專利名稱：流體處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體處理設(shè)備，尤其但非排它的是，涉及一種用于處理自地下含烴地 層所產(chǎn)生的水的設(shè)備。本發(fā)明也涉及一種處理流體的方法。
背景技術(shù)：
自地下儲液池產(chǎn)生的流體通常是油、水、氣體的混合物，通?；煊幸欢康哪嗌场?在生產(chǎn)的早期階段，流體可能是“干的”，即容納少量水或不含有水，但是隨著生產(chǎn)的繼續(xù)， 通常會產(chǎn)生更大量的水。在成熟領(lǐng)域，所產(chǎn)生流體的水的比例可達到90%，并可能在95% 左右。儲液池并不總是產(chǎn)生大量的泥沙，但是一旦這樣的時候，泥沙產(chǎn)量通常隨著水產(chǎn)量的 增加而增加。從儲液池產(chǎn)生的水以術(shù)語“采出水”表示。采出水可噴回到地層或者可排泄到環(huán)境中。例如，在近海區(qū)域，水可排泄到海中。 然而，采出水必須徹底地處理，以便在排泄到環(huán)境之前大體上移除所有的油跡或氣體，以便 滿足極度嚴格的環(huán)境法規(guī)。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)操作中，來自儲液池的采出流體被初步處理以將可銷售的油和氣體 從不可銷售的水和沙中隔離出來。然而，分離的水通常仍然包含不可接受量的油和氣體，這 樣一來，通常會接受二次處理，進一步將碳氫化合物的濃度減低到可接受的水平，以便于排 泄到環(huán)境或噴回到地層中。被稱為“浮選”的過程通常用來幫助移除油和來自水的其他污染物。浮選的原理 在于氣體的泡沫被引入(例如，誘導(dǎo)氣浮選)或容納在(例如，溶解氣浮選)包含污染水 的容器中，其中，氣泡將更大程度或更低程度低附連到污染物，比如油滴，并將它們拽到水 的表面，使大量的水不再含有污染物，而較上層的水富含污染物。在后續(xù)的討論中，氣泡所 增加或產(chǎn)生的用來隔離污染物的每一體積的水可稱為“單元”或“浮選單元”。浮選通常作為連續(xù)的過程操作，其中，污染水連續(xù)流入單元中，并且自單元的表面 層抽吸的富含污染物的水連續(xù)流出，并且來自單元的去掉污染物的水以一定速率連續(xù)地流 出，以便在容器中保持大體上不變的水位。通常，漂浮到水表面的污染物以泡沫形式得以保持(當污染物以較高的濃度存在 水表面時自然地形成，或在添加到流入流體的化學制品的作用下時)。有浮力的污染物，例 如油滴，可以不需要發(fā)生泡沫以將其保持在表面處。水表面上的污染物可以通過不同的方法移除，兩種最普通的方法是圍堰略微設(shè)置 在水表面以下，使得富含污染物的表面層優(yōu)選地流過它們，或者將富含污染物的表面層掃 過堰的劃槳略微設(shè)置在水表面的上方。多個漂浮撇取設(shè)備也是已知的，它的優(yōu)勢在于能比 采用的前述固定堰方法容忍操作流體水平的更寬范圍的變化。在誘導(dǎo)氣浮選(IGF)方法中，氣泡通常通過噴射器或機械混合器添加到污染水 中。IGF單元必須被混合以使氣泡與污染物比如油滴親密地接觸，使得它們能被污染物分 離，但是該混合具有副作用，它將使泡沫更難于升到表面，并且引起水包在單元中的駐留時 間發(fā)生變化。盡管單元內(nèi)的平均駐留時間可由單元的體積和水的流速確定，混合意味著部分水包以比好的分離所需時間少得多的時間穿越單元，并且相反地是，部分水包可在單元 中駐留的時間比平均駐留時間長得多。在單元中混合以接觸氣泡和污染物的必要性減少了單元內(nèi)的分離效率。因為這個 理由，IGF容器是普通的水平容器，其包含多個串聯(lián)的IGF單元，典型地為4個，以便增加分 離的總效率。這種類型的已知IGF系統(tǒng)的示例在US4564457，US2006/0213840，US397^15， US3647069 和 US5348648 中示出。然而，在一些應(yīng)用中，垂直的單級單元浮選元件是已知的，其具有簡單的IGF單 元，該IGF單元具有單元體積，因而稍微大點的駐留時間會在典型的水平IGF元件的四個單 元中發(fā)現(xiàn)。這種IGF配置的示例在WO 2004/1U936和US 5，011，597中示出。應(yīng)當理解的是，IGF元件需要流體駐留在容器內(nèi)足夠的周期，以允許油浮選和氣體 的分離。然而，增加的駐留時間會直接減少可獲得的最大流體處理速率?？赡芡ㄟ^增加IGF 元件的尺寸來解決這個問題，但這不是期望的，因為受傳統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)境的可用空間限制。期望減少安裝在近海平臺上的裝備所占據(jù)的空間，以及裝備的重量，并且因為這 個原因，緊湊的浮選元件在現(xiàn)有技術(shù)中被提出，以便以最小的設(shè)備覆蓋區(qū)處理采出水。例 如，現(xiàn)有技術(shù)文獻WO 02/41965公開了垂直配置的容器，其經(jīng)由切向配置的流體入口接收 待處理的流體。以這種方式配置流體在容器內(nèi)建立了流體的轉(zhuǎn)動，這就有助于油和氣泡的 接合以及浮選到表面。容器可引入螺旋運動的導(dǎo)向葉，以增強流體轉(zhuǎn)動。在WO 02/41965中，容器以低壓操作，以允許溶解的氣體自水相逐步形成，并在臨 近流體入口的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生氣泡，以模仿IGF元件的效果。然而，如果不夠體積的氣體存在于 流體中，那么附加氣體可添加到流體中。EP 1400492也公開了一種緊湊浮選元件，其包括垂直配置的具有一個或多個剪切 流體入口的容器，以促進流體轉(zhuǎn)動。在EP 1400492中，容器也包括剪切配置的流體/噴射 氣體入口。這些入口將氣化的水通入容器中。通過使用氣泡來處理流體的技巧包括重疊浮選技巧，其中，待處理的流體以重疊 方式穿過噴射器進入容器中。這種技巧的示例在US 1311919、US1380665和US 4406782中 得以公開。US 4，986，903公開了一種用于從水中分離油的浮選設(shè)備。所公開的設(shè)備包括分開 的氣化和脫氣室。氣化水經(jīng)由氣體噴射器被引入到氣化室。待氣化的流體有可能在脫氣室 和氣化室之間通過再循環(huán)管路70和氣體噴射器40再循環(huán)。本發(fā)明的目標是消除或減輕現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種流體處理設(shè)備，其包括流體容器；限定在 流體容器內(nèi)的第一和第二流體室；用來將待處理的流體傳送到第一流體室的流體入口 ；以 及至少一個噴嘴組件，其提供從第一流體室到第二流體室的流體連通，其中，所述噴嘴組件 適于促進氣體與所述流體混合。該至少一個噴嘴組件可利于氣體夾帶入所述流體。二者擇一地或另外地，該至少 一個噴嘴組件可便于噴射、混合或?qū)怏w送入所述流體。然而，為了簡化本發(fā)明的發(fā)明內(nèi) 容，氣體與待處理流體的混合或者將氣體送入待處理流體的通常概念一般地表示為夾帶。
該設(shè)備適于處理包含多個成分的流體，其中，成分可包括任何一種液體、氣體和固 體以及它們的組合。例如，流體可包括水/油混合物、水/油/氣混合物或類似物。第一流體室可適于接收待處理的流體，并將該流體與夾帶氣體分配到第二流體 室，以在該室內(nèi)處理流體。第一流體室因此可限定分配室，并且第二室可限定處理室。第二處理室可適于容納流體的分離處理。分離處理可適于影響流體成分的分離， 比如不同濃度、化學特性、相位等等的成分。有利地是，夾帶入進入第二室的流體可增強流 體分離。本發(fā)明處理可包括浮選分離處理。在一個實施例中，第二流體室可適于適應(yīng)分離處理，以影響礦物油和任意的氣體 自水中的分離，比如由地下碳氫化合物儲液池所產(chǎn)生的水。在此配置中，氣體夾帶入來自第 一流體室的液體可有助于油的浮選。油可被撇開或者在第二流體室內(nèi)自水的表面移除。另 外地，從水中釋放的氣體可被收集。有利地是，提供至少一個噴嘴組件以便于氣體夾帶入待處理的流體可消除提供外 部設(shè)備的需求，比如與現(xiàn)有技術(shù)配置相關(guān)的氣化器、混合器、泵、壓縮機等等。然而，在本發(fā) 明的實施例中，可能希望使用這種外部或附加設(shè)備。此外，至少一個噴嘴組件可適于將已經(jīng) 混合有氣體的流體連通到第二流體室。因此，流體在第二室內(nèi)的駐留時間可以大體上完整 地用來處理流體，例如進行流體內(nèi)成分的分離。因而，這不同于現(xiàn)有技術(shù)的配置。在現(xiàn)有技 術(shù)中，駐留時間必須適應(yīng)足夠的氣體/流體混合。流體容器可垂直地配置。該配置可有助于最小化流體處理設(shè)備的覆蓋區(qū)，這在近 岸應(yīng)用中尤其有利?？蓚溥x地，流體容器可水平地布置。進一步備選地是，流體容器可傾斜 布置。第一和第二流體室可在容器內(nèi)布置成彼此相鄰?？蓚溥x地是，第一和第二室可分 隔地布置在容器內(nèi)。第一和第二流體室可在容器內(nèi)垂直地布置。就是說，一個室可至少部 分地布置在另一個室的上方。在一個實施例中，第一室可至少部分地布置在第二室一部分 的上方。這就可便于流體在室之間的重力自流進料。二者擇一地或另外地，第一和第二室可水平地布置在容器內(nèi)。就是說，一個室可至 少部分地布置在另一個室的旁邊。設(shè)備可包括適于至少部分地分隔第一和第二室的隔板。隔板可將容器分成至少第 一和第二流體室。隔板可包括板或類似物，并且可具有任何適宜的形狀，比如大體上圓形、 環(huán)形、方形、長方形等等。隔板可緊固到容器的內(nèi)表面，例如通過焊接、法蘭連接、螺栓、干涉 配合等等，或者它們的任何適宜組合。隔板可形成為單一部件，或可由多個部件形成。隔板可限定壁部或第一和第二室的一個或多個的邊界。隔板限定一個或兩個室的 底部。隔板可限定一個或兩個室的頂篷或上部區(qū)域。在本發(fā)明的一個實施例中，隔板可限 定第一室的底部或第二室的頂篷。至少一個噴嘴組件可適于延伸通過隔板。該至少一個噴嘴組件可緊固到隔板，使 得隔板為至少一個噴嘴組件提供支撐。該至少一個噴嘴組件可包括限定流體端口的第一流體管路，該端口適于允許待處 理的流體從第一流體室連通到第一流體管路。流體端口可設(shè)定在第一流體室的底部區(qū)域。 可備選地是，流體端口可設(shè)定在相對于第一流體室的底部區(qū)域的凸起位置。在此布置中，流 體端口的凸起位置可允許噴嘴組件僅在待處理流體的預(yù)定頭部存在于第一流體室時是可操作的。該布置可有助于允許優(yōu)選的流速以及第一和第二室之間獲得的流動范圍。第一流 體管路可整個容納在容器內(nèi)?？蓚溥x地，第一流體管路的至少一部分可延伸到容器的外部。該至少一個噴嘴組件可包括第二流體管路，該第二流體管路適于允許來自氣源的 氣體連通到噴嘴組件的至少一部分。這樣，來自氣源的氣體可夾帶入待處理的流體。氣源可包括容納在容器內(nèi)的氣體，并且可包括容納在第一和第二流體室中的一個 或兩個中的氣體。在此配置中，第二流體管路可限定對第一和第二流體室中的一個或兩個 的氣體充滿區(qū)域開口的流體端口。氣體可包括自待處理流體釋放的氣體?？蓚溥x地，氣體 可包括自外部源提供的氣體。第二流體管路可直接聯(lián)接到外部氣源。第二流體管路可整個包含在容器內(nèi)?？蓚溥x地，第二流體管路的至少一部分可延 伸在容器的外部。至少一個噴嘴組件可包括與第一和第二流體管路中的一個或兩個流體連通的排 泄管。排泄管的至少一部分可有助于經(jīng)由第一流體管路傳送的流體與經(jīng)由第二流體管路傳 送的氣體混合或摻合。在此布置中，排泄管中的紊亂和混合可將氣體配置成小氣泡，并使這 些氣泡與來自第一室的流體密切地混合。因此噴嘴組件可將流體送入第二室，該第二室包 含有利的氣泡分布，以便于在第二室內(nèi)進行后續(xù)的流體處理。排泄管可限定對第二流體室開口的流體出口，以允許氣體和流體混合物排泄到所 述第二室。排泄管的流體出口可適于至少部分地浸沒在第二流體室內(nèi)。排泄管可布置成將流體排入第二室的任何區(qū)域。在一個實施例中，排泄管可配置 成將流體排入第二室的外部區(qū)域。排泄管可定向成允許流體和氣體混合物以預(yù)定方向排泄入第二室。該布置可有助 于在第二流體室內(nèi)建立優(yōu)選的流體運動。在一個實施例中，排泄管可布置成在第二室內(nèi)建 立旋轉(zhuǎn)流動。旋轉(zhuǎn)流動可相對于第二室的中心軸線建立。第二流體室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流動可助于 其內(nèi)的流體處理。例如，旋轉(zhuǎn)流動可助于待處理流體內(nèi)的氣泡的優(yōu)選運動、排入到第二室的 排泄區(qū)域的流體成分的優(yōu)選運動等等。旋轉(zhuǎn)運動可擠壓已處理流體向出口的前向混合(就 是說，待處理流體的未成熟排泄)，并可改進駐留時間分布。排泄管可相對于第二室的中心軸線傾斜地(即非平行)布置。排泄管可傾斜地布 置成將流體排入第二室的外部區(qū)域中，有利地是在所述第二室內(nèi)啟動旋轉(zhuǎn)流動。排泄管可 適于以平行第二流體室的第一速度分量排泄流體，以及以垂直于中心軸線的第二速度分量 (即與容器中心軸線相一致的圓點的圓相切)排泄流體。設(shè)備可包括多個噴嘴組件。多個噴嘴組件的至少一個可類似于上述的至少一個噴 嘴組件。噴嘴組件可相對于第一流體室以環(huán)形配置。然而，可使用其他配置。例如，噴嘴組 件可布置成大體上符合容器的外圍外形，其可能不是圓。各噴嘴可適于在第一流體室內(nèi)以大體上相同的流體頭部范圍操作。例如，各噴嘴 組件可包括適于允許與容納在第一流體室內(nèi)的流體相連通的流體端口，其中流體端口可相 對于第一流體室的底部區(qū)域以大體上相同的高度布置。因此，當?shù)谝涣黧w室內(nèi)的頭部即流 體水平降落在流體端口的水平之下時，所有的噴嘴將歸為無效，直至足夠的頭部被重新建 立為止。
可備選地，多個噴嘴組件的至少一個可適于在第一流體室內(nèi)以不同于多個噴嘴組 件的至少另一個的流體頭部操作。例如，至少兩個噴嘴組件可包括各自的流體端口，其適于 允許與容納在第一流體室內(nèi)的流體連通，其中，流體端口可相對于第一流體室的底部區(qū)域 以不同的相對高度布置。因此，在此布置中，如果第一流體室內(nèi)的流體頭部開始下降，例如 通過入口的流速降低，噴嘴組件繼而將根據(jù)各自流體端口的高度被歸為無效。因此可使用 該布置來維持通過噴嘴組件進入第二流體室的流體的優(yōu)選速度范圍?？筛鶕?jù)第二流體室內(nèi) 的所需流動來選擇優(yōu)選速度范圍。在此布置中，在整個速度范圍為提供一定程度的控制可 有助于在第二室內(nèi)維持優(yōu)選的流動模式(例如，轉(zhuǎn)動的)，這就減少了通過入口到第一室的 流量變化效果。也可選擇優(yōu)選的速度范圍以維持夾帶在流體內(nèi)的氣體的比例以及它們的混合，而 這種混合以預(yù)定值發(fā)生在排泄管內(nèi)。設(shè)備可選地包括置于第二室內(nèi)的偏轉(zhuǎn)器裝置。偏轉(zhuǎn)器裝置可配置成最小化第二室 內(nèi)的流體的前向混合。偏轉(zhuǎn)器裝置可置于第二室的壁表面附近。偏轉(zhuǎn)器裝置可位于至少一 個噴嘴組件的區(qū)域內(nèi)。偏轉(zhuǎn)器裝置可配置成使附帶在壁面的流體自噴嘴組件偏移。偏轉(zhuǎn)器裝置可在感興趣的區(qū)域限定連續(xù)的流體擋板。可備選地，偏轉(zhuǎn)器裝置可限 定離散的擋板。這可允許固體顆粒以及可聚集在偏轉(zhuǎn)器裝置上的類似物釋放。偏轉(zhuǎn)器裝置 可包括孔或類似物。一個或多個孔可限定在偏轉(zhuǎn)器裝置的表面內(nèi)。一個或多個孔可限定在 偏轉(zhuǎn)器裝置的邊緣表面和第二室的壁面之間。偏轉(zhuǎn)器裝置可被調(diào)整為大體上垂直于第二室的壁面。偏轉(zhuǎn)器裝置可相對于第二室 的壁面傾斜地對齊。流體通道可設(shè)定在第一和第二室之間以允許流體在兩室之間連通，優(yōu)選地在兩個 方向上連通。流體通道可容納在容器內(nèi)?？蓚溥x地或另外地，流體通道的一部分可延伸在容 器的外部。流體通道可適于允許流體在第一和第二室之間與氣體連通。在一個實施例中， 流體通道可適于允許流體與從第二流體室進入第一流體室的氣體連通。該氣體可包括自第 二室內(nèi)的正被處理的流體釋放的氣體?？蓚溥x地或另外地，氣體可包括從外部源供應(yīng)的氣 體。流體通道可備選地或另外地適于與第一和第二流體室之間的氣體、固體或類似物連通。流體通道可與容器中心地或同中心地設(shè)置?？稍O(shè)定單個流體通道，或者設(shè)定多個 流體通道。流體通道可延伸通過分隔第一和第二室的隔板。流體通道可由自隔板的表面延 伸的壁限定。在此布置中，壁可限定具有第一流體室的內(nèi)壁表面的環(huán)形區(qū)域，其中所述環(huán)形 區(qū)域適于接收自容器流體入口來的待處理流體。至少一個噴嘴組件可置于環(huán)形區(qū)域內(nèi)。第一流體室可包括分配器組件，該分配器組件適于接收經(jīng)由流體入口進入第一室 的流體。分配器組件可適于驅(qū)散引入流體的動量。分配器組件可適于將流體分散到至少一 個噴嘴組件，同時最小化紊流。分配器組件可包括適于接收來自流體入口的流體的箱形結(jié) 構(gòu)。箱形結(jié)構(gòu)可包括允許流體自所述結(jié)構(gòu)連通的穿孔區(qū)域。設(shè)備可包括一個或多個流體出口以允許處理后的流體或流體成分自容器排出。流 體出口可設(shè)定在第一和第二流體室中的一個或兩個內(nèi)。在一個實施例中，設(shè)備可包括第一 流體出口，該第一流體出口適于允許第一流體(比如液體)成分的主要部分，例如水排出。 第一流體出口可置于第二室內(nèi)，并可置于第二室的下部區(qū)域內(nèi)。設(shè)備可進一步包括第二流體出口，該第二流體出口適于允許第二流體(比如液體)成分的主要部分，例如油排出。第二流體出口可置于第二流體室之內(nèi)，并且第二流體 出口可置于第二室的上部區(qū)域內(nèi)，或者可備選地或另外地置于流體室的下部區(qū)域內(nèi)，并且/ 或者置于下部區(qū)域和上部區(qū)域之間的任何位置。設(shè)備可進一步包括第三流體出口，該第三流體出口適于允許第三流體(比如氣 體)成分的主要部分，例如烴氣排出。第三流體出口可置于第一流體室之內(nèi)，并且可置于第 一室的上部區(qū)域內(nèi)。至少一個流體出口可包括裝置，該裝置適于大體上消除或至少最小化流過該裝置 的渦流。設(shè)備可進一步包括撇沫裝置，該撇沫裝置適于從正被處理的流體表面撇去成分。 撇去的成分可包括油。可使用傳統(tǒng)的撇沫裝置。第二流體室可適于從第一流體室接收流體。因此，在此布置中，整個體積的待處理 流體流過第一流體室?？蓚溥x地，第二流體室可適于從另一個源接收流體。被處理流體在第一和第二流體室之間的連通可通過至少一個噴嘴組件專有地獲 得。可備選地，流體連通可另外通過其他方法獲得。至少一個噴嘴組件可允許流體處理劑的添加物進入被處理的流體，該流體處理劑 可包括PH中和器、凝聚劑或類似物。至少一個噴嘴組件可包括噴射器。該容器可包括含有第一和第二流體室的單容器。容器可包括閉合容器。可備選地， 容器可包括敞口容器，例如頂部開口，使得容器的至少一部分可暴露于環(huán)境大氣下。設(shè)備可包括適于從第二流體室接收流體以用于進一步處理的第三流體室。從第二 流體室到第三流體室的流體連通可經(jīng)由至少一個噴嘴組件提供。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種處理流體的方法，所述方法包括如下的步驟限 定第一和第二流體室；將待處理的流體送入第一流體室；通過適于將所述流體與氣體混合 的至少一個噴嘴組件從第一流體室流出流體；并且將流體自至少一個噴嘴組件排泄入第二 流體室，以便在第二流體室內(nèi)進一步處理。流體可在第二室內(nèi)處理，并隨后從該室排出，其中氣體在至少一個噴嘴內(nèi)與流體 的混合便于或有助于在第二流體室內(nèi)的后續(xù)處理。浮選處理可設(shè)定在第二流體室內(nèi)。用來執(zhí)行方法的設(shè)備可設(shè)定在根據(jù)第一方面的設(shè)備內(nèi)，并且操作所述設(shè)備的方法 應(yīng)當理解為應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種流體處理設(shè)備，其包括第一流體室；第二流 體室；用于將待處理流體傳送入第一流體室的流體入口 ；以及延伸在第一和第二流體室之 間的至少一個噴嘴組件，以提供第一流體室和第二流體室之間的流體連通，其中，所述噴嘴 組件適于促進氣體與所述流體的混合。第一流體室和第二流體室可設(shè)定在單容器內(nèi)。容器可被關(guān)閉或者可備選地可向空 氣敞開。可備選地，第一和第二流體室可限定在各個容器內(nèi)。至少其中一個容器可被關(guān)閉。 至少其中一個容器可向大氣敞開。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種流體處理設(shè)備，其包括適于從流體源接收待處 理流體的流體處理容器；設(shè)定在流體處理容器和流體源之間的至少一個噴嘴組件，其中，來 自流體源的流體適于在進入流體處理容器之前流過至少一個噴嘴組件，并且其中，至少一個噴嘴組件適于將氣體與流體混合。因此，整個體積的流體在進入流體處理容器之前與氣體混合。因而，流體在流體處 理容器內(nèi)的駐留時間可整個用來處理流體。這和在流體處理容器內(nèi)執(zhí)行氣體混合的現(xiàn)有技 術(shù)裝置是不同的。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于將待處理流體分布在第一流體室和第二 流體室之間的噴嘴裝置，所述噴嘴裝置包括第一噴嘴組件，其包括延伸在第一和第二流體 室之間的第一流體管路，其中第一流體管路包括提供與第一流體室連通的第一流體端口 ； 以及第二噴嘴組件，其包括延伸在第一和第二流體室之間的第二流體管路，其中第二流體 管路包括提供與第一流體室連通的第二流體端口 ；其中，第一和第二流體端口相對于第一 流體室的底部具有不同的高度，以便于在所述第一流體室內(nèi)以不同的流體頭部范圍操作第 一和第二噴嘴組件。該布置從而可允許分配到第二流體室的流體的優(yōu)選速度范圍，而不管進入第一流 體室的液體的流速。第一和第二噴嘴組件可適于促進氣體與所述流體的混合。第一和第二噴嘴組件可 促進氣體傳送入所述流體。第一和第二噴嘴組件的每一個都可包括進一步的流體管路，該流體管路適于允許 來自氣源的氣體連通到各噴嘴組件的一部分。第一和第二噴嘴組件的每一個都可包括限定到第二流體室的流體出口的排泄管。 第一和第二噴嘴組件的排泄管可布置成在第二室內(nèi)建立旋轉(zhuǎn)流動。應(yīng)當理解的是，盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的不同方面，涉及一個方面的特征可應(yīng)用 到一個或多個其他方面。


本發(fā)明的完整而能夠?qū)嵤┑墓_，包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員的最佳模式，在說明書 的剩余部分尤其得到提出，包括參考附圖，其中現(xiàn)在將參考附加圖形描述的示例描述本發(fā)明的這些和其他方面，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的流體處理設(shè)備的縱向橫截面試圖；圖2是上室區(qū)域內(nèi)的設(shè)備的橫向橫截面試圖；圖3是圖1所示的設(shè)備的入口區(qū)域的放大試圖；圖4是圖1的設(shè)備內(nèi)的預(yù)期流動模式的圖形表示；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴嘴組件的橫截面視圖，該噴嘴組件適于用在圖 1的設(shè)備中；圖6是根據(jù)本發(fā)明備選實施例的噴嘴組件的橫截面視圖，該噴嘴組件適于用在圖 1的設(shè)備中；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明備選實施例的流體處理設(shè)備的圖形表示。
具體實施例方式首先參考圖形中的圖1和圖2，其中示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的流體處理設(shè)備的 橫截面視圖，其一般地以參考數(shù)字10表示。設(shè)備10在圖1中以縱向橫截面表示，在圖2中以橫向橫截面表示。流體處理設(shè)備10可用于多個應(yīng)用中。然而，在本實施例中，設(shè)備10用 來處理自包括油和氣的地下儲液池產(chǎn)生的水。如下文進一步所描述的那樣，設(shè)備10適于通 過浮選隔離將油和氣自采出水分離。設(shè)備10因而可被描述為緊湊浮選元件(CFU)。設(shè)備10包括垂直布置的大體上圓柱形容器，其限定第一或上流體室14和第二或 下流體室16。上和下流體室被緊固到容器12的內(nèi)壁表面的隔板18所隔開。隔板限定上室 14的底部以及下室16的頂篷。流體通道20延伸在上和下室14、16之間，并由自隔板18直立的壁部22限定。壁 部22與容器12的內(nèi)壁表面一起在上室14內(nèi)限定大體上環(huán)形的區(qū)域或通道M。如下文進 一步詳細討論的那樣，流體通道20允許氣體在上和下室14、16之間連通。流體入口形成在容器12的側(cè)壁內(nèi)，并在使用中將待處理的采出水送入上流體室 14，并且尤其是環(huán)形區(qū)域?qū)?。分配器組件觀設(shè)定在上室14內(nèi)并布置成接收經(jīng)由入口對進 入的采出水。在圖2中并在圖3的放大視圖中最清楚地顯示的分配器組件觀具有由隔板 18、壁部22、容器12的內(nèi)壁部、多孔側(cè)板30和實心蓋(僅在圖3中示出)所限定的箱的形 式。因而，經(jīng)由入口沈進入上室14的采出水將首先容納到分配器組件觀，然后通過多孔側(cè) 板30分配到圓形區(qū)域M。分配器組件觀用來驅(qū)散引入采出水的動量，并以最小的擾動將 這些分配到環(huán)形區(qū)域4，防止或最小化水通過通道20疏忽噴灑或泄漏到下室16的風險。設(shè)備10進一步包括多個噴嘴組件或噴射器34，該噴嘴器34為來自上室14的環(huán)形 區(qū)域M的采出水到下室16提供流體連通。因而，上室14經(jīng)由流體入口沈接收采出水，并 繼而通過噴嘴組件34將其分配到下室16。采出水然后在下室16內(nèi)經(jīng)受浮選處理。因此， 上流體室14可限定分配室，并且下流體室可限定處理室。各噴嘴組件34便于氣體夾帶入流過噴嘴組件的采出水。氣體自上室14的頭部區(qū) 域36夾帶入，并且各噴嘴組件34內(nèi)的紊亂和混合將夾帶氣配置成小氣泡，并使這些氣泡在 采出水排泄到下室16之前與采出水密切地配合。因而，噴嘴組件34將采出水以有利得氣 泡分布送入下室16，以便后續(xù)的流體處理。這是由其有利的，因為水在下室16內(nèi)的后續(xù)駐 留時間可專有地使用，以便于浮選處理以及將油和氣體自水中分離。這和現(xiàn)有技術(shù)的裝置 明顯不同，在現(xiàn)有技術(shù)裝置中，氣體的混合發(fā)生在浮選室內(nèi)，因而駐留時間必須適應(yīng)氣體混 合和浮選分離。噴嘴組件34的形式將在下文進行更詳細的討論。一旦采出水進入下室16，水和油將自然地開始分離，油趨于漂浮到水的表面。氣泡 在采出水內(nèi)的良好分布增強了該分離效果，因為氣泡粘附到水內(nèi)的油滴，并有助于油的接 合和浮選。一旦到達水的表面，氣泡將釋放到下室16的上部區(qū)域90，并且隨后通過通道20 流入上室14的頭部區(qū)域36。因此，自采出水釋放的氣體可補充頭部區(qū)域36，以維持足夠體 積的氣體，以通過噴嘴34夾帶入引入的采出水中。設(shè)備10進一步包括第一出口 38，其形成在下室16的下部區(qū)域內(nèi)并適于促進處理 水的排放。擋板40和防渦器42也存在于下室16的下部區(qū)域內(nèi)，并適于防止氣泡與處理水 一起排泄通過第一出口 38。如圖1所示，擋板40同中心地置于容器12上，并且具有大約為 容器12的內(nèi)直徑的80%至95%的直徑。撇沫設(shè)備44設(shè)定在下室16的上部區(qū)域內(nèi)，并適于從水的表面撇開油。撇沫油通 過管46排出，并最終通過形成在容器的側(cè)面內(nèi)的隔板18之上的第二出口 48排出。容器12被有利地維持在略微大于大氣壓力的壓力值，以驅(qū)動撇沫油向上地通過管46，朝向第二出 口 48。油然后可按需求進行收集和處理。在備選配置中，管46可自撇沫設(shè)備44向下地延 伸，并通過容器12的下部區(qū)域內(nèi)的出口排泄，例如從擋板40下的底部區(qū)域排出。撇沫設(shè)備44是自平衡的，使得上部撇沫區(qū)域50被保持在相對于下室16內(nèi)的水面 /油面的預(yù)定位置，以保持油的有效撇沫。第三出口 52設(shè)定在上室14的上部區(qū)域內(nèi)，并允許頭部區(qū)域36內(nèi)的氣體自容器12 排出。氣體可被收集、閃燒、再循環(huán)等等。出口 52也可起入口作用，以允許氣體供應(yīng)到容器 12。在本實施例中，噴嘴34包括排泄管M，該排泄管討部分地浸沒在下室16內(nèi)的采 出水內(nèi)，并以共用方向布置，以相對于容器12向下滴并周向地排出采出水。該布置影響水 在下室16內(nèi)的轉(zhuǎn)動，這就有利地助于其內(nèi)的流體處理，在流體內(nèi)提供優(yōu)選的氣泡運動，并 將油漂浮到撇沫設(shè)備44。同樣，采出水的轉(zhuǎn)動助于防止水穿過下室16，而不會允許用于氣 泡和油滴的足夠時間，以從水中分離。以環(huán)形擋板55形式存在的偏轉(zhuǎn)器裝置可在噴嘴組件34的排泄管M下的區(qū)域內(nèi) 任意地緊固在下室16的壁上或與下室16的壁一體形成。在使用中，擋板55使流體的向下 速度分量最小化，以助于流體的前向混合最小化。盡管未能示出，擋板55包括多個布置成允許任何固體物質(zhì)(可聚集在擋板的上表 面)釋放的孔?，F(xiàn)在參考圖形中的圖4，該圖示出了容器12內(nèi)的預(yù)期流動模式的圖形表示。示出 在圖2中的容器12的左手側(cè)圖示了預(yù)期的水二次流樣式，并且右手側(cè)示出了下室16內(nèi)的 預(yù)期氣泡軌跡。應(yīng)當理解的是，為了清楚，在圖4中沒有描述流體繞容器12的縱向軸線的 主旋轉(zhuǎn)運動。此外，圖1所示的可選擇性環(huán)形擋板55在圖4中未被示出。橫向循環(huán)回路60(回路1)由自噴嘴組件34排出的快速升到表面的大氣泡62驅(qū) 動。循環(huán)回路60確信液體表面上的流動朝向撇沫組件44，使得分離的油64可在此方向上 攜帶。縱向循環(huán)回路66(回路幻由擋板40上的液體邊界層68內(nèi)的內(nèi)向流動驅(qū)動。循環(huán) 回路66捕獲小氣泡70 (在主要的水流之外具有向下的軌跡)，并將小氣泡擁向中心，然后向 上地朝向表面以被循環(huán)回路60捕獲。因而，小氣泡70必須穿過循環(huán)回路60，以最終到達表 面，和/或結(jié)合到更大的氣泡。噴嘴組件34形狀的詳細描述將參考圖5進行描述，其中，噴嘴組件34示出了截面 視圖。組件34包括第一流體管路72，該管路72向上延伸并限定流體入口端口 74。第一管 路的較低末端緊固到傾斜的排泄管M。第一流體端口 74允許環(huán)形區(qū)域M內(nèi)的采出水(見 圖1)流入第一管路72，從而進入排泄管M。凸緣78緊固到第一流體管路72并允許噴嘴 組件34緊固到分隔上、下室14、16的隔板18(見圖1)。組件34也包括延伸通過第一流體管路72的第二流體管路80。第二流體管路80 限定向頭部區(qū)域36敞開的上流體端口 82(見圖1)。第二管路80的較低末端在排泄管M 的區(qū)域內(nèi)是敞開的。因此在使用中，流過第一流體管路72的水將使氣體從頭部區(qū)域36從第二流體管 路80夾帶入，并繼而在排泄管M內(nèi)混合，從而在通過出口 48排入下室16之前建立好的氣 泡分布。
第一流體管路72的流體端口 74的高度將指示環(huán)形區(qū)域M內(nèi)的流體頭部，這是噴 嘴組件34操作所需要的。該可操作的頭部可以變化，并通過緊固到或與第一流體管路72 一體形成的所需長度的延伸管86的提供而被預(yù)選擇。例如，噴嘴組件34的可操作頭部可 在400-500毫米的區(qū)域內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施例中，可操作的頭部可對于所有設(shè)定在設(shè)備內(nèi)的噴嘴組件34 是等同的。然而，在備選實施例中，通過在不同的高度上布置各自的流體端口 74，一個或多 個噴嘴組件34可具有不同的操作頭部。因而，在此布置中，如果上室14的環(huán)形區(qū)域M內(nèi) 的流體頭部或水平開始下降，例如因通過入口 26的流速減低而引起的，噴嘴組件34繼而將 根據(jù)各自的流體端口 74的高度而歸為無效，直至穿過減少數(shù)目的操作噴嘴組件34進入第 二室16的流動匹配自入口沈進入環(huán)形區(qū)域M的流動為止。從而，該配置可用來維持排泄 流體(通過排泄管M的出口 84進入第二流體室16)的優(yōu)選速度范圍。優(yōu)選的速度范圍可 根據(jù)第二流體室16內(nèi)的所需流動而進行選擇。例如，流體排泄速度的范圍可必需要建立和 維持下室內(nèi)的轉(zhuǎn)動流動。也可選擇優(yōu)選的速度范圍以維持夾帶在流體內(nèi)的氣體的比例，并 且維持優(yōu)選值內(nèi)的發(fā)生在排泄管內(nèi)的流體和氣體的混合。可用于圖1中首先所示的設(shè)備10的噴嘴組件3 的備選實施例在圖6中示出，現(xiàn) 在參考圖6。圖6的組件3 類似于圖5中的組件34，如此一來，相同的部件共享相同的參 考數(shù)字，但后面跟著字母“a”。如所注意的，噴嘴組件34a類似于組件34，因此包括限定流 體端口 74a的第一流體管路7 和限定流體端口 8 的第二流體管路80a。然而，在此實 施例中，第二流體管路80a的流體端口 82a向下室16的頭部區(qū)域90內(nèi)敞開(見圖1)。因 而，來自頭部區(qū)域90的氣體可在經(jīng)由出口 8 排入下室16之前由排泄管Ma內(nèi)的采出水 夾帶并與其混合。盡管未被示出，噴嘴組件3 可包括延伸管，其類似于圖5所示示例的管 86。根據(jù)本發(fā)明的備選實施例的流體處理設(shè)備將參考圖7進行描述。一般地以參考數(shù) 字110表示的流體處理設(shè)備類似于圖1中首次顯示的設(shè)備10，同樣地，相同的特征共享相同 的參考數(shù)字，并增加100。因而設(shè)備110包括容器112，在這種情況下，容器112是水平布置的。由隔板118隔 離的第一和第二流體室114、116被限定在容器12內(nèi)。流體通道120設(shè)定在第一和第二流體 室114、116之間，以允許氣體在它們之間的通過。流體入口 1 將采出水送入第一室114， 并且多個噴嘴組件134設(shè)定用來允許來自第一室114的采出水連通，并送入第二室116。噴 嘴組件134便于氣體在第一室114的頭部區(qū)域136內(nèi)或第二室116的頭部區(qū)域90內(nèi)夾帶 入采出水中。因而，該布置在采出水被排入第二室116之前在采出水內(nèi)提供氣泡的良好混 合和分布。采出水然后可在第二室116內(nèi)駐留一段時間，使得水內(nèi)的氣體和油可漂浮到水的 表面，同時水以大體上左-到-右的方向移動。穿孔擋板92，優(yōu)選地至少兩個，設(shè)定在第二 室116內(nèi)，以抑制水的逆向混合。明顯減少了氣體和油含量的處理水可經(jīng)由第一出口 138排出。漂浮油可通過撇沫 組件144自水的表面撇開，并隨后經(jīng)由第二出口 148排出。自水中釋放的氣體可經(jīng)由第三 出口 152排出。應(yīng)當理解的是，本文所描述的實施例是示例性的，并且可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下做出不同的改進。例如，上述的本發(fā)明的特征可用于在單獨的容器中設(shè)定第一和第 二室的情況。在此布置中，通過將待處理的水穿過噴嘴組件，以便在水排入第二流體室用于 處理之前在水內(nèi)獲得好的混合和氣泡分布，仍然可獲得本發(fā)明的好處。在其他實施例中，第 一室可無需流體，并且自源頭來的流體可直接供應(yīng)到至少一個噴嘴組件，以便被排入流體
處理室。此外，在所描述的實施例中，不同的管路和通道設(shè)定并位于容器的內(nèi)部。然而，這 種管路和通道可整個或至少部分地在容器內(nèi)延伸。另外，設(shè)備可包括第三流體室，該第三流體室適于從第二流體室接收流體，以便進 一步的處理。從第二流體室到第三流體室的流體連通可經(jīng)由至少一個噴嘴組件提供。此外，被待處理的流體夾帶的氣體可由外部源提供。容器可向大氣敞開。盡管噴嘴組件布置成將氣體夾帶入被處理的流體，在備選實施例中，噴嘴組件的 至少一個可適于允許氣體噴射到或傳送到待處理的流體中。
權(quán)利要求
1.一種流體處理設(shè)備，包括流體容器；限定在流體容器內(nèi)的第一和第二流體室；用來將待處理的流體傳送到第一流體室的流體入口 ；以及至少一個噴嘴組件，其提供第一流體室到第二流體室的流體連通，其特征在于，所述噴 嘴組件適于促進氣體與所述流體混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述至少一個噴嘴組件利于氣 體夾帶入所述流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，第二流體室可適于容納其內(nèi) 的流體的分離處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的流體處理設(shè)備，進一步包括適于至少部分地分隔第一 流體室和第二流體室的隔板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述至少一個噴嘴組件適于延 伸通過隔板。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述至少一個噴嘴 組件包括限定流體端口的第一流體管路，該流體端口適于允許待處理的流體從第一流體室 連通到第一流體管路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述流體端口設(shè)定在相對于第 一流體室的底部區(qū)域的凸起位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述至少一個噴嘴組件包括 第二流體管路，該第二流體管路適于允許來自氣源的氣體連通到噴嘴組件的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述氣源包括容納在容器內(nèi)的 氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述氣源包括自待處理流 體釋放的氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9或10所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述氣源包括自容器 的外部提供的氣體。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述至少一個噴嘴 組件包括排泄管，該排泄管限定向第二流體室開口的流體出口開口。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述排泄管可配置成在第二 室內(nèi)建立旋轉(zhuǎn)流動。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，包括多個噴嘴組件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述多個噴嘴組件的至少一 個可適于在第一流體室內(nèi)以不同于多個噴嘴組件的至少另一個的流體頭部操作。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，進一步包括第一和第二室之間 的流體通道，以允許流體在兩室之間連通。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述流體通道適于允許氣體 從第二流體室進入第一流體室的流體連通。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述流體通道延伸通過分隔第一和第二室的隔板。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述流體通道由自隔板的表 面延伸的壁限定。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述壁限定第一室的壁部。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，進一步包括分配器組件，該分配 器組件適于接收經(jīng)由流體入口進入第一室的流體。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，進一步包括一個或多個流體出 口，以允許處理后的流體或流體成分自容器排出。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，所述第二流體室適 于僅從第一流體室接收流體。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，其特征在于，被處理流體在第一 和第二流體室之間的連通可通過至少一個噴嘴組件專有地獲得。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體處理設(shè)備，進一步包括置于第二室內(nèi)的偏 轉(zhuǎn)器裝置，以便助于最小化被處理流體的前向混合。
26.—種處理流體的方法，所述方法包括如下的步驟限定第一和第二流體室；將待處理的流體送入第一流體室；通過適于將所述流體與氣體混合的至少一個噴嘴組件從第一流體室流出流體；以及將流體自至少一個噴嘴組件排入第二流體室，以便在第二流體室內(nèi)進行進一步的處理。
27.一種用于將待處理流體分布在第一流體室和第二流體室之間的噴嘴裝置，所述噴 嘴裝置包括第一噴嘴組件，其包括延伸在第一和第二流體室之間的第一流體管路，其中第一流體 管路包括提供與第一流體室連通的第一流體端口 ；以及第二噴嘴組件，其包括延伸在第一和第二流體室之間的第二流體管路，其中第二流體 管路包括提供與第一流體室連通的第二流體端口；其特征在于，第一和第二流體端口相對于第一流體室的底部具有不同的高度，以便于 在所述第一流體室內(nèi)以不同的流體頭部范圍操作第一和第二噴嘴組件。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的噴嘴裝置，其特征在于，所述第一和第二噴嘴組件適于促 進氣體與所述流體的混合。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的噴嘴裝置，其特征在于，所述第一和第二噴嘴組件促進氣 體夾帶入所述流體。
30.根據(jù)權(quán)利要求沈至觀中任一項所述的噴嘴裝置，其特征在于，所述第一和第二噴 嘴組件中的每一個都包括進一步的流體管路，該流體管路適于允許來自氣源的氣體連通到 相應(yīng)噴嘴組件的一部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求沈至四中任一項所述的噴嘴裝置，其特征在于，所述第一和第二噴 嘴組件的每一個都包括限定到第二流體室的流體出口的排泄管。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的噴嘴裝置，其特征在于，所述第一和第二噴嘴組件的排泄 管配置成在第二室內(nèi)建立旋轉(zhuǎn)流動。
全文摘要
流體處理設(shè)備(10)包括具有第一和第二流體室(14，16)的流體容器(12)。流體入口(26)設(shè)定用來將待處理的流體傳送到第一流體室(14)。至少一個噴嘴組件(34)布置在第一和第二流體室(14，16)之間，以提供第一流體室(14)到第二流體室(16)的流體連通，其中，所述噴嘴組件(34)適于促進氣體與所述流體的混合。
文檔編號B03D1/26GK102083509SQ200980124891
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者K·W·澤韋林, N·E·蘭格 申請人:Vws西苑有限公司