KR101666603B1

KR101666603B1 - 열효율이 높은 3상 세퍼레이터

Info

Publication number: KR101666603B1
Application number: KR1020150050170A
Authority: KR
Inventors: 이수태; 정재훈; 김숙희; 오성룡; 최여울; 박성호
Original assignee: 태경중공업주식회사
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-14
Anticipated expiration: 2035-04-09
Also published as: JP2016198757A; CN106039851A

Abstract

본 발명은 세퍼레이터에 관한 것으로 특히 물, 오일, 가스가 혼합된 3상원액을 높은 효율로 분리할 수 있는 3상 세퍼레이터에 관련되는 기술로서, 보다 구체적으로는 압력 용기; 상기 압력 용기의 일측에 마련되어 물,오일,가스가 혼합된 3상원액이 유입되는 유입구; 상기 압력 용기의 내부에 마련되어 상기 3상원액을 단계적으로 분리시키는 분리수단들; 상기 압력 용기의 타측 상측에 마련되어 분리된 가스가 배출되는 제1유출구; 상기 압력 용기의 하부로 향하도록 연결되어 분리된 물이 배출되는 제2유출구; 상기 제2유출구와 인접하여 마련되어 분리된 오일이 배출되는 제3유출구; 상기 압력 용기의 외면 중 일부를 감싸는 형태로 결합되며 하나의 인렛부와 하나의 아웃렛부가 마련되어 열교환용 물이 순환되면서 상기 압력 용기 내부와 열교환을 수행하는 워터자켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열효율이 높은 3상 세퍼레이터{3-phase seperator with high thermal efficiency}

본 발명은 세퍼레이터에 관한 것으로 특히 물, 오일, 가스가 혼합된 3상원액을 높은 효율로 분리할 수 있는 3상 세퍼레이터에 관련되는 기술이다.

세퍼레이터는 일반적으로 2상 이상이 혼합된 물질을 각 성분으로 분리하기 위한 것을 의미하며, 원유를 정제하거나 슬러지를 처리하기 위한 용도 등 다양한 분야에 활용된다.

3상 세퍼레이터는 오일, 물, 가스를 분리하기 위한 것으로서, 본 발명과 관련한 종래기술로 대한민국 등록특허 제10-1287374호(2013년 07월 12일 등록)의 "액체/액체/가스/고체 혼합물을 분리하기 위한 세퍼레이터"가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 세퍼레이터의 구성 단면도이며, 도시된 바와 같이 첫번째 유체, 상기 첫번째 유체보다 밀도가 높은 두번째 유체 및 고체의 혼합물로부터 상기 첫번째 유체, 상기 두번째 유체 및 상기 고체를 각기 분리하는 세퍼레이터에 관한 것이다.

구체적으로 세퍼레이터는 압력용기와, 압력용기 내부에 위치하는 사이클론, 외부로부터 압력용기를 관통하여 상기 사이클론과 연결되되 상기 두번째 유체가 사이클론을 오버플로우 되도록 사이클론내의 유체를 회전시키는 수단을 구비한 유입통로와, 사이클론의 중심축상에 배치되며 사이클론의 내부로부터 압력용기 외부까지 연장형성되는 첫번째 유체를 배출시키는 첫번째 출구 통로와, 압력용기의 저부에 형성되어 두번째 유체를 배출시키는 두번째 출구통로 및 사이클론의 바닥 부분에서 압력용기 외부로 연장형성되어 고체를 배출시키는 세번째 출구통로를 포함한다.

압력용기 내부에 사이클론을 포함하는 기존의 세퍼레이터들은 오일, 물, 가스 성분이 혼합된 3상원액을 세퍼레이터로 공급하기 전에 세퍼레이터 외부에 마련되는 열교환기를 이용하여 적정 온도로 가열하도록 하는 것이 일반적이다.

이에 따라 별도의 열교환기를 제작해야 하고 추가적인 공간이 필요하게 되는 등의 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1287374호(2013년 07월 12일 등록)

이에 본 발명은 압력용기 내에서 물, 오일, 가스가 혼합된 3상원액을 각기 분리할 수 있도록 하되, 압력용기 자체의 넓은 외벽에 워터자켓을 마련하여 원활한 열교환이 이루어질 수 있도록 하여 효과적으로 3상원액을 분리할 수 있는 세퍼레이터를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 열효율이 높은 3상 세퍼레이터는, 압력 용기; 상기 압력 용기의 일측에 마련되어 물,오일,가스가 혼합된 3상원액이 유입되는 유입구; 상기 압력 용기의 내부에 마련되어 상기 3상원액을 단계적으로 분리시키는 분리수단들; 상기 압력 용기의 타측 상측에 마련되어 분리된 가스가 배출되는 제1유출구; 상기 압력 용기의 하부로 향하도록 연결되어 분리된 물이 배출되는 제2유출구; 상기 제2유출구와 인접하여 마련되어 분리된 오일이 배출되는 제3유출구; 상기 압력 용기의 외면 중 일부를 감싸는 형태로 결합되며 하나의 인렛부와 하나의 아웃렛부가 마련되어 열교환용 물이 순환되면서 상기 압력 용기 내부와 열교환을 수행하는 워터자켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 워터자켓은, 그 내부에 복수의 유도격막이 형성되어 상기 열교환용 물이 지그재그로 유동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 분리수단들은, 상기 유입구와 연결되어 물과 오일은 하방으로 배출시키고 가스 성분은 상방으로 배출되게 하는 싸이클론; 상기 싸이클론과 이격되며, 상기 압력 용기의 내부를 좌우로 구획하되 바닥으로부터 일정높이까지 형성되어 물과 오일의 분리를 가속시키는 작용을 하는 세퍼레이팅 에지테이터; 상기 세퍼레이팅 에지테이터의 상부에 연결되어 상기 압력 용기의 천정까지 형성되어 가스 성분에 포함된 물을 제거하는 미스트 익스트랙터; 상기 세퍼레이팅 에지테이터와 이격되며 상기 세퍼레이팅 에지테이터의 높이 보다 높게 형성되고 비중 차이로 인해 물보다 위에 위치되는 오일만이 흘러 넘치도록 하는 위어판넬;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 분리수단들은, 상기 위어판넬의 상단에 수평으로 연결되며, 복수의 타공이 형성되어 오일에 기포가 형성되는 것을 방지하는 디포머; 상기 제1유출구 하부에 마련되어 가스에 포함된 물을 재차 분리하는 제2미스트 익스트랙터; 상기 제2미스트 익스트랙터에 의해 분리된 물을 상기 위어판넬과 상기 세퍼레이팅 에지테이터 사이 공간으로 회수되게 하는 회수배관;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 제2유출구와 제3유출구에는 상기 유입구로 향하는 체크라인이 연결되고, 상기 체크라인에 육안확인을 위한 가시창이 마련되고, 정량펌프를 이용하여 상기 체크라인으로 상기 제2유출구 및 제3유출구를 통해 배출되는 배출물의 일부를 강제공급하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 열효율이 높은 3상 세퍼레이터는 압력용기의 외벽에 워터자켓을 설치하여 넓은 전열면적을 이용하여 효과적으로 열교환이 가능하게 함으로써 장치의 열효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.

그리고 별도의 열교환기를 제작하지 않아도 됨으로 제작비용을 절감할 수 있고 별도의 공간확보가 불필요하다는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 의한 세퍼레이터의 구성 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열효율이 높은 3상 세퍼레이터의 구성도.
도 3은 도 2의 측면도.
도 4는 본 발명에 의한 열효율이 높은 3상 세퍼레이터의 사시도.
도 5는 압력용기 내부를 보여주는 부분 절개 사시도.
도 6은 압력용기 내부를 보여주는 또 다른 부분 절개 사시도.
도 7은 워터자켓의 내부를 보여주는 사시도.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것은 아니며 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열효율이 높은 3상 세퍼레이터를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부되는 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열효율이 높은 3상 세퍼레이터의 구성도이며, 도 3은 도 2의 측면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 열효율이 높은 3상 세퍼레이터의 사시도이며, 도 5는 압력용기 내부를 보여주는 부분 절개 사시도이며, 도 6은 압력용기 내부를 보여주는 또 다른 부분 절개 사시도이고, 도 7은 워터자켓의 내부를 보여주는 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 열효율이 높은 3상 세퍼레이터는 압력용기(100), 유입구(200), 분리수단들(300), 제1유출구(400), 제2유출구(500), 제3유출구(600) 및 워터자켓(700)을 포함하여 이루어진다.

압력용기(100)는 길이가 긴 원형을 이루며, 좌우는 볼록한 형상을 이루고 수평으로 설치된다.

압력용기(100)의 일측에 유입구(200)가 마련되며, 유입구(200)를 통해서 물, 오일, 가스가 혼합된 3상원액이 공급된다. 여기서 말하는 3상원액은 원유와 같은 것일 수 있다.

압력용기(100)의 내부에 유입구(200)를 통해 공급된 3상원액을 단계적으로 분리시키기 위한 분리수단들(300)이 마련되며, 구체적으로 분리수단들(300)은 싸이클론(310), 세퍼레이팅 에지테이터(320), 미스트 익스트랙터(330), 위어판넬(340), 디포머(350), 제2미스트 익스트랙터(360), 회수배관(370)을 포함할 수 있다. 분리수단들에 대해서는 후술하도록 한다.

압력용기(100)의 타측 상측에 제1유출구(400)가 마련되며, 제1유출구(400)를 통해서 3상원액 중 분리된 가스 성분이 배출된다.

한편 압력용기(100)의 하부로 향하도록 연결되는 제2유출구(500)가 마련되며, 제2유출구(500)를 통해서 물이 배출된다.

그리고 제2유출구(500)와 인접하여 제3유출구(600)가 마련되는데, 제3유출구(600)를 통해서는 오일이 배출되고, 제3유출구(600)는 제2유출구(500)보다 싸이클론(310)으로부터 먼 곳에 위치된다.

3상원액이 분리수단들(300)을 거치면서 분리되는 과정은 기체인 가스가 먼저 분리되고, 물과 오일은 액체상태로 비중 차이에 의해 층을 이루게 된다. 비중이 낮은 오일이 물보다 윗층에 모이게 되는데, 오일은 오버플로우되어 물과 분리되도록 한다.

이런 과정을 통해서 가스는 제1유출구(400)로 배출되고, 물은 제2유출구(500)로 배출되고, 오일은 제3유출구(600)를 통해서 배출된다.

한편, 본 발명의 열효율이 높은 3상 세퍼레이터에는 압력용기(100) 내부와 열교환을 수행하는 워터자켓(700)이 마련된다. 워터자켓(700)은 압력용기(100)의 외면 중 일부를 감싸는 형태로 일체로 결합되며, 하나 이상의 워터자켓(700)이 마련될 수 있고 워터자켓(700)에는 인렛부(710)와 아웃렛부(720)가 마련되어 열교환용 물이 인렛부(710)를 통해 유입된 후 아웃렛부(720)로 배출되고, 이러한 순환과정으로 압력용기(100) 내부와 열교환이 이루어지게 된다.

바람직하게 본 실시예의 경우 도 3과 같이 원형의 압력용기(100)의 전후로 대칭되게 하나씩의 워터자켓(700)을 마련하도록 하고, 도 3 또는 도 7에 보이는 바와 같이 워터자켓(700)의 내부에는 복수의 유도격막(730)이 형성되어 열교환용 물이 지그재그로 유동될 수 있도록 한다.

본 실시예는 압력용기(100)의 내부 온도를 높이기 위한 용도로 워터자켓(700)을 사용하고 있으나 반대로 워터자켓(700)에 저온의 열교환용 물을 공급하여 압력용기(100) 내부 온도를 낮추는 용도로도 활용이 가능하다. 이것은 유입구(200)를 통해 공급되는 대상물이 무엇이냐에 따라 달라질 수 있음을 의미한다.

이하 보다 구체적인 분리수단들(300)에 대해 설명하도록 한다.

싸이클론(310)은 유입구(200)에 연결되며, 3상원액은 싸이클론(310)으로 유도되어 원심력에 의해 회전되면서 물과 오일은 하방으로 배출시키고, 가스 성분은 상방으로 배출되게 한다.

싸이클론(310)으로부터 이격되어 압력용기(100) 내부를 좌우로 구획하는 세퍼레이팅 에지테이터(320)가 마련된다. 세퍼레이팅 에지테이터(320)는 압력용기(100)의 바닥으로부터 일정높이까지 형성되는데, 바람직하게 압력용기(100)의 센터라인보다 다소 높게 형성시킨다. 싸이클론(310)에 의해 물과 오일은 어느 정도 분리되나 세퍼레이팅 에지테이터(320)를 통과하면서 분리되지 못한 물과 오일은 분리가 촉진된다.

세퍼레이팅 에지테이터(320)의 상부에 미스트 익스트랙터(330)가 연결되며, 미스트 익스트랙터(330)는 압력용기(100)의 천정까지 형성되고, 미스트 익스트랙터(330)를 통해서 가스 성분이 통과하게 되는데 가스가 미스트 익스트랙터(330)를 통과하는 과정 중에 가스에 잔류하는 수분이 제거된다.

세퍼레이팅 에지테이터(320)와 미스트 익스트랙터(330)는 대략 반원 형태를 이루며, 이 둘이 상하로 배치되어 하나의 원을 이루면서 압력용기(100)의 내부공간을 좌우로 구분하게 된다.

세퍼레이팅 에지테이터(320)와 이격되는 위어판넬(340)이 마련되는데, 위어판넬(340)은 압력용기(100)의 바닥면부터 소정높이까지 형성되며, 바람직하게 이웃하는 세퍼레이팅 에지테이터(320)의 높이 보다 높게 형성된다. 그리고 위어판넬(340)은 매끈한 판상체로서 물이나 오일은 위어판넬(340)을 곧바로 통과하지 못하고 수위가 상승하여 일정 수위 이상이 되면 위어판넬(340)의 상단을 흘러 넘치게 된다.

세퍼레이팅 에지테이터(320)를 통과한 물과 오일은 층을 이루면서 분리가 되며, 비중 차이로 물이 하층에 위치되고 오일은 상층을 형성하게 된다. 즉, 위어판넬(340)은 일종의 댐 역할을 하게 되며, 상층을 형성하는 오일만이 수위가 높아짐에 따라 위어판넬(340)을 넘어 이동됨으로써 물과 오일의 완전한 분리가 이루어진다.

한편, 세퍼레이팅 에지테이터(320)와 위어판넬(340) 사이에 제2유출구(500)가 마련되어 물은 제2유출구(500)를 통해 배출될 수 있도록 한다.

보다 바람직하게 위어판넬(340)의 상단에 수평으로 연결되어 미스트 익스트랙터(330)까지 연장되는 디포머(350)가 마련될 수 있으며, 디포머(350)에는 복수의 타공이 형성되어 오일이 타공을 통과하면서 오일에 포함된 기포가 제거되도록 한다.

가스 성분은 미스트 익스트랙터(330)를 통과하여 제1유출구(400)를 향하게 되는데, 가스에는 여전히 수분이 포함되어 있을 수 있다. 이에 제1유출구(400)의 하부에 제2미스트 익스트랙터(360)를 설치하여 가스에 잔류하는 수분을 재차 분리하도록 하는 것이 바람직하다.

제2미스트 익스트랙터(360)에 의해 분리된 물을 처리하기 위한 회수배관(370)이 마련되며, 회수배관(370)은 위어판넬(340)과 세퍼레이팅 에지테이터(320) 사이 공간으로 향하도록 하여 저수되어 있는 물에 섞이도록 한다.

더욱 바람직하게 제2유출구(500)와 제3유출구(600)에는 유입구(200)로 향하는 체크라인(800)이 각각 연결될 수 있으며, 각 체크라인(800)에 육안확인이 가능한 가시창(900)을 두도록 한다. 그리고 각 체크라인(800)에 정량펌프(810)를 설치하여 제2유출구(500) 및 제3유출구(600)를 통해 배출되는 물 및 오일의 일부를 바이패스시켜서 체크라인(800)을 통해 흐를 수 있도록 한다. 체크라인(800)을 통해 흐르는 물, 오일을 가시창(900)을 통해 확인할 수 있게 되며, 이를 통해 제대로 세퍼레이터가 작동되고 있는지를 검증하도록 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 세퍼레이터는 3상원액을 보다 효율적으로 분리하기 위해 압력용기(100) 외면에 설치되는 워터자켓(700)을 통해 압력용기(100) 내부와 열교환을 시켜서 압력용기 내부 온도를 적정한 수준으로 올리도록 하여 세퍼레이터의 성능을 향상시킬 수 있다.

특히 워터자켓(700)은 압력용기(100)의 외면을 따라 넓은 분포를 이루면서 설치되기 때문에 넓은 전열면적을 통해서 열교환 효율을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있고, 별도의 열교환기를 마련할 필요가 없게 된다는 이점을 제공할 수 있다.

100 : 압력용기 200 : 유입구
300 : 분리수단들 310 : 싸이클론
320 : 세퍼레이팅 에지테이터 330 : 미스트 익스트랙터
340 : 위어판넬 350 : 디포머
360 : 제2미스트 익스트랙터 370 : 회수배관
400 : 제1유출구 500 : 제2유출구
600 : 제3유출구 700 : 워터자켓
710 : 인렛부 720 : 아웃렛부
730 : 유도격막 800 : 체크라인
810 : 정량펌프 900 : 가시창

Claims

3상 세퍼레이터에 있어서,
압력 용기;
상기 압력 용기의 일측에 마련되어 물,오일,가스가 혼합된 3상원액이 유입되는 유입구;
상기 압력 용기의 내부에 마련되어 상기 3상원액을 단계적으로 분리시키는 분리수단들;
상기 압력 용기의 타측 상측에 마련되어 분리된 가스가 배출되는 제1유출구;
상기 압력 용기의 하부로 향하도록 연결되어 분리된 물이 배출되는 제2유출구;
상기 제2유출구와 인접하여 마련되어 분리된 오일이 배출되는 제3유출구;
상기 압력 용기의 외면 중 일부를 감싸는 형태로 결합되며 하나의 인렛부와 하나의 아웃렛부가 마련되어 열교환용 물이 순환되면서 상기 압력 용기 내부와 열교환을 수행하는 워터자켓;을 포함하며,
상기 분리수단들은,
상기 유입구와 연결되어 물과 오일은 하방으로 배출시키고 가스 성분은 상방으로 배출되게 하는 싸이클론;
상기 싸이클론과 이격되며, 상기 압력 용기의 내부를 좌우로 구획하되 바닥으로부터 일정높이까지 형성되어 물과 오일의 분리를 가속시키는 작용을 하는 세퍼레이팅 에지테이터;
상기 세퍼레이팅 에지테이터의 상부에 연결되어 상기 압력 용기의 천정까지 형성되어 가스 성분에 포함된 물을 제거하는 미스트 익스트랙터;
상기 세퍼레이팅 에지테이터와 이격되며 상기 세퍼레이팅 에지테이터의 높이보다 높게 형성되고 비중 차이로 인해 물보다 위에 위치되는 오일만이 흘러 넘치도록 하는 위어판넬;
상기 위어판넬의 상단에 수평으로 연결되며, 복수의 타공이 형성되어 오일에 기포가 형성되는 것을 방지하는 디포머;
상기 제1유출구 하부에 마련되어 가스에 포함된 물을 재차 분리하는 제2미스트 익스트랙터; 및
상기 제2미스트 익스트랙터에 의해 분리된 물을 상기 위어판넬과 상기 세퍼레이팅 에지테이터 사이 공간으로 회수되게 하는 회수배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열효율이 높은 3상 세퍼레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 워터자켓은,
그 내부에 복수의 유도격막이 형성되어 상기 열교환용 물이 지그재그로 유동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 열효율이 높은 3상 세퍼레이터.
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제2유출구와 제3유출구에는 상기 유입구로 향하는 체크라인이 연결되고, 상기 체크라인에 육안확인을 위한 가시창이 마련되고, 정량펌프를 이용하여 상기 체크라인으로 상기 제2유출구 및 제3유출구를 통해 배출되는 배출물의 일부를 강제공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 열효율이 높은 3상 세퍼레이터.