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(11) | EP 0 228 097 A2 |
(12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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(54) | Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogéne |
(57) Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène. Des canaux d'injection (30) introduisent une eau à deshuiler avec une vitesse relative axiale à la périphérie d'une extrémité amont (4) d'une chambre de séparation cylindrique (2) tournant autour de de son axe (8). L'eau purifiée sort à l'autre extrémité (6) de cette chambre par une ouverture de sortie annulaire (26) de rayon diminué pour constituer un écoulement du type vortex libre. L'huile est prélevée par un tube axial (28). Application aux polates-formes pétrolières. |
Une première qualité est l'efficacité de séparation. Le taux d'épuration de l'eau rejetée par l'appareil doit être maximum. On mesure habituellement cette efficacité par l'intermédiaire du diamètre de coupure de l'appareil, c'est-à-dire du diamètre des globules au-delà duquel tous les globules de pétrole sont extraits du débit d'eau. Selon les valeurs de ce diamètre de coupure, on sera amené à effectuer l'épuration en une ou deux voire trois étapes dans autant de séparateurs de types différents connectés en série.
- ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal (8) et comportant une chambre de séparation allongée (2) qui a une extrémité amont (4), une extrémité aval (6), et une paroi latérale (10) qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée,
- des moyens d'entraînement (12, 14, 16) pour faire tourner cette paroi autour de cet axe,
- un conduit d'entrée (18, 19) pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre,
- de préférence des guides accélérateurs d'entrée (20) répartis autour dudit axe et tournant avec cette paroi, chacun de ces guides présentant un bord intérieur (22) à une distance de cet axe inférieure audit rayon d'entrée pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, chacun de ces guides s'étendant jusqu'à un bord extérieur (24) plus loin de cet axe pour éloigner ce liquide jusqu'à une distance de cet axe sensiblement égale au dit rayon d'entrée en lui donnant en même temps une vitesse circonférentielle accrue avant son introduction dans ladite chambre,
- cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale (26) formée à sa dite extrémité aval et présentant un rayon extérieur inférieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en créant dans cette chambre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse circonférentielle du liquide croît à partir de la paroi tournante (10) jusqu'à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité vers cette zone axiale,
- et au moins une ouverture de sortie secondaire (28) pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide,
- ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide (30) dans ladite chambre de séparation (2), ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante (10), ayant chacun un axe de canal coplanaire audit axe de séparateur (8), et étant répartis autour de ce dernier chacun de ces canaux présentant une entrée (32) pour recevoir ledit liquide d'entrée à la sortie desdits guides accélérateurs d'entrée (20) ou à défaut de ces derniers, dudit conduit d'entrée (18, 19), une sortie (34) située à une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée, pour alimenter l'extrémité d'entrée (4) de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entrée par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait contre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à compenser, au voisinage de cette paroi, l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petites dudit fluide ajouté.
- Lesdits canaux d'injection (30) sont cylindriques ou prismatiques et présentent une longueur supérieure à quatre fois et de préférence à six fois leur plus petite dimension transversale et ils sont parallèles audit axe (8).
- Ladite paroi latérale tournante (10) est cylindrique, ladite ouverture de sortie principale (26) étant formée dans un diaphragme de sortie (36) occupant l'extrémité aval (6) de la chambre de séparation (2), cette ouverture ayant un rayon extérieur compris entre 20% et 60% du rayon de cette paroi latérale.
- Lesdits canaux d'injection (30) ont leurs sorties (34) dans une couronne circulaire d'injection dont le cercle extérieur est au contact de ladite paroi tournante (10), ladite chambre de séparation (2) comportant en outre une ogive d'entrée (38) qui est coaxiale à cette chambre, qui présente une base coincidant avec le cercle intérieur de cette couronne, et qui pénétre dans cette chambre à partir de cette base avec des sections circulaires de rayons progressivement décroissants, la longueur de cette ogive étant inférieure au tiers de celle de cette chambre, de manière d'une part à offrir audit liquide d'entrée une section de passage annulaire d'aire progressivement croissante à partir de ladite couronne d'injection pour diminuer rapidement et sans turbulence sa vitesse axiale, et de manière d'autre part à centrer et à stabiliser ledit vortex libre. Cette ogive est par exemple conique avec un demi-angle au sommet compris entre 10 et 40 degrés et valant par exemple 20 degrés environ.
- L'invention s'applique avantageusement au cas où le séparateur est prévu pour recevoir un dit liquide d'entrée dans lequel ledit fluide ajouté dispersé présente une densité plus faible que celle dudit liquide de base, de sorte que ce fluide ajouté forme un barreau axial dans ladite chambre de séparation. Dans ce cas ladite ouverture de sortie secondaire est constituée par un tube de sortie secondaire (28) à l'extrémité aval (6) de la chambre de séparation (2), ce tube pénétrant coaxialement dans ladite chambre de séparation (2) à travers ladite ouverture de sortie principale (26), qui est une ouverture annulaire autour de ce tube. Cette disposition de ce tube à l'aval permet d'éviter d'avoir à prévoir une sortie secondaire axiale à l'extrémité amont du séparateur où elle serait gênante. Ledit conduit d'entrée (18, 19) comporte alors un tube d'entrée fixe (18) coaxial à cette chambre, de manière que le bord intérieur (22) desdits guides accélérateurs d'entrée (20) soit proche dudit axe (8) et que la mise en rotation du liquide d'entrée par ces guides ne provoque pas dans ce liquide de cisaillements nuisibles susceptibles de casser lesdits globules du fluide ajouté et de rendre ces globules impossibles à séparer.
- Ledit conduit d'entrée (18, 19) comporte en outre, entre la sortie dudit tube d'entrée fixe (18) et lesdits guides accélérateurs d'entrée (20), un tube d'entrée tournant (19) solidaire de ces guides, de manière à commencer à entraîner le liquide d'entrée en rotation avant qu'il rencontre les bords intérieurs (22) de ces guides et à diminuer ainsi lesdits cisaillements nuisibles.
- Ledit tube d'entrée coaxial fixe (18) est un tube de support rigide et porte extérieurement un palier amont (39), ladite paroi latérale cylindrique (10) tournante étant munie d'un prolongement amont (40) qui est coaxial et rigide et s'étend jusqu'à ce palier pour être supporté par celui-ci, un joint d'étanchéité (60) étant disposé entre ce prolongement amont tournant et ce tube de support fixe, entre l'extrémité de sortie de ce tube, et ce palier, de manière à empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
- Ladite ouverture de sortie principale (26) se prolonge vers l'aval par un divergent (42) jusqu'à une chambre de sortie principale (44) de section de passage annulaire accrue autour dudit tube de sortie secondaire (28) de manière à diminuer la consommation d'énergie du séparateur, la paroi latérale (46) de cette chambre de sortie étant constituée par un prolongement aval coaxial rigide de ladite paroi latérale tournante de la chambre de séparation, ce prolongement portant extérieurement un palier aval (48) qui s'appuie sur un support extérieur fixe (47) et qui coopère avec ledit palier amont (39) pour maintenir ladite chambre de séparation (2), un joint d'étanchéité (62) étant disposé entre ce support fixe (47) et ce prolongement aval tournant (46), entre la sortie de ce prolongement et ce palier, de manière à empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
- Une chambre de séparation 2 dont la paroi latérale 10 est cylindrique de révolution autour de l'axe 8 du séparateur et s'étend entre deux extrémités amont 4 et aval 6.
- Des moyens d'entraînement constitués par un moteur 12 qui entraîne une courroie 14 qui passe dans une gorge 16 formée dans un prolongement amont 40 de la paroi 10 pour faire tourner cette dernière autour de son axe.
- Un conduit d'entrée constitué d'un tube rigide fixe 18 suivi d'un tube tournant 19 solidaire de la paroi 10. Ce tube fixe porte extérieurement deux roulements à billes 38 montés à l'intérieur du prolongement cylindrique rigide 40 pour constituer le palier amont précédemment mentionné et maintenir la paroi tournante 10.
- Dix guides accélérateurs d'entrée trapézoïdaux 20 répartis angulairement autour de l'axe 8 à la sortie du tube 19. Le nombre de ces guides sur la figure est de six pour faciliter la compréhension du dessin. Chaque guide a un bord intérieur incliné 22 qui rejoint l'axe 8 à son extrémité éloignée du tube 19, deux bords radiaux amont et aval et un bord extérieur axial à une distance de l'axe légèrement inférieure au diamètre de la chambre 2. Ces guides sont soudés par leurs bords radiaux amont au tube tournant 19.
- ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal (8) et comportant une chambre de séparation allongée (2) qui a une extrémité amont (4), une extrémité aval (6), et une paroi latérale (10) qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée,
- des moyens d'entraînement (12, 14, 16) pour faire tourner cette paroi autour de cet axe,
- un conduit d'entrée (18, 19) pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre,
- des guides accélérateurs d'entrée (20) répartis autour dudit axe et tournant avec cette paroi, chacun de ces guides présentant un bord intérieur (22) à une distance de cet axe inférieure audit rayon d'entrée pour recevoir ce liquide sortant de ce conduit d'entrée, chacun de ces guides s'étendant jusqu'à un bord extérieur (24) plus loin de cet axe pour éloigner ce liquide jusqu'à une distance de cet axe sensiblement égale au dit rayon d'entrée en lui donnant en même temps une vitesse circonférentielle accrue avant son introduction dans ladite chambre,
- cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale (26) formée à sa dite extrémité aval (6) et présentant un rayon extérieur inférieur audit rayon d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture en créant dans cette chambre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse circonférentielle du liquide croît à partir de la paroi tournante (10) jusqu'à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus petite densité vers cette zone axiale,
- et au moins une ouverture de sortie secondaire (28) pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide,
- ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide (30) dans ladite chambre de séparation (2), ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante (10), ayδnt chacun un axe de canal coplanaire audit axe de séparateur (8), et étant répartis autour de dernier, chacun de ces canaux présentant une entrée (32) pour recevoir ledit liquide d'entrée à la sortie desdits guides accélérateurs d'entrée (20), une sortie (34) située à une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée (4) de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entrée par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annnulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait contre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petits dudit fluide ajouté.
- ladite chambre de séparation (2) comportant en outre une ogive d'entrée (38) qui est coaxiale à cette chambre, qui présente une base coincidant avec le cercle intérieur de cette couronne, et qui pénétre dans cette chambre à partir de cette base avec des sections circulaires de rayons progressivement décroissants, la longueur de cette ogive étant inférieure au tiers de celle de cette chambre, de manière d'une part à offrir audit liquide d'entrée une section de passage annulaire d'aire progressivement croissante à partir de ladite couronne d'injection pour diminuer rapidement et sans turbulence sa vitesse axiale, et de manière d'autre part à centrer et à stabiliser ledit vortex libre.
- ce séparateur étant caractérisé par le fait que ladite ouverture de sortie secondaire est constituée par un tube de sortie secondaire (28) à l'extrémité aval (6) de ladite chambre de séparation (2), ce tube pénétrant coaxialement dans ladite chambre de séparation (2) à travers ladite ouverture de sortie principale (26), qui est une ouverture annulaire autour de ce tube,
- ledit conduit d'entrée (18, 19) comportant un tube d'entrée fixe (18) coaxial à cette chambre, de manière que le bord intérieur (22) desdits guides accélérateurs d'entrée (20) soit proche dudit axe (8) et que la mise en rotation du liquide d'entrée par ces guides ne provoque pas dans ce liquide de cisaillements nuisibles susceptibles de casser lesdits globules du fluide ajouté et de rendre ces globules impossibles à séparer.
- ladite paroi latérale cylindrique (10) tournante étant munie d'un prolongement amont (40) qui est coaxial et rigide et s'étend jusqu'à ce palier pour être supporté par celui-ci, un joint d'étanchéité (60) étant disposé entre ce prolongement amont tournant et ce tube de support fixe, entre l'extrémité de sortie de ce tube et ce palier, de manière a empêcher le liquide de parvenir à ce palier.
- la paroi latérale (46) de cette chambre de sortie étant constituée par un prolongement aval coaxial rigide de ladite paroi latérale tournante de la chambre de séparation, ce prolongement portant extérieurement un palier aval (48) qui s'appuie sur un support extérieur fixe (47) et qui coopère avec ledit palier amont (39) pour maintenir ladite chambre de séparation (2),
- un joint d'étanchéité (62) étant disposé entre ce support fixe (47) et ce prolongement aval tournant (46), entre la sortie de ce prolongement et ce palier, de manière à empêcher le liquide de parvenir à ce palier. 11/ Séparateur tournant à vortex pour liquide hétérogène, ce séparateur étant prévu pour recevoir un débit d'un liquide d'entrée hétérogène constitué par un liquide de base et par des globules dispersés d'un fluide ajouté de densité différente de celle de ce liquide de base, ce séparateur étant destiné à fournir en sortie d'une part un débit majoritaire d'un liquide de sortie principal constitué par ledit liquide de base débarassé au moins partiellement dudit fluide ajouté et d'autre part un débit minoritaire d'un fluide de sortie secondaire contenant une proportion accrue de ce fluide ajouté,
- ce séparateur présentant un axe de séparateur longitudinal (8) et comportant une chambre de séparation allongée (2) qui a une extrémité amont (4), une extrémité aval (6), et une paroi latérale (10) qui est de révolution autour de cet axe, le rayon de cette chambre à ladite extrémité amont étant un rayon d'entrée,
- des moyens d'entraînement (12, 14, 16) pour faire tourner cette paroi autour de cet axe,
- un conduit d'entrée (18, 19) pour recevoir ledit liquide d'entrée près de l'extrémité amont de cette chambre,
- cette chambre ayant en outre une ouverture de sortie principale coaxiale (26) formée
à sa dite extrémité aval (6) et présentant un rayon extérieur inférieur audit rayon
d'entrée de manière que ledit liquide de sortie principal sorte par cette ouverture
en créant dans cette chambre un écoulement du type vortex libre dans lequel la vitesse
circonférentielle du liquide croît à partir
de la paroi tournante (10) jusqu'à une zone axiale, et de manière qu'une force centrifuge
accrue rassemble le fluide de plus grande densité vers la paroi et le fluide de plus
petite densité vers cette zone axiale,
- et au moins une ouverture de sortie secondaire (28) pour la sortie dudit fluide de sortie secondaire, dans la zone où la force centrifuge rassemble ce fluide,
- ce séparateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des canaux d'injection de liquide (30) dans ladite chambre de séparation (2), ces canaux étant solidaires en rotation de ladite paroi tournante (10), ayant chacun un axe de canal coplanaire audit axe de séparateur (8), et étant répartis autour de dernier, chacun de ces canaux présentant une entrée (32) pour recevoir ledit liquide d'entrée provenant dudit conduit d'entrée (18, 19), une sortie (34) située à une distance dudit axe sensiblement égale audit rayon d'entrée pour alimenter l'extrémité d'entrée (4) de la chambre de séparation, et une longueur suffisamment grande par rapport à ses dimensions transversales pour que la vitesse circonférentielle relative de ce liquide d'entrée par rapport à ladite paroi tournante soit sensiblement annnulée quand ce liquide entre dans cette chambre de séparation, de manière à éviter que le frottement du liquide sur cette paroi ne fasse apparaître un gradient radial de vitesse circonférentielle qui se continuerait contre cette paroi sur la longueur de cette chambre, et que ce gradient ne crée des turbulences propres à compenser au voisinage de cette paroi l'action séparatrice de la force centrifuge sur les globules relativement petits dudit fluide ajouté.