于減壓閥(諸如JT閥)，液滴能夠通過3種基本機制形成I.分層相通過界面剪切的分裂，2.來自連續相(分別為冷凝氣體/蒸發液體)的成核/空化，3.液滴合并成更大液滴甚至合并至分層相。對于前兩種機制，界面張力是主導性質。界面張力越低，液滴或氣泡形成過程所產生的液滴/氣泡就越小。第三種機制(合并)與液滴之間的碰撞率成比例，該碰撞率取決于a)液滴數量 密度，b)湍流強度，c)相對液滴速度。圖Ia示意性描繪了如Mokveld Valves B. V.所提供的用于流動控制服務的傳統(非回旋)籠閥，其中流體的流量通過連接至活塞型閥體22的穿孔套筒或籠23節流。圖I所示的傳統Mokveld節流閥包括閥殼21，在閥殼21中，活塞型閥體22可滑動地設置在相關的穿孔套筒23中，從而通過閥軸25處的齒輪24的旋轉，帶齒活塞桿26在流體出口通道27內來回推動活塞型閥體22，如箭頭28所示。閥具有流體入口通道29，流體入口通道29具有可圍繞活塞22和/或穿孔套筒23的環形下游部分29A，并且通過活塞型閥體22相對于相關的穿孔套筒23的軸向位置對被允許從流體入口通道29流入流體出口通道27的流體的流量進行控制。傳統的套筒23包括具有徑向定向即相對于套筒23的圓筒表面成直角的穿孔30-槽或洞。這在提供圖Ia的籠23的截面圖的圖Ib中示出。通過使活塞22在套筒23中軸向地位移，可以控制流動面積。可以通過對等焓膨脹可獲得的自由壓力加以利用來改進根據圖Ia和Ib的這種閥，以創造由閥芯和/或閥桿的特殊幾何結構所施加的回旋流。隨后主要通過在閥下游沿著延伸的管的長度抑制渦流來使動能消散。在閥中產生回旋流的優點在于兩方面I.規律的速度圖案一更少的界面剪切一更少的液滴分裂一更大的液珠，以及2.液滴集中于流動面積的圓周中一更大數量的密度一改善的合并一更大的液珠。這些優點將在下面參照圖3a_b和4a_b更加詳細地說明，圖3a_b和4a_b定性地示出流型與液滴密度分布之間的不同。雖然任何減壓閥都將適于產生回旋流，但在給出的實施例中討論如Mokveld所提供的籠型閥。根據改進的閥，流動通過穿孔圓筒(籠)節流。在圖Ib中，這些穿孔一槽或洞一具有徑向定向，即與圓筒表面成直角。通過使活塞在軸向上位移，能夠控制流動面積，如圖Ia所示。圖2a所示的回旋閥包括閥殼1，在閥殼I中，活塞型閥體2可滑動地設置在相關穿孔套筒3中，從而通過閥軸5處的齒輪4的旋轉，帶齒活塞桿6在流體出口通道7內來回推動活塞型閥體，如箭頭8所示。閥具有流體入口通道9，流體入口通道9具有可圍繞活塞2和/或穿孔套筒3的環形下游部分9A，并且通過活塞型閥體2相對于相關的穿孔套筒3的軸向位置來對被允許從流體入口通道9流入流體出口通道7的流體的流量進行控制。該閥還進一步包括錐形中央體15，錐形中央體15與流體出口通道7的中軸11基本同軸并生成出口通道7，出口通道7具有在下游方向上逐漸增加的截面積，從而生成出口通道7中的流體流量的可控減速和具有促進冷凝液滴的增大與合并的回旋流要素的渦流。圖2b示出，在回旋閥中，穿孔套管3包括傾斜或非徑向的穿孔10，穿孔10相對于流體出口通道7的中軸11以選定的部分正切的方向鉆出，使得每個穿孔10的縱軸12與中軸11相距距離D交叉，距離D處于套筒3的內部半徑R的0.2和I倍之間，優選處于套筒3的內部半徑R的O. 5和O. 99倍之間。傾斜穿孔10在穿過流體出口通道7流動的流體流中產生回旋流，如箭頭14所示。回旋運動也可以通過閥芯和/或閥桿的特殊幾何結構施加。在根據圖2a和2b所示的閥中，可用的自由壓力被用于絕熱膨脹以在流體流中產生回旋流。由于膨脹流體不對膨脹流體的周圍作任何熱力學功，膨脹流體也不向其周圍輸送任何熱力學功，故所述絕熱膨脹接近于等焓過程。主要通過在閥下游沿著延伸的管的長度抑制渦流來使動能消散。 雖然任何焦耳-湯普森或其它阻氣和/或節流型閥可適于產生回旋流，但給出的實施例使用如Mokveld Valves B. V.所提供且在它們的國際專利申請W2004083691所公開的阻氣型節流閥。根據圖2a和2b，籠中的槽或洞在切線方向形成，使得流動在通過籠之后開始回旋。這對籠下游所產生的流型有效果，如圖4a和4b定性地示出。與如例如圖Ia和Ib所示的傳統閥相對應，圖3a和3b分別示意性地描繪了流型和液滴的密度分布。圖4a和4b分別示意性地描繪了對應于如例如圖2a和2b所示的回旋閥的流型和液滴的密度分布。如圖3a所示，具有徑向開口的籠閥中的流型非常混亂，因此引入高剪切力導致液滴分裂為更小的液滴。在具有切向開口的回旋閥中，更規律的回旋圖案建立，引入更小的剪切力，導致更少的液滴分裂，如圖4a中可見。此外，回旋閥中所產生的回旋的流體流迫使液滴運動至流動面積的外周，在此處它們容易地凝聚為更大的液滴。這在圖3b和4b中示出，圖3b和4b分別示出根據圖Ia和2a的閥的液滴的密度分布，其中較暗的陰影表示較大的液滴密度。通常，向穿過其流動的流體流提供回旋運動的閥被稱為回旋閥。在該回旋閥的下游，還設置有相分離器以分離液滴。在許多情況下，需要大量相分離器(分離器隊列)。這是不利的，正如其使現有技術的解決方案較復雜、笨重，因此不是非常經濟。這種回旋閥和還有相分離器可用于在高壓下形成的流體流，諸如來自地下儲庫的井液(例如，油和氣)。在更一般的術語中，所考慮的流體主要包括碳氫化合物氣體和液體或混合物(不論是否通過含水流體(水)稀釋)。在所述井液的處理期間，壓力以可控的方式降低例如以冷卻該流體(氣體)或使揮發性流體成分(油)蒸發。特別地，對于后面一種處理，壓力一直降低到大氣壓以獲得穩定的液體，而對于氣體處理，壓力僅部分降低以儲存足夠的質量密度以通過管道經濟地運輸氣體。歸根結底，這些壓力降低階段、相分離器可以被應用以-從氣體中分離液體(例如，從氣體中分離水&冷凝液)，-從液體中分離氣體(例如，從油中分離氣體)，-從液體中分離液體(例如，從水中分離油或從油中分離水)。
發明內容
本申請的目的是提供一種更加緊湊的包括回旋閥的分離系統和處理系統。根據一個方面，提供一種包括流入口的系統，其中分離系統包括回旋閥，回旋閥被設置為經由流入口接納和控制流體流的流量并生成繞中軸回旋的回旋流，其中分離系統還包括分離室，分離室設置在回旋閥下游以接納來自回旋閥的回旋流，其中分離室包括第一流出口和第二流出口，其中第一流出口被設置為接納回旋流的內部，并且第二流出口被設置為接納回旋流的外部。提供這種系統能夠節省大量成本，特別在離岸平臺上。根據另一個方面，提供一種用于處理流體的處理系統，該處理系統包括至少一個根據前述的分離系統。根據另一個方面，提供一種分離流體流的方法，該方法包括
-在回旋閥中接納流體流，從而生成繞中軸回旋的回旋流；-在分離室中使回旋流的外部分與回旋流的內部分分離，分離室包括分別被設置為接納內部分和外部分的第一流出口和第二流出口。
現在將參照示意性附圖僅通過實施例來描述實施方式，在附圖中相應的參考標記指示相應的部件，其中-圖la、lb、2a和2b示意性地描繪了根據現有技術的閥；-圖3a、3b、4a和4b示意性地描繪了根據現有技術的液滴的流型和密度分布；-圖5a_5e示意性地描繪了不同的實施方式；-圖6a和6b示意性地描繪了包括注射裝置的其他實施方式；-圖7a_c不意性地描繪了氣體處理系統的實施方式；-圖8a_8d示意性地描繪了油處理系統的實施方式；-圖9示出作為液滴/氣泡直徑的函數的液滴/氣泡密度以進一步說明實施方式。
具體實施例方式這里所描述的實施方式提供改進的分離設備和分離方法。如圖5a所示，根據一個實施方式，提供包括流入口 16的分離系統，其中該分離系統包括回旋閥100，回旋閥100被設置為經由流入口 16接納和控制流體流的流量，以生成繞中軸11回旋的回旋流，其中分尚系統還包括分尚室40,分尚室40設置在所述回旋閥100的下游，以接納來自回旋閥100的回旋流，其中分離室40包括第一流出口 41和第二流出口42，其中第一流出口 41被設置為接納回旋流的內部，第二流出口 42被設置為接納回旋流的外部。回旋閥100可如圖2a和2b所示。回旋閥100使用流體流中的可用的自由壓力來產生回旋運動。回旋閥100還可以被設置為控制壓力、液位或流動中的一個或多個。通過相對于彼此同中心地設置第一流出口 41和第二流出口 42，第一流出口 41接納回旋流的較輕部分，而第二流出口 42接納回旋流的較重部分，因為作為回旋運動的結果，較重部分將被迫前往外周。
第一流出口 41和第二流出口 42兩者可分別由第一導管43和第二導管44形成，其中第一導管43的直徑小于第二導管44的直徑。第一導管43和第二導管44兩者可以相對于中軸11同中心地設置，從而形成第一流出口 41和第二流出口 42。圖5d示意性地描繪了第一流出口 41和第二流出口 42的截面圖(見圖5b和5c中的箭頭Vd)。圖5還示出流體的體積密度，其中更暗的陰影表示更密集的流體。所以，根據一個實施方式，第一流出口 41相對于中軸11同中心地設置在第二流出口 42 內。應注意，分離室40被設置為將兩相的流體流分離為輕的部分和重的部分。術語兩相被用于表示一種流體，其包括至少兩種具有不同密度的成分，因此在回旋流中出現分離。兩相可以是液體-液體、氣體-液體、固體-液體、或氣體-固體。此外，下面將更加詳細地說明，兩相可存在于流入口 16處所接收的流體流中、可生成于回旋閥100處或回旋閥100下游或可通過注射引入回旋閥下游(下面將更加詳細地說明)或它們的組合。在回旋閥100處或回旋閥100下游的新相的生成可能是回旋閥100中的流體的膨脹或冷卻的結果，因此，液滴可通過冷凝形成。當然，術語兩相還覆蓋包括多于兩種具有不同密度的成分的流動。 流動的重部分可包括碳氫化合物液體，而流動的輕部分可以是氣體。可替換地，流動的重部分可包括水，而流動的輕部分可以是碳氫化合物液體。在分離涉及從氣體中移除液體的情況下(諸如JT-LTS系統)，流動的輕部分可以是不再需要進一步處理的產品流，而流動的重部分可以包括需要在(減小尺寸的)分離器設備中進一步處理的液體(諸如水/乙二醇/碳氫化合物)和所攜帶的氣體餾分。在分離過程涉及從液體中移除氣體的情況下(諸如在油的穩定化隊列中)，流動的輕部分可以是不再需要進一步處理的產品流，而流動的重部分可以包括需要在減小的分離器設備中進一步處理的氣體(諸如具有液體遺留物的天然氣)。可替換地，這也可以與上一段所述的正好相反。在分離涉及將一種液體從另一種不可混溶的液體中移除的情況下(例如將水從油中移除)，流動的輕部分(即油)可以是不再需要進一步處理的產品流，而流動的重部分可以包括需要在減小的分離器設備中進一步處理的水相(即水、乙二醇等)和所攜帶的油餾分。根據圖5b中示意性地描繪的另一個實施方式，提供一種分離系統，該分離系統與圖5a中所示的分離系統相似，但現在進一步包括沉淀室30，沉淀室30位于回旋閥100與分離室40之間，以接納來自回旋閥100的回旋流，沉淀室30可以在下游方向上沿著中軸11發散，以產生發散的回旋流，并且將發散的回旋流輸送至分離室40。沉淀室30可以被設置為通過使回旋運動迫使更重的成分前往外周并迫使更輕的成分前往中央來改善分離效率。沉淀室30可由軸對稱(相對于中軸11)的壁31形成并且可以例如是圓錐形或圓筒形。沉淀室30的長度L(如圖5b所指示)通過液滴在受到旋轉流體的離心力時在徑向向外方向上遷移所需的時間段來確定。沉淀室30的長度L可以例如被選擇，以使> 99. 5%的液滴質量到達等于或大于第一流出口 41的第一導管43的外半徑Rl的徑向位置，以使它們流入第二流出口 42的第二導管44。
可替換地，當處理氣泡流動時，所述長度L被選擇，以使> 99. 5%的氣泡質量到達等于或小于第一流出口 41的第一導管43的內半徑Rl的徑向位置，以使它們流入第一流出口 41的第一導管42。根據給送條件，沉淀室30的長度L可以從沉淀室30的入口直徑D_in的I倍變化到入口直徑的50倍。沉淀室30的出口直徑D-out通常可以從入口直徑D-in的I倍變化到沉淀室30的入口直徑D-in的4倍。所以，應理解，雖然在附圖中被描繪為發散的沉淀室30，但沉淀室30也可以是非發散/圓筒形的。沉淀室30因此生成通過回旋閥100輸送的回旋流的可控減速和具有促進冷凝液滴的增大和合并的回旋要素的渦流。如圖5c所示,提供一個實施方式,還包括錐形中央體15,錐形中央體15沿著中軸 11基本同軸地設置在回旋閥100中并具有在上游方向上逐漸增加的截面積。錐形中央體15因此生成出口通道中的流體流量的可控減速和具有促進液滴和氣泡的增大和合并的回旋要素的渦流。當然，錐形中央體15和沉淀室30可彼此結合起來使用。圓柱形中央體15可附接至活塞型閥體2。應理解，錐形中央體15還可用于圖5a所示的實施方式中。錐形中央體15可以在下游方向上延伸至沉淀室30或分離室40內。如圖5c所示，錐形中央體15可包括中央出口 17，而不是包括指向下游方向的鋒利末端，經由中央出口 17，流動可以在下游方向上作為中央流被引入。圖5e中示意性地示出了這種可替換的圓錐主體15'。根據一個實施方式，在上面參照圖2a和2b描述了回旋閥100，其中回旋閥100是節流閥，該節流閥包括殼體I、閥體2、以及回旋給予裝置3，閥體2可移動地設置在殼體I中，以控制通過流體入口 16流動的流體流的流量，使得流體流膨脹和冷卻，回旋給予裝置3繞主流動軸線將回旋運動施加給流體流。膨脹和冷卻的流體流可以是兩相的流體流。回旋運動誘使該兩相流體流中的較重相朝著分離室40的外周回旋。較重相可以是氣態或液體載體中的液滴或可以是液體載體中的氣泡。流體出口處所接納的流體流可以是兩相流體流。可替換地或附加地，流體流的兩相特性可以是在回旋閥中膨脹和冷卻的結果。根據上述內容，提供分離流體流的方法，該方法包括-在回旋閥100中接納流體流，從而生成繞中軸11回旋的回旋流；-在分離室40中使回旋流的內部與回旋流的外部分離，分離室包括被分別設置為接納內部和外部的第一流出口 41和第二流出口 42。該方法還包括在分離之前使回旋流膨脹和冷卻，從而在回旋閥100處或回旋閥100下游通過冷凝生成新相。灃射裝置根據另一個實施方式，分離系統包括注射裝置60、70，注射裝置60、70包括被設置為將附加入口流體注射至回旋流內的注射出口 61、71。注射裝置60、70可連接至附加入口流體的供應器(未示出)并可以被設置為將附加入口流體注射至回旋流中，并且因此可被設置在回旋閥100的下游。附加入口流體被選擇以從流入口 16所接納的流體流中選擇性地移除成分。附加入口流體或者可以是液體一在待移除成分為氣相的情況下，或者可以是氣體一在待移除成分為液相的情況下。第一種方法通常被稱為“吸收”，第二種方法通常被稱為“剝離”。下面將參照圖6a和6b給出這種包括注射裝置的分離系統的兩個實施例。應理解,在回旋流與附加入口流體之間產生最大相互作用以使分離效率最大化是有利的。這能夠通過將附加入口流體作為包括較高顆粒密度的噴霧進行注射來完成。例如，注射裝置60、70可以被設置為產生具有至少約108/m3的顆粒密度的噴霧。此外，注射裝置60、70可以被設置為產生噴霧顆粒，噴霧顆粒尺寸選自約50 μ m至約O. 2 μ m的范圍和約20μπι至約Ιμπι的范圍之一。回旋流與附加入口流體之間的最大相互作用還可以通過以在上游方向上具有基本分量的方向注射附加入口流體而實現。為了獲得成分從回旋流向附加入口流體的最大轉移，給出了下面的設計配置-安裝在中央的注射管62，用于注射為液體流的附加入口流體；在穿過沉淀室30時注射方向可以在徑向向外方向上具有分量并且注射方向可以具有處在經由第一流入口16引入的第一入口流的逆流方向上的分量；將被用于吸收方法中。 -安裝在周圍的注射環72，用于注射為氣體流的附加入口流體；在穿過沉淀室30時注射方向可以在徑向向內方向上具有分量并且注射方向可以具有處在經由第一流入口16引入的第一入口流的逆流方向上的分量；將被用于剝離方法中。下面將參照圖6a更加詳細地討論第一種，并參照圖6b更加詳細地討論第二種。參照圖6a，提供分離系統的另一種實施方式，其中注射裝置60包括注射管62，注射管62包括注射出口 61,注射出口 61被設置為從與中軸11基本重合的位置在包括徑向向外分量和軸向上游分量的方向上注射附加入口流體。注射管62可以與中軸11至少部分重合，并且在其被設置為注射附加入口流體的末端可以具有注射出口 61。為了使流動和附加入口流體之間的相互作用最大化，注射出口 61還可以被設置為在(部分)上游方向上注射附加入口流體。使用這種結合有注射裝置60的分離系統的優點在于，由于大的旋轉運動(回旋)，吸收液可以被霧化為微米大小的霧為相轉移產生極大的具體接觸面積，而這種吸收霧仍然能夠從離開沉淀室30的氣態流體中分離。霧化吸收液的合適的液滴直徑將< 20微米，但優選< 10微米。合適的吸收液可以包括甲醇、(聚)乙二醇、乙醇、DMEA、MEA、二甲醚、乙烷、丙烷等。根據一個實施例，附加入口流體可包括至少一種用于吸收硫化氫或二氧化碳的組分。根據另一個實施例，附加入口流體可以包括環丁砜和離子液體中的至少一種作為組分。離子液體可以包括I-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和I-己基-3-甲基咪唑啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺中的至少一種。參照圖6b，提供分離系統的可替換的實施方式，其中注射裝置70包括相對于中軸I周向地安裝的注射環72，注射出口 71包括由多個開口形成的注射出口 71，注射出口 71被設置為在包括徑向向內分量和軸向上游分量的方向上注射附加入口液體。注射環72可以設置在沉淀室30的壁31上。形成注射出口 71的開口可以設置在注射環72的內部。此外，為了使流動與附加入口流體之間的相互作用最大化，注射出口 71的開口還可以被設置為在上游方向上注射附加入口流體。
使用這種結合有這種注射裝置70的分離系統的優點在于，大的旋轉運動(回旋)使得微米尺寸的氣泡能夠穿過旋轉液體膜徑向向內上升。分散的剝離氣體的合適的氣泡尺寸將< 50微米，但優選地< 20微米。合適的剝離氣體可以包括露點天然氣、氮氣等。上面的實施方式中所提供的回旋閥能夠減小在回旋閥的下游為獲得足夠的分離所需的分離器隊列的尺寸。這能夠使處理系統得以改進。所以，提供如上所述的方法，其包括-在回旋流分離之前將附加入口流體注射于回旋流內。處理系統 上述實施方式可用于處理系統，處理系統的實施例在圖7a_8b中給出，并且將在下面更加詳細地討論處理系統。通常，提供一種處理系統，其包括根據上述實施方式的分離系統SSI、SS2的至少
之一 O氣體處理系統根據圖7a_7c，提供一種處理系統，其包括-預冷卻單元PU，被設置為接納氣體流701并產生預冷卻的氣體流702；-第一分離系統SSl，被設置為接納來自預冷卻單元PU的預冷卻的氣體流702并經由第一流出口 41產生第一輸出流703以及經由第二流出口 42產生第二輸出流704 ；-第一分離器容器Vl、HG，被設置為接納第二輸出流704并產生頂部流705和底部流 706 ；-第二分離系統SS2，被設置為接納第一分離器容器V1、HG的底部流706并經由附加第一流出口 41產生附加第一輸出流713以及經由附加第二流出口 42產生附加第二輸出流 714。現在將更加詳細地描述圖7a。圖7a示出一種處理方案，其中在預冷卻單元PU中預冷卻的高壓天然氣流701被接納。預冷卻單元PU可以是多級預冷卻單元。當然，可以采用許多不同類型的預冷卻單元PU。由預冷卻單元PU產生的預冷卻的氣體流702連接至第一分離系統SSl的流入口16，其中分離系統SSl包括回旋閥100，回旋閥100被設置為接納并控制經由流入口 16的流體流的流量并生成繞流動軸線回旋的回旋流，分離系統SSl還包括分離室40并可能包括如上所述的沉淀室30。經由第一分離系統SSl的第一流出口 41的較冷的第一輸出流703被送回預冷卻單元PU以冷卻高壓天然氣流701。經由第一分離系統SSl的第二流出口 42的第二輸出流704連接至第一分離器容器 VI、HG。第一分離器容器V1、HG產生頂部流705和底部流706。第一分離器容器V1、HG中的分離處理可以通過重力驅動。第一分離器容器VI、HG的頂部流705還連接至預冷卻單元以使用所獲得的較冷氣體來冷卻高壓天然氣流701。經由第二流出口 42的第二輸出流704和第一分離器容器VI、HG的頂部流705結合以形成用于預冷卻單元I3U的冷卻流708。第一分離器容器V1、HG的包括高壓冷凝物的底部流706連接至第二分離系統SS2的流入口 16，其中第二分離系統SS2包括回旋閥，回旋閥被設置為接納并控制經由流入口16的流體流的流量并生成繞流動軸線回旋的回旋流，分離系統SS2還包括分離室40并可能包括如上所述的沉淀室30。第二分離系統SS2經由附加第一流出口 41產生附加第一輸出流713并經由附加第二流出口 42產生附加輸出流714。參照圖7b和7c,提供一種實施方式,其中第一分離器容器分別是下列之一液體_氣體分離器(Vl)、水合物-氣體分離器(HG)。水合物-氣體分離器HG屬于例如EP1461134中所公布的單氣旋型。水合物-氣體分離器HG的頂部通過慣性和重力沉淀從氣體中移除固體水合物。沉淀的水合物固體進入底部，在底部，使用內部加熱器使水合物固體熔化。從熔化過程形成的水能夠從也可能存在于水合物-氣體分離器HG的底部的非可混溶碳氫化合物液體中分離。由于重力的原因，所述兩種不可混合的液體將在所述水合物-氣體分離器HG的底部形成底層為水、中間層為 水合物、頂層為碳氫化合物液體的分層液體容積。水和碳氫化合物液體可以從所述底部分另Ij抽取。根據另一個實施方式，處理系統還包括-第二分離容器V2，可被設置為接納第二分離系統SS2的附加第二輸出流714。第二分離容器V2接納來自SS2的氣體貧化碳氫化合物液體。第二分離容器V2從碳氫化合物液體中分離遺留的氣體餾分。所述氣體餾分可以與經由附加第一流出口 41所獲得的SS2的氣體流出如附加第一輸出流713再次混合。第二分離系統SS2的附加第一輸出流713連接至廢氣壓縮機COM。第二液體-氣體分離器容器V2的頂部流715還連接至廢氣壓縮機COM。由引擎M驅動的廢氣壓縮機COM產生壓縮流718。該壓縮流718與經過預冷卻單元之后的冷卻流708結合并可包括露點天然氣。可替換地，從第二分離容器V2形成的遺留的氣體餾分如頂部流715或從壓縮機718的排放形成的遺留的氣體餾分可以被重新循環和重新引入第二分離系統SS2。為了這樣做，第二分離系統SS2可包括錐形中央體15，錐形中央體15沿著中軸11基本同軸地設置在回旋閥100中并具有在上游方向上逐漸增加的截面積。以上參照圖5c對此進行了說明。如圖5c所示，錐形中央體15包括中央出口，而不是包括指向下游方向的鋒利末端，經由中央出口，頂部流715可以作為中央流被重新引入分離系統SS2。第二分離系統SS2的附加第二出口流714可連接至第二液體-氣體分離器容器V2。雖然可以包含小的氣體餾分，但所述流714主要是液體。此外，714中的液體可以包含碳氫化合物混合物以及含水混合物。容器V2因此可以被設計為3相分離器，3相分離器提供足夠的保留時間以使較小氣體餾分升至液體-氣體接觸面，在液體-氣體接觸面，所述氣體被收集在第二分離容器V2的穹頂并且經由出口流715排出。此外，第二分離容器V2可包含內部構件以增強存在于碳氫化合物液體中的含水液滴的合并。這些內部構件可包括傾斜板、多孔媒介或帶電板。含水液體將經由出口流716移除并且碳氫化合物液體將經由出口流717移除。液體處理系統
根據圖8a_d，提供一種處理系統，其中該處理系統是液體處理系統，該液體處理系統可以是油處理系統。該處理系統包括-分離系統SS，被設置為接納高壓油流802并經由第一流出口41產生第一輸出流803以及經由第二流出口 42產生第二輸出流804 ；-分離容器V3、V4，被設置為接納第一輸出流803和第二輸出流804中的一個并被配置為產生頂部流805、815和底部流806、816。分離系統SS可與上述實施方式一致。這種分離系統SS和附加分離容器V3、V4的組合提供高效且節省空間的處理系統。應理解，還可以通過傳統的嵌入式或緊湊式分離器替換分離容器V3和V4，以進一步減小處理系統的容積、重量和容量。這種緊湊分離器在EP1600215 和 W02008020155 中公開。圖8示意性地描繪了一種實施方式，其中分離容器V3被設置為接納第二輸出流804，并且分離容器V3的頂部流805與第一輸出流803結合，處理系統還包括氣體壓縮機 COM,氣體壓縮機COM被設置為接納結合的第一輸出流803和分離容器V3的頂部流805。根據該實施方式，分離容器是氣體-液體分離容器V3，在分離容器V3中，分離通過重力驅動。該分離容器V3的底部流806是低壓穩定油。根據圖Se所示的另一個實施方式，其是圖8a所示的處理系統的另一個實施方式。高壓油流802可包括水。水將經由第二輸出流804到達分離容器V3。分離容器V3被設置為產生包括氣體的頂部流805和表現為含水液體的底部流806和包括碳氫化合物液體的側面流807。圖Sc示意性地描繪了一個實施方式，其中分離容器V4被設置為接納第一輸出流803，并且分離容器V4的底部流816與第二輸出流804結合，處理系統還包括氣體壓縮機COM,氣體壓縮機COM被設置為接納分離容器V4的頂部流815。壓縮機COM產生壓縮流820，壓縮流820可通過有利的方法使用，其用于預加熱高壓油流802。所以，提供一種實施方式，其中處理系統還包括預加熱器單元PH，并且氣體壓縮機COM被設置為產生壓縮流820，壓縮流820被引導至預加熱器單元PH以預加熱高壓油流 802。圖8b和圖8d中示意性地描繪了這種處理系統的實施例，其中，圖8b所示的是圖8a的替換，圖8d所示的是圖8c的替換。水平分離容器V3通過分離器系統SS的第二流出口 804給送，在使用中分離器系統SS主要輸出油/碳氫化合物液體，并且從油/碳氫化合物液體中移除遺留的氣體餾分。這些分離容器V3可工作在通常超過給送溫度10-50°C的升高溫度下。豎直分離容器V4通過分離系統SS的氣體出口的第一流出口 803給送并且在氣體進入氣體壓縮機COM之前從氣體中移除遺留的液相。來自圖Sb和8d的方案配置熱交換器以對給送流802進行預加熱，從而增強SS中的閃蒸過程。這特別有利于產生較大的氣流803的給送流，例如，氣體質量流大于或等于流802的給送質量流的10%。處理方法根據上面參照圖7a_7c和圖8a_8e提供的實施方式，提供一種處理流體的方法，該方法包括
-經由根據所提供的實施方式中的任何一個的分離系統SS、SSUSS2的第一流出口 41產生第一輸出流703、713、803并且經由該分離系統的第二流出口 42產生第二出口流704、714、804。該方法可以是氣體處理方法并包括-對氣體流701進行預冷卻以在預冷卻單元I3U中產生預冷卻氣體流702；-在第一分離系統SSl中分離預冷卻氣體流702以經由第一流出口41產生第一輸出流703并經由第二流出口 42產生第二輸出流704 ；-在第一分離器容器VI、HG中分離第二輸出流704以產生頂部流705和底部流·706 ；·-在第二分離系統SS2中分離底部流706以經由附加第一流出口41產生附加第一輸出流713并經由附加第二流出口 42產生附加第二輸出流714。該方法還可以包括在第二分離容器V2中分離第二分離系統SS2的附加第二輸出流714。第一分離器容器可以是液體-氣體分離器VI、水合物-氣體分離器HG中的一種。還提供一種方法，其中該方法是液體處理方法，并且該方法包括-在分離系統SS中分離高壓液體流802以經由第一流出口41產生第一輸出流803并經由第二流出口 42產生第二輸出流804 ；-在分離容器V3、V4中分離第一輸出流803和第二輸出流804中的一個以產生頂部流805、815和底部流806、816。分離容器可以被設置為接納第二輸出流804，并且該方法還包括-使分離容器V3的頂部流803與第一輸出流803結合；-在氣體壓縮機COM中壓縮結合的第一輸出流803和分離容器V3的頂部流805。分離容器V4可以被設置為接納第一輸出流803，并且該方法還可以包括-使分離容器V4的底部流816與第二輸出流804結合；-在氣體壓縮機COM中壓縮分離容器V4的頂部流815。氣體壓縮機COM可以被設置為產生壓縮流820并且該方法還包括-在預加熱器單元PH中通過使用壓縮流820對高壓油流802進行預加熱。水合物上面參照圖5a_8d描述的實施方式全部涉及流體(液體、氣體)的處理。這些流體還可以包括固體物質。對于油和氣體處理來說,這些固體可以例如包括氣體水合物和蠟狀物。固體在管道和設備中易于形成壓縮物甚至堵塞物，因為它們能夠沉積在設備的內表面上。為了避免固體的沉積，根據現有技術，常常使用生產性化學品(productionchemical)。抑制性化學品(inhibiting chemical)和/或加熱器的使用在后勤上可能是復雜且昂貴的并且可能為現場工作人帶來一定的風險。首先結果遠不是最優的。根據另一個實施方式，提供在沒有抑制性化學品的情況下處理氣體的可能性。例如，為了避免水合物沉積的積累，設備的內表面可以涂覆有疏冰涂層。合適的疏冰涂層可以是氟化類鉆碳(F-DLC)。要求所述涂層(和下墊面)的表面粗糙度在所有方向上都小于O. 05微米，但更優選地在所有方向上都小于O. 02微米。任何涂層都可以是合適的，只要所述表面上的靜態水接觸角度大于90°或更優選地大于110°，同時保持在所述表面上的水前進接觸角度和水后退接觸角度之間的差(即滯后)小于25°但更優選地小于15。。上面提供的實施方式的不同部分的所有內表面都可以被涂覆，諸如管、管道、閥，特別是在冷流體通過管的地方、或圖7a所示的熱交換器的地方。Μ 上述實施方式的重要方面在于回旋閥、包括這種回旋閥的分離系統以及如上所述的處理系統都將可用的自由壓力用于流體中來創造回旋運動，該回旋運動在角動量方面具有高于傳統嵌入式氣旋分離器的數量級。上述實施方式的另一個優點在于，在關小模式下，角動量/軸動量的比值稍微增力口，從而在降低的流速下恢復高的分離效率，這不同于角動量/軸動量的該比值降低的傳統嵌入式氣旋分離器。 回旋閥產生更大的液滴，從而增加了分離效率。這將參照圖9更加詳細地說明。圖9示出液滴/氣泡直徑(ym)作為液滴/氣泡密度(m_3)的函數的曲線圖。分散的混合物能夠以產生分布函數(例如，正態分布/Oth階對數正態(ZOLD)分布/羅森拉姆勒分布等)的平均直徑周圍的尺寸分布(散開)為特征。由于大多數分離器能夠以典型分離直徑(S卩，截止直徑)為特征，故與分離器配合的回旋閥的改進能夠通過下面的曲線圖示出。截止直徑的意義在于，直徑大于截止直徑的液滴將被分離。截止直徑例如可以是20 μ m。回旋閥增加平均直徑，從而增加分離效率。這種現象的實例在圖9中示出，圖9示出例如代表如圖Ia和Ib所不的閥的分布的傳統第一分布Dl、以及代表如圖2a和2b所不的回旋閥的分布的第二分布D2。此外，分離器容器的截止直徑被示出。可見，當給送流包括具有尺寸分布D2的分散相時，所述分離器容器的分離效率更高，因為更多液滴具有大于所述截止直徑的直徑。上面的描述旨在為示意性而非限制性的。因此，對于本領域技術人員顯而易見的是，在不背離所附權利要求的范圍的情況下，可以對所述發明進行修改。
權利要求
1.一種分離系統，包括流入口(16)，其中所述分離系統包括回旋閥(100)，所述回旋閥(100)被設置為經由所述流入口(16)接納和控制流體流的流量并生成繞中軸(11)回旋的回旋流， 其中所述分離系統還包括分離室(40)，所述分離室(40)設置在所述回旋閥(100)下游以接納來自所述回旋閥(100)的所述回旋流，其中所述分離室(40)包括第一流出口和第二流出口(41，42)，其中所述第一流出口(41)被設置為接納所述回旋流的內部，并且所述第二流出口(42)被設置為接納所述回旋流的外部。
2.根據權利要求I所述的分離系統，還包括沉淀室(30)，所述沉淀室(30)設置在所述回旋閥(100)與所述分離室(40)之間，以接納來自所述回旋閥(100)的所述回旋流，所述沉淀室(30)在下游方向上沿著所述中軸(11)發散，以創造發散的回旋流，并將所述發散的回旋流輸送至所述分離室(40)。
3.根據前述權利要求中任一項所述的分離系統，還包括錐形中央體(15)，所述錐形中央體(15)沿著所述中軸(11)基本同軸地設置在所述回旋閥(100)中，并具有在上游方向上逐漸增加的截面積。
4.根據權利要求3所述的分離系統，其中錐形中央體(15')包括中央出口(17)，經由所述中央出口(17)，流動能夠作為中央流被引入。
5.根據前述權利要求中任一項所述的分離系統，其中所述回旋閥(100)是節流閥，所述節流閥包括殼體(I)、閥體(2)以及回旋給予裝置(3)，所述閥體(2)可移動地設置在所述殼體(I)中以控制穿過所述流入口(16)流動的流體流的流量，從而使所述流體流膨脹和冷卻，所述回旋給予裝置(3)繞主流動軸線將回旋運動施加至所述流體流。
6.根據前述權利要求中任一項所述的分離系統，其中所述第一流出口(41)相對于所述中軸(11)同中心地設置在所述第二流出口(42)內。
7.根據前述權利要求中任一項所述的分離系統，其中所述分離系統包括注射裝置(60，70)，所述注射裝置(60，70)包括被設置為將附加入口流體注射至所述回旋流內的注射出口(61，71)。
8.根據權利要求7所述的分離系統，其中所述注射裝置￠0)包括注射管(62)，所述注射管￠2)包括注射出口(61)，所述注射出口 ￠1)被設置為從與所述中軸(11)基本重合的位置在包括徑向向外分量和軸向上游分量的方向上注射附加入口流體。
9.根據權利要求7所述的分離系統，其中所述注射裝置(70)包括周向地安裝的注射環(72)，所述注射出口(71)被設置為在包括徑向向內分量和軸向上游分量的方向上注射所述注射流。
10.用于處理流體的處理系統，所述處理系統包括根據前述權利要求中任一項所述的分離系統(ss，SSl，SS2)的至少之一。
11.根據權利要求10所述的處理系統，其中所述處理系統是氣體處理系統并包括 -預冷卻單元(PU)，被設置為接納氣體流(701)并產生預冷卻氣體流(702)； -第一分離系統(SSl)，被設置為接納來自所述預冷卻單元(PU)的預冷卻氣體流(702)并經由第一流出口(41)產生第一輸出流(703)以及經由第二流口(42)產生第二輸出流(704)； -第一分離器容器(V1，HG)，被設置為接納所述第二輸出流(704)并產生頂部流(705)和底部流(706)； -第二分離系統(SS2)，被設置為接納所述第一分離器容器(V1，HG)的底部流(706)并經由附加第一流出口(41)產生附加第一輸出流(713)以及經由附加第二流出口(42)產生附加第二輸出流(714)。
12.根據權利要求11所述的處理系統，其中所述處理系統還包括 -第二分離容器(V2)，被設置為接納所述第二分離系統(SS2)的附加第二輸出流(714)。
13.根據前述權利要求中任一項所述的處理系統，其中所述第一分離器容器為下列之一液體-氣體分離器(Vl)、水合物-氣體分離器(HG)。
14.根據權利要求10所述的處理系統，其中所述處理系統是油處理方案，所述處理系統包括 -分離系統(SS)，被設置為接納高壓油流(802)并經由第一流出口(41)產生第一輸出流(803)以及經由第二流出口(42)產生第二輸出流(804)； -分離容器(V3，V4)，被設置為接納所述第一輸出流(803)和所述第二輸出流(804)中的一個并被配置為產生頂部流(805，815)和底部流(806，816)。
15.根據權利要求14所述的處理系統，其中所述分離容器(V3)被設置為接納所述第二輸出流(804)，并且所述分離容器(V3)的頂部流(805)與所述第一輸出流(803)結合，所述處理系統還包括氣體壓縮機(COM)，所述氣體壓縮機(COM)被設置為接納結合的所述第一輸出流(803)和所述分離容器(V3)的頂部流(805)。
16.根據權利要求14所述的處理系統，其中所述分離容器(V4)被設置為接納第一輸出流(803)，并且所述分離容器(V4)的底部流(816)與所述第二輸出流(804)結合，所述處理系統還包括氣體壓縮機(COM)，所述氣體壓縮機(COM)被設置為接納所述分離容器(V4)的頂部流(815)。
17.根據權利要求15-16中任一項所述的處理系統，其中所述處理系統還包括預加熱器單元(PH)，并且所述氣體壓縮機(COM)被設置為產生壓縮流(820)，所述壓縮流(820)被引導至所述預加熱器單元(PH)以對所述高壓油流(802)進行預加熱。
18.根據權利要求14-17中任一項所述的處理系統，其中所述分離容器(V3)還被設置為產生側面流(807)，所述底部流基本是含水流體并且所述側面流基本是碳氫化合物液體。
19.分離流體流的方法，所述方法包括 -在回旋閥(100)中接納流體流，從而生成繞中軸(11)回旋的回旋流； -在分離室(40)中使所述回旋流的外部與所述回旋流的內部分離，所述分離室(40)包括分別被設置為接納所述內部和所述外部的第一流出口(41)和第二流出口(42)。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述方法還包括 -使所述回旋流在分離之前膨脹和冷卻，從而在所述回旋閥(100)處或所述回旋閥(100)下游通過冷凝生成新相。
21.根據權利要求19-20之一所述的方法，其中所述方法還包括 -在所述回旋流分離之前向所述回旋流內注射附加入口流體。
22.用于處理流體的方法，所述方法包括 -根據權利要求19-21中任一項所述的方法經由分離系統(SS，SSI, SS2)的所述第一流出口(41)產生第一輸出流(703，713，803)并且經由分離系統的所述第二流出口(42)產生第二出口流動(704，714，804)。
23.根據權利要求22所述的方法，其中所述方法是氣體處理方法并包括 -對氣體流(701)進行預冷卻以在預冷卻單元(PU)中產生預冷卻氣體流(702)， -在第一分離系統(SSl)中分離所述預冷卻氣體流(702)以經由所述第一流出口(41)產生第一輸出流(703)并經由所述第二流出口(42)產生第二輸出流(704)； -在第一分離器容器(V1，HG)中分離所述第二輸出流(704)以產生頂部流(705)和底部流(706)； -在第二分離系統(SS2)中分離所述底部流(706)以經由附加第一流出口(41)產生附加第一輸出流(713)并經由附加第二流出口(42)產生附加第二輸出流(714)。
24.如權利要求23所述的方法，其中所述方法還包括 -在第二分離容器(V2)中分離所述第二分離系統(SS2)的附加第二輸出流(714)。
25.根據權利要求22所述的方法，其中所述方法是液體處理方法，所述方法包括 -在分離系統(SS)中分離高壓液體流(802)以經由所述第一流出口(41)產生所述第一輸出流(803)并經由所述第二流出口(42)產生所述第二輸出流(804)； -在分離容器(V3，V4)中分離所述第一輸出流(803)和所述第二輸出流(804)中的一個以產生頂部流(805,815)和底部流(806,816) 0
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述分離容器(V3)被設置為接納所述第二輸出流(804)，并且所述方法還包括 -使所述分離容器(V3)的頂部流(805)與所述第一輸出流(803)結合； -在氣體壓縮機(COM)中壓縮結合的所述第一輸出流(803)和所述分離容器(V3)的頂部流(805)。
27.根據權利要求26所述的方法，其中所述分離容器(V4)被設置為接納所述第一輸出流(803)，并且所述方法還包括 -使所述分離容器(V4)的底部流(816)與所述第二輸出流(804)結合； -在氣體壓縮機(COM)中壓縮所述分離容器(V4)的頂部流(815)。
28.根據權利要求26-27中任一項所述的方法，其中所述氣體壓縮機(COM)被設置為產生壓縮流(820)并且所述方法還包括 -在預加熱器單元(PH)中通過使用所述壓縮流(820)對所述高壓油流(802)進行預加熱。
全文摘要
本發明涉及一種包括流入口(16)的分離系統。分離系統包括回旋閥(100)，回旋閥(100)被設置為經由流入口(16)接納和控制流體流的流量并生成繞中軸(11)回旋的回旋流分離系統還包括分離室(40)，分離室(40)設置在回旋閥(100)下游以接納來自回旋閥(100)的回旋流，其中分離室(40)包括第一流出口和第二流出口(41，42)。第一流出口(41)被設置為接納回旋流的內部，并且第二流出口(42)被設置為接納回旋流的外部。
文檔編號B01D53/00GK102802761SQ200980159737
公開日2012年11月28日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者馬爾科·貝廷, 科尼里斯·安東尼耶·特金克韋靈克 申請人:纏繞機公司