(57)【要約】【課題】簡易な構成で、流量および気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高圧においても安全に、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器及びこれを用いた流量計測装置を提供すること。【解決手段】気液分離器１は、平面視において、胴部１３の内側面と、内筒５０の外側面とは同心円状となっており、入口配管２０は、平面視において、胴部１３の中心軸に向かって設けられ、ガイド板６０は、入口配管２０の方向から見た側面視において、少なくとも入口配管２０の一方の側方を覆い、非水平方向を長手方向とするガイド板側部６１と、入口配管２０の方向から見た側面視において、ガイド板側部６１から入口配管２０の真下を覆ってガイド板側部６１と連続して設けられ、非鉛直方向を長手方向とし、平面視において部分円環形状であるガイド板下部６２と、を有し、ガイド板下部６２と、胴部１３との間の少なくとも一部に空隙を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液多相流体を気体と液体とに分離する気液分離器であって、
頂部、底部及びその間を連結する中空型の胴部を有する容器と、
前記胴部の側面から前記気液多相流体を供給する入口配管と、
前記頂部から気体を排出する気体出口配管と、
前記底部から液体を排出する液体出口配管と、
上端が前記頂部に連結され、下端が前記入口配管の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒と、
前記内筒の外側面及び前記胴部の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板と、
を備え、
平面視において、前記胴部の内側面と、前記内筒の外側面とは同心円状となっており、
前記入口配管は、平面視において、前記胴部の中心軸に向かって設けられ、
前記ガイド板は、
前記入口配管の方向から見た側面視において、少なくとも前記入口配管の一方の側方を覆い、非水平方向を長手方向とするガイド板側部と、
前記入口配管の方向から見た側面視において、前記ガイド板側部から前記入口配管の真下を覆って前記ガイド板側部と連続して設けられ、非鉛直方向を長手方向とし、平面視において部分円環形状であるガイド板下部と、を有し、
前記ガイド板下部と、前記胴部との間の少なくとも一部に空隙を有する、気液分離器。
【請求項２】
請求項１に記載の気液分離器において、
前記ガイド板は、
前記内筒の外側面または前記胴部の内側面に設けられ、前記ガイド板側部を構成する第１ガイド板と、
前記内筒の外側面に設けられ、前記ガイド板下部を構成する第２ガイド板と、を含んで構成されている、気液分離器。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれかに記載の気液分離器において、
前記ガイド板下部は、前記入口配管の方向から見た側面視において、少なくとも前記ガイド板側部の真下から前記入口配管の真下となる部分では連続して前記胴部の内側面との間に空隙を有さない、気液分離器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の気液分離器において、
前記ガイド板下部の前記入口配管とは反対側の面と接する下部漏れ防止板を備え、
前記入口配管の方向から見た側面視において、前記ガイド板下部のうち少なくとも前記ガイド板側部の真下から前記入口配管の真下となる部分と、前記胴部との間が、前記下部漏れ防止板で塞がれている、気液分離器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の気液分離器において、
前記空隙の間隔が前記ガイド板側部の真下から遠くなるほど広くなっている、気液分離器。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の気液分離器において、
前記ガイド板側部の前記入口配管とは反対側の面と接する側部漏れ防止板を備え、
前記ガイド板側部と、前記胴部又は前記内筒との間が、前記側部漏れ防止板で塞がれている、気液分離器。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の気液分離器において、
前記容器内の前記内筒の下端よりも下方において、中心部に開口を有する板状に構成され、周囲が前記胴部の内側面に密着された状態で保持された板状部と、前記板状部の上方で前記開口と連通する筒状に構成された筒状部とを含んで構成された衝突バッフルを備えた、気液分離器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の気液分離器において、
前記液体出口配管と前記底部との連通部分の直上にボルテックスブレーカーを備えた、気液分離器。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の気液分離器において、
前記気体出口配管の途中に気体から液滴を分離する液滴分離器と、
液体出口配管の途中に液体から気泡を分離する気泡分離器と、
前記液滴分離器と前記気泡分離器とを接続する配管とが設けられた、気液分離器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の気液分離器と、
前記容器内の液面の高さを計測する液面計と、
前記液面計の計測結果に基づいて前記容器内の液面の高さを調節する液面調節手段と、
前記気体出口配管から排出される気体の流量を計測する気体流量計と、
前記液体出口配管から排出される液体の流量を計測する液体流量計と、
を備えた、流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型で高性能の気液分離器及びこれを用いた流量計測装置に関し、特に、油田から産出されるガス、原油、水からなる気液多相流体を気体と液体に分離する気液分離器及びこれを用いた流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田から汲み上げられた直後の流体は、原油以外にメタン、エタン、ブタン、ペンタン等のガスおよび塩水等の水を含む。さらに、砂等の固体の異物を含むこともある。したがって、原油をタンカーあるいはパイプラインによって効率よく輸送するためには、あらかじめガス、水および原油を分離するとともに、それぞれの流量を把握することが不可欠である。
【０００３】
ガスの分離には、石油業界では、主として気体の浮力を利用する分離タンク方式の気液分離器が使用されてきた。分離タンク方式の気液分離器は、大容量のタンクに原油を低速で十分な滞留時間を取って供給してこの間に液中からガスを浮上分離させるものであり、嵩高で重く、広い設置面積を必要とするが、陸上で使用する限り問題は少ない。しかし、洋上プラットホームにおいては、そのデッキの許容空間は限られているので、装置の寸法と重量の軽減は重要課題となり、分離タンク方式の気液分離器は、財務的に大きな負担をもたらす。
【０００４】
この問題を解消するために、気体と液体の流れに回転力を与えた場合に発生する両者の遠心力の差を利用して気液分離を行うサイクロン方式の気液分離器について数多くの提案がなされてきた。これは、垂直円筒の内壁に沿って気液多相流体を強制的に流通させて遠心力を生み出し、遠心力の大きい液体を壁際に寄せて重力降下させる一方、遠心力の小さい気体は内側に寄せて気液分離を図ることを基本とするものであり、分離タンク方式の気液分離器に比べて、軽量かつ省設置面積を特徴とする。
【０００５】
非特許文献１には、典型的なサイクロン方式の気液分離器が開示されている。図１７（ａ）は、非特許文献１の従来技術を示す子午面部分断面図、図１７（ｂ）は、非特許文献１の従来技術を示す水平断面図である。図１７（ａ）に示されるように、入口配管９００は垂直円筒９１０に向かって下降傾斜して接続し、図１７（ｂ）に示されるように、垂直円筒９１０の接線方向に取付けられている。この構造が入口配管９００に供給される気液多相流体に遠心力を与え、遠心力の大きい液体を内壁に沿わせて下降流を生み出して下部に誘導して取り出し、遠心力の小さい気体はサイクロン中央に集め上部より取り出すことを可能にする。これに加えて、入口配管９００の下降傾斜は、多相流に相分離をもたらす効果があり、サイクロン本体の気液分離負荷を軽減するとされる。
【０００６】
非特許文献１に示された気液分離器は、特定の流量においては優れた性能を発揮する。しかしながら、その流量の適正範囲は狭く、それから外れると分離効率が低下する欠点があり、このような条件下では、分離ガス中への液の随伴および分離液中へのガスの随伴を防止できない。例えば、油田から汲み上げられた直後のガスを含む原油の変動幅は５倍にも及ぶため、非特許文献１に示された気液分離器の上述の欠点は深刻な問題となる。
【０００７】
非特許文献１に示された気液分離器の上述の欠点を軽減する気液分離器の構造が、特許文献１に開示されている。ここで、注目すべき構造上の特徴は２点挙げられる。第１は垂直円筒内部に上端がガス出口配管に繋がり下端が入口配管の入口部からやや下のレベルで下方に開放された内筒を設けたことである。これが隔壁として作用し、流入した気液多相流体から分離気体へ液滴が随伴される現象が軽減される。第２は下部に水平に円板状バッフルプレートのボルテックスブレーカーを設けたことである。図１７（ａ）に示されるように、下降する旋回流はその内部に空洞を形成しそこで旋回する渦状の気体を下部に引き込むように作用するが、旋回流がボルテックスブレーカーに衝突することによりこの渦が破壊されるので液体への気体の随伴が軽減される。この結果、サイクロンに内筒とボルテックスブレーカーを加えた構造により、サイクロン方式の気液分離器における処理流体の流量の適用範囲が拡大される。
【０００８】
サイクロン方式の気液分離器はミストセパレーターとしても機能することが知られている。例えば、特許文献２には、気体中に分散する液滴を遠心力によって分離する気液分離器が開示されている。特許文献２に開示されている気液分離器は、特許文献１に開示されている気液分離器と同様に、内筒とバッフルプレートを備えるが、内筒は下方に伸び、バッフルプレートを突き抜けて下方に開放されている。バッフルプレートは内筒下部に接続されてリングを形成し外筒と円環状の間隙を形成する。ミストを含む気体は外筒側壁に接線方向に取付けられた入口配管から外筒内に流入し外筒内壁に沿って旋回流を形成しながら下降し、ミストを外筒内壁に捕捉させて液状とし内壁を伝って下方へ流下させ、液出口配管に至らしめる。気体は、バッフルプレートが形成する外筒内壁近傍の円環状間隙を下方へ通過後、反転して中央の内筒内を上昇しガス出口配管に至る。長い内筒とその下部に設けた外筒近傍まで広がるバッフルプレートが、ミストを含む気体が十分旋回しないままガス出口配管に短絡することを防止する。これにより、サイクロン方式の気液分離器の分離効率が高まる。
【０００９】
上記の３つの従来技術においては、いずれも入口配管を外筒の側部接線方向に取付けることにより旋回流を発生させているが、特許文献３は別の原理によって旋回流を発生させるサイクロン方式の気液分離器を開示している。特許文献３に開示されている気液分離器では、入口配管を外筒の側部接線方向ではなく中心軸に向けて接続して外筒と内筒が形成する円環部に開口させ、その開口近傍において円環部を板状のガイドにより１箇所縦に遮断することにより、流入する気泡を含む液体をこのガイドと反対側へ誘導して旋回流を発生させている。
【００１０】
さらに、特許文献４に開示されているサイクロン方式の気液分離器おいては、ガイドは縦のガイドだけではなく気液多相流体入口配管開口部の下面にも及んでいる。すなわち、特許文献４に開示されている気液分離器では、入口配管を外筒の中心軸に向けて接続して開口させ、流路空間を確保しつつ、その前面、上下面および目的とする旋回方向と反対側の面を完全に囲うことにより、入口配管から流入する気液多相流体をその旋回方向に誘導して旋回流を発生させている。
【００１１】
油田から汲み上げられた直後の気液多相流体の圧力は極めて高くかつ変動する。このため、気液分離器は設計に当たって耐圧が考慮される。非特許文献１、特許文献１及び特許文献２に開示されている気液分離器のように、入口配管が外筒の側部接線方向に接続されている構成と、特許文献３及び特許文献４に開示されている気液分離器のように、入口配管が、外筒の中心軸方向に接続されている構成とを比較すると、前者の構成は接続部に対称性がないため、内部の高圧流体に圧力変動があると、溶接部に偏荷重が繰り返し掛かり、疲労破壊をもたらす恐れがある。これに対して、後者の構成は接続部の形状に対称性があり、より安全である。
【００１２】
また、特許文献２に開示されている気液分離器が液滴（ミスト）が分散する気体を対象とするのとは対照的に、特許文献３に開示されている気液分離器は少量の気泡が分散する液体を対象としており、具体的にはオゾン水に混在する余剰オゾンをサイクロン方式により分離する気液分離器を開示している。このように、サイクロン方式の気液分離器は、種々の変形により、様々な気液混合比の気液多相流体にそれぞれ適した気液分離器として構成できる。
【００１３】
前述のように、原油をタンカーあるいはパイプラインによって効率よく輸送するためには、あらかじめガス、水および原油を分離するとともに、それぞれの流量を把握することが不可欠である。気液多相流体の流量測定には、含有流体を分離することなく直接行う方法も知られているが、気液分離器と組み合わせて分離後の気体と液体の流量を測定する方法の方が、一般的には信頼性がより高い。
【００１４】
特許文献５には、非特許文献１に記載されているような内部に構造物を有さない最も単純なサイクロン式の気液分離器を用い、この分離ガス出口配管にガスフローメーターを、この分離液出口配管にコリオリメーターを設置し、前者からはガス流量を、後者からは水と原油の流量を測定する多相流量計測装置が開示されている。
【００１５】
特許文献５に開示されている多相流量計測装置の計測精度は、気液分離器の分離性能に依存することとなる。しかしながら、前述のように、非特許文献１に記載の気液分離器はその流量の適正範囲が狭いので、供給されるガスを含む原油の流量の変動幅が５倍にも及ぶと気液の十分な分離が保証されない。このため、特許文献５に開示されている流量計測装置には、油田から汲み上げられた直後のガス、水及び原油の流量について安定した計測精度が得られないという欠点がある。そこで、特許文献５には、この気液分離器の欠点を補うため、気液分離器の下流に２つの気液分離配管を組み合わせる方式についても開示されている。
【００１６】
サイクロン方式の気液分離器について、これまで述べてきた従来技術の進展を総括すると以下のようになる。内部に構造物のない垂直円筒の側部接線方向に気液多相流体入口配管を接続し上部に分離気体出口配管、下部に分離液体出口配管を配置する最も単純な構造に始まって、上部ガス出口配管に繋がる内筒の設置および下部のバッフルプレートの設置により、広い流量範囲および広い気液割合で気液分離性能の向上が図られてきた。さらに、気液多相流体入口配管を外筒側部接線方向ではなく、外筒中心軸に向けて接続しその開口部においてガイドを設けて流入する気液多相流体を旋回流へと誘導することによっても側部接線方向に接続した場合と同様に気液多相流体に遠心力を付与させることができることがわかっている。この場合、両者を構造面で比較すると、安全性の観点から、中心軸方向に接続した構造が接線方向に接続した構造よりも優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第４，５９６，５８６号明細書
【特許文献２】特開２００１−２４６２１６号公報
【特許文献３】特開２０００−３１７２１２号公報
【特許文献４】米国特許第４，１８７，０８８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５２６，６８４号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】G. Joel Rodger、「Multiphase Flow Measurement Class 8110」、［online］、Colorado Experiment Engineering Station Inc.、［平成２２年２月９日検索］、インターネット〈 URL：http://www.ceesi.com/docs_library/events/ishm2002/Docs/8110.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
既に述べたように、非特許文献１、特許文献１、特許文献２及び特許文献５に開示されている気液分離器及び流量計測装置では、高圧における安全性の面では、特許文献３及び特許文献４に開示されている気液分離器よりも劣る。また、特許文献３に開示されている気液分離器では、油田から汲み上げられた直後の気液多相流体を気液分離するための十分な遠心力が得られない。また、特許文献４に開示されている気液分離器では、構造が複雑であり、気液多相流体の圧力損失も大きい。
【００２０】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、簡易な構成で、流量および気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高圧においても安全に、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器及びこれを用いた流量計測装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
（１）本発明に係る気液分離器は、
気液多相流体を気体と液体とに分離する気液分離器であって、
頂部、底部及びその間を連結する中空型の胴部を有する容器と、
前記胴部の側面から前記気液多相流体を供給する入口配管と、
前記頂部から気体を排出する気体出口配管と、
前記底部から液体を排出する液体出口配管と、
上端が前記頂部に連結され、下端が前記入口配管の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒と、
前記内筒の外側面及び前記胴部の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板と、
を備え、
平面視において、前記胴部の内側面と、前記内筒の外側面とは同心円状となっており、
前記入口配管は、平面視において、前記胴部の中心軸に向かって設けられ、
前記ガイド板は、
前記入口配管の方向から見た側面視において、少なくとも前記入口配管の一方の側方を覆い、非水平方向を長手方向とするガイド板側部と、
前記入口配管の方向から見た側面視において、前記ガイド板側部から前記入口配管の真下を覆って前記ガイド板側部と連続して設けられ、非鉛直方向を長手方向とし、平面視において部分円環形状であるガイド板下部と、を有し、
前記ガイド板下部と、前記胴部との間の少なくとも一部に空隙を有する。
【００２２】
本発明によれば、入口配管が、平面視において、胴部の中心軸に向かって設けられているため、入口配管と胴部との接合部分の機械的強度が増し、高圧においても安全に気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。
【００２３】
また、本発明によれば、ガイド板下部と、容器の胴部との間の少なくとも一部に空隙を有するように構成されているため、簡易な構成で、流量及び気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。
【００２４】
（２）この気液分離器は、
前記ガイド板は、
前記内筒の外側面または前記胴部の内側面に設けられ、前記ガイド板側部を構成する第１ガイド板と、
前記内筒の外側面に設けられ、前記ガイド板下部を構成する第２ガイド板と、を含んで構成されていいてもよい。
【００２５】
（３）この気液分離器は、
前記ガイド板下部は、前記入口配管の方向から見た側面視において、少なくとも前記ガイド板側部の真下から前記入口配管の真下となる部分では連続して前記胴部の内側面との間に空隙を有さないように構成されていてもよい。
【００２６】
これにより、入口配管付近では流体に対する遠心力を与え、入口配管から離れた位置では遠心力により容器の内側面側に移動した液体を空隙から効率良く流出させることができる。
【００２７】
（４）この気液分離器は、
前記ガイド板下部の前記入口配管とは反対側の面と接する下部漏れ防止板を備え、
前記入口配管の方向から見た側面視において、前記ガイド板下部のうち少なくとも前記ガイド板側部の真下から前記入口配管の真下となる部分と、前記胴部との間が、前記下部漏れ防止板で塞がれていてもよい。
【００２８】
下部漏れ防止板が備えられていることにより、加工により生じた容器の胴部とガイド板下部との隙間からの流体の漏れを防ぐことができる。これにより、入口配管付近では流体に対する遠心力を与え、入口配管から離れた位置では遠心力により容器の内側面側に移動した液体を空隙から効率良く流出させることができる。
【００２９】
（５）この気液分離器は、
前記空隙の間隔が前記ガイド板側部の真下から遠くなるほど広くなっていてもよい。
【００３０】
これにより、遠心力により容器の内側面側に移動した液体を空隙から効率良く流出させることができる。
【００３１】
（６）この気液分離器は、
前記ガイド板側部の前記入口配管とは反対側の面と接する側部漏れ防止板を備え、
前記ガイド板側部と、前記胴部又は前記内筒との間が、前記側部漏れ防止板で塞がれていてもよい。
【００３２】
側部漏れ防止板が備えられていることにより、加工により生じたガイド板側部と容器の胴部又は内筒との隙間からの流体の漏れを防ぐことができる。これにより、流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００３３】
（７）この気液分離器は、
前記容器内の前記内筒の下端よりも下方において、中心部に開口を有する板状に構成され、周囲が前記胴部の内側面に密着された状態で保持された板状部と、前記板状部の上方で前記開口と連通する筒状に構成された筒状部とを含んで構成された衝突バッフルを備えていてもよい。
【００３４】
これにより、流下する液体が液面と衝突する際に巻き込む気泡を効率良く放出させることができる。
【００３５】
（８）この気液分離器は、
前記液体出口配管と前記底部との連通部分の直上にボルテックスブレーカーを備えていてもよい。
【００３６】
これにより、中心が気体の渦で周囲が液体の渦となる流体の渦が破壊され、気体の渦が液体出口配管へ流入する液体に巻き込まれることが防止される。
【００３７】
（９）この気液分離器は、
前記気体出口配管の途中に気体から液滴を分離する液滴分離器と、
液体出口配管の途中に液体から気泡を分離する気泡分離器と、
前記液滴分離器と前記気泡分離器とを接続する配管とが設けられていてもよい。
【００３８】
これにより、液滴分離器で分離された液体を液体出口配管へ、気泡分離器で分離された気体を気体出口配管へ、それぞれ排出することができる。
【００３９】
（１０）本発明に係る流量計測装置は、
これらのいずれかの気液分離器と、
前記容器内の液面の高さを計測する液面計と、
前記液面計の計測結果に基づいて前記容器内の液面の高さを調節する液面調節手段と、
前記気体出口配管から排出される気体の流量を計測する気体流量計と、
前記液体出口配管から排出される液体の流量を計測する液体流量計と、
を備えている。
【００４０】
本発明によれば、精度良く気液多相流体の気体と液体とのそれぞれの流量を計測できる流量計測装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態に係る気液分離器１の子午面断面の模式図の一例。
【図２】第１実施形態に係る気液分離器１を図１のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図３】入口配管２０の方向から見た側面視における内筒５０及びガイド板６０の構成の一例を示す部分拡大図。
【図４】図３に示す内筒５０及び内筒５０に設けられたガイド板６０の一例を示す斜視図。
【図５】入口配管２０の方向から見た側面視における内筒５０及びガイド板６０の構成の他の例を示す部分拡大図。
【図６】第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ａの子午面断面の模式図の一例。
【図７】第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ａを図６のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図８】第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｂの子午面断面の模式図の一例。
【図９】第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｂを図８のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図１０】第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｂをさらに変形した気液分離器１ｃについて、図８のＡ−Ａに相当する位置における断面から平面視した場合の模式図の一例。
【図１１】衝突バッフル８０の構成の一例を示す斜視図。
【図１２】ボルテックスブレーカー９０の構成の一例を示す斜視図。
【図１３】第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｄの子午面断面の模式図の一例。
【図１４】第２実施形態に係る気液分離器２の子午面断面の模式図の一例。
【図１５】第１実施形態に係る気液分離器１を用いて液飛散率を測定した結果を示すグラフ。
【図１６】本実施形態に係る流量計測装置５の子午面断面の模式図の一例。
【図１７】図１７（ａ）は、非特許文献１の従来技術を示す子午面部分断面図、図１７（ｂ）は、非特許文献１の従来技術を示す水平断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４３】
１．気液分離器
１−１．第１実施形態に係る気液分離器
図１は、第１実施形態に係る気液分離器１の子午面断面の模式図の一例である。図２は、第１実施形態に係る気液分離器１を図１のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００４４】
第１実施形態に係る気液分離器１は、気液多相流体を気体と液体とに分離する気液分離器であって、頂部１１、底部１２及びその間を連結する中空型の胴部１３を有する容器１０と、胴部１０の側面から気液多相流体を供給する入口配管２０と、頂部１１から気体を排出する気体出口配管３０と、底部１２から液体を排出する液体出口配管４０と、上端が頂部１１に連結され、下端が入口配管２０の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒５０と、内筒５０の外側面に設けられたガイド板６０と、を備えている。平面視において、胴部１３の内側面と、内筒５０の外側面とは同心円状となっている。入口配管２０は、平面視において、胴部１３の中心軸に向かって設けられている。ガイド板６０は、入口配管２０の方向から見た側面視において、少なくとも入口配管２０の一方の側方を覆い、非水平方向を長手方向とするガイド板側部６１と、入口配管２０の方向から見た側面視において、ガイド板側部６１から入口配管２０の真下を覆ってガイド板側部６１と連続して設けられ、非鉛直方向を長手方向とし、平面視において部分円環形状であるガイド板下部６２と、を有する。また、ガイド板下部６２と、胴部１３との間の少なくとも一部に空隙１００を有する。
【００４５】
容器１０は、頂部１１、底部１２及びその間を連結する中空型の胴部１３を有する。図１に示す例では、容器１０は、上下方向に細長い中空容器として構成されている。また、胴部１３の水平断面における内側面の形状は、円形に構成されている。図１に示す例では、胴部１３は、頂部１１から底部１２まで同一径に形成され、中心軸は鉛直方向となっている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、胴部１３の一部に異なる内径を有する箇所が存在していてもよい。
【００４６】
入口配管２０は、容器１０の胴部１３で、容器１０の内部空間と連通するように設けられている。入口配管２０の機能の一つは、容器１０に気液多相流体を供給するための流路となることである。図１に示すように、入口配管２０は、側面視において、水平方向に設けられている。また、図２に示すように、入口配管２０は、平面視において、胴部１３の中心軸に向かって設けられている。図１及び図２に示す例では、入口配管２０は、平面視において、入口配管２０の中心線を通る水平横断面の気液多相流体の供給方向における延長面が、胴部１３の中心軸と交わるように設けられている。また、より高度な安全性を求めるために、容器１０の胴部１３と入口配管２０との接続部分の対称性を考慮すると、入口配管２０は、平面視において、入口配管２０の中心線が、胴部１３の中心軸と交わるように設けられることがより好ましい。なお、図１及び図２に示す例では、入口配管２０の鉛直断面における内側面の形状は、円形に構成されている。
【００４７】
第１実施形態に係る気液分離器１では、入口配管２０が、平面視において、胴部１３の中心軸に向かって設けられているため、高圧においても安全に気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。
【００４８】
なお、入口配管２０は、下降傾斜配管となっていてもよい。これにより、気液多相流体を気体と液体に分離する効果が高まる。
【００４９】
気体出口配管３０は、容器１０の頂部１１で、容器１０の内部空間と連通するように設けられている。気体出口配管３０の機能の一つは、気液分離器１で分離された気体を、容器１０から排出するための流路となることである。図１に示す例では、気体出口配管３０は、頂部１１の中心から鉛直方向となるように設けられている。なお、本発明はこの構成に限定されず、気体出口配管３０は、例えば、頂部１１の中心からずれた位置に設けられていてもよく、また、鉛直方向に対して斜め方向となるように設けられていてもよい。また、図１及び図２に示す例では、気体出口配管３０の水平断面における内側面の形状は、円形に構成されている。
【００５０】
液体出口配管４０は、容器１０の底部１２で、容器１０の内部空間と連通するように設けられている。液体出口配管４０の機能の一つは、気液分離器１で分離された液体を、容器１０から排出するための流路となることである。図１に示す例では、液体出口配管４０は、底部１２の中心から鉛直方向となるように設けられている。なお、本発明はこの構成に限定されず、液体出口配管４０は、例えば、底部１２の中心からずれた位置に設けられていてもよく、また、鉛直方向に対して斜め方向となるように設けられていてもよい。また、図１及び図２に示す例では、液体出口配管３０の水平断面における内側面の形状は、円形に構成されている。
【００５１】
内筒５０は、中空型の筒形状に構成されている。内筒５０は、その上端が容器１０の頂部１１と連結されている。図１に示す例では、内筒５０の上端と容器１０の頂部１１とは、気密に連結されている。内筒５０は、その下端が入口配管２０の下端よりも低い位置で開口している。また、内筒５０は、気体出口配管３０と連通するように設けられている。
【００５２】
内筒５０の断面における外側面の形状は、円形に構成されている。また、図２に示すように、平面視において、容器１０の胴部１３の内側面と、内筒５０の外側面とが同心円状となるように構成されている。また、図１及び図２に示す例では、内筒５０の水平断面における内側面の形状は、同一径で円形に構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、内筒５０の一部に異なる内径、又は/及び、内筒５０の一部に異なる外径を有する箇所が存在していてもよい。
【００５３】
図１及び図２に示す例では、ガイド板６０は、内筒５０の外側面に設けられている。また、図２に示すように、ガイド板６０は、平面視において、部分円環形状に構成されている。ガイド板６０と、ガイド板６０が設けられる内筒５０の外側面とは、取り付け強度と気密性を確保するために、溶接等により密着されていることが好ましい。
【００５４】
図３は、入口配管２０の方向から見た側面視における内筒５０及びガイド板６０の構成の一例を示す部分拡大図である。図４は、図３に示す内筒５０及び内筒５０に設けられたガイド板６０の一例を示す斜視図である。
【００５５】
図３に示すように、ガイド板６０は、ガイド板側部６１とガイド板下部６２とを有する。ガイド板側部６１は、入口配管２０の方向から見た側面視において、少なくとも入口配管２０の一方の側方を覆い、非水平方向を長手方向として構成されている。ガイド板下部６２は、入口配管２０の方向から見た側面視において、ガイド板側部６１から入口配管２０の真下を覆ってガイド板側部６１と連続して設けられ、非鉛直方向を長手方向とし、平面視において部分円環形状に構成されている。
【００５６】
ガイド板６０により、入口配管２０から供給された気液多相流体は、容器１０の胴部１３の内側面と内筒５０の外側面との間を流路として、入口配管２０の方向から見た側面視において、入口配管２０の一方の側方から他方の側方に向かって旋回することになる。これにより、気液多相流体に遠心力が作用し、気液多相流体を気体と液体に分離することができる。
【００５７】
内筒５０の外側面におけるガイド板下部６２が設けられる範囲は、平面視において、入口配管２０の方向から見た側面視において、少なくともガイド板側部６１の真下から入口配管２０の真下までを覆う範囲で、なおかつ、胴部１３の中心軸を基準として、平面視において４０度以上１８０度以下となる範囲であることが好ましい。図２に示す例では、ガイド板下部６２は、平面視において、ガイド板側部６１の真下から９０度の部分円環形状となるような範囲に設けられている。ガイド下部６２が設けられる範囲を４０度以上とすることにより、入口配管２０から供給された気液多相流体を所望の旋回方向に誘導しやすくなる。また、ガイド下部６２が設けられる範囲を１８０度以下とすることにより、入口配管２０から供給された気液多相流体の旋回が必要以上に維持されることを抑制し、圧力損失を抑えることができる。
【００５８】
ガイド板下部６２は、入口配管２０の下端との距離が、入口配管２０と容器１０とが連通する開口面の鉛直方向における長さの２倍以下の範囲となる位置に設けられていることが好ましい。また、ガイド板下部６２は、入口配管２０の下端との距離が、入口配管２０と容器１０とが連通する開口面の鉛直方向における長さの１倍以下の範囲となる位置に設けられていることがより好ましい。これにより、入口配管２０から供給された気液多相流体が過度に下方に流れるのを抑制し、気液多相流体に十分な遠心力を与えることができる。
【００５９】
図３及び図４に示すように、ガイド板６０は、内筒５０の外側面に設けられ、ガイド板側部６１を構成する第１ガイド板６１ａと、内筒５０の外側面に設けられ、ガイド板下部６２を構成する第２ガイド板６２ａとを含んで構成されていてもよい。図３及び図４に示す例では、第１ガイド板６１ａ及び第２ガイド板６２ａは、内筒５０の外側面に密着されて設けられている。
【００６０】
図３及び図４に示す例では、第１ガイド板６１ａは、鉛直方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図３及び図４に示す例では、第２ガイド板６２ａは、水平方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図３及び図４に示す例では、第１ガイド板６１ａと第２ガイド板６２ａとが接するように構成されている。さらに、入口配管２０から供給された気液多相流体が漏れないように、第１ガイド板６１ａと第２ガイド板６２ａとは、溶接等により密着されていることが好ましい。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、第１ガイド板６１ａ（ガイド板側部６１）は、鉛直方向から傾いた板状に構成されていてもよく、第２ガイド板６２ａ（ガイド板下部６２）は、水平方向から傾いた板状に構成されていてもよい。また例えば、第１ガイド板６１ａ（ガイド板側部６１）及び第２ガイド板６２ａ（ガイド板下部６２）の少なくとも一方が湾曲した板状に構成されていてもよい。
【００６１】
また、図３及び図４に示す例では、第２ガイド板６２ａの上面は、水平となるように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、第２ガイド板６２ａ（ガイド板下部６２）の上面は、容器１０の内側面側が低くなるように傾いていたり、内筒５０の外側面側が低くなるように傾いていたりしていてもよい。
【００６２】
図５は、入口配管２０の方向から見た側面視における内筒５０及びガイド板６０の構成の他の例を示す部分拡大図である。図５に示すように、ガイド板６０は、入口配管２０の方向から見た側面視において、ガイド板側部６１とガイド板下部６２とが一体として構成されていてもよい。図５に示す例では、ガイド板６０は、１枚の板で構成され、内筒５０の外側面に密着されている。
【００６３】
図３又は図５、並びに図２に示すように、ガイド板下部６２は、容器１０の胴部１３との間の少なくとも一部に空隙１００を有する。図２及び図３に示す例では、ガイド板下部６２（第２ガイド板６２ａ）と容器１０の胴部１３との間に空隙１００を有するように構成されている。
【００６４】
空隙１００を有することにより、入口配管２０から供給された気液多相流体がガイド板下部６２の側方終端部まで達する以前に、密度の大きい液体を分離して容器１０の内側面側に流下させることができる。すなわち、空隙１００は、分離された液体を、容器１０内の下方へ速やかに流出させるための流路となる。これにより、分離された気体の流路空間を拡大させることができるので、気液多相流体の液流量及び液割合が大きくなっても、高い分離効率で気体と液体に分離することができる。また、空隙１００を設けることにより、圧力損失を抑えることができる。なお、空隙１００は、１箇所に設けられても複数箇所に設けられていてもよい。
【００６５】
このように、第１実施形態に係る気液分離器１によれば、簡易な構成で、流量及び気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器が実現できる。
【００６６】
１−２．第１実施形態に係る気液分離器１の変形例
図６は、第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ａの子午面断面の模式図の一例、図７は、第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ａを図６のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００６７】
ガイド板下部６２は、入口配管２０の方向から見た側面視において、少なくともガイド板側部６１の真下から入口配管２０の真下となる部分では連続して胴部１３の内側面との間に空隙を有さないように構成されていてもよい。すなわち、ガイド板６０は、入口配管２０の方向から見た側面視において、少なくとも入口配管２０の真下となる部分では連続して容器１０の胴部１３の内側面と接していてもよい。図６及び図７に示す例では、第２ガイド板６２ａ（ガイド板下部６２）が、ガイド板側部６１の真下から入口配管２０の真下となる部分では連続して胴部１３の内側面との間に空隙を有さないように構成されている。
【００６８】
この構成により、入口配管２０付近では流体に対する遠心力を与え、入口配管２０から離れた位置では遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙１００から効率良く流出させることができる。
【００６９】
図８は、第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｂの子午面断面の模式図の一例、図９は、第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｂを図８のＡ−Ａにおける断面から平面視した場合の模式図の一例である。
【００７０】
図８及び図９に示すように、気液分離器１ｂは、ガイド板下部６２の入口配管２０とは反対側の面と接する下部漏れ防止板７２を備え、入口配管２０の方向から見た側面視において、ガイド板下部６２のうち少なくともガイド板側部６２の真下から入口配管２０の真下となる部分と、胴部１３との間が、下部漏れ防止板７２で塞がれていてもよい。図８及び図９に示す例では、下部漏れ防止板７２は、胴部１３の内側面に密着して設けられている。下部漏れ防止板７２は、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ａ）の真下から入口配管２０の真下となる部分のガイド板下部６２（第２ガイド板６２ａ）と密着されていてもよい。
【００７１】
第２ガイド板６２aは内筒５０の外側面に設けられているため、加工によって、第２ガイド板６２aと容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に下部漏れ防止板７２が備えられていることにより、第２ガイド板６２aと容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００７２】
また、図７及び図９に示すように、気液分離器１ａ及び気液分離器１ｂは、空隙１００の間隔がガイド板側部６１の真下から遠くなるほど広くなるように構成されていてもよい。
【００７３】
この構成により、遠心力により容器１０の内側面側に移動した液体を空隙１００から効率良く流出させることができる。
【００７４】
さらに、図２、図７又は図９に示すように、第１実施形態に係る気液分離器１、気液分離器１ａ及び気液分離器１ｂは、ガイド板側部６１の入口配管２０とは反対側の面と接する側部漏れ防止板７０を備え、ガイド板側部６１と胴部１３との間が、側部漏れ防止板７０で塞がれていてもよい。図２、図７及び図９に示す例では、側部漏れ防止板７０と胴部１３の内側面とは密着されている。側部漏れ防止板７０は、ガイド板側部６１と密着されていてもよい。
【００７５】
図２、図７及び図９に示す例では、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ａ）は内筒５０の外側面に設けられているため、加工によって、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ａ）と容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に側部漏れ防止板７０が備えられていることにより、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ａ）と容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００７６】
なお、側部漏れ防止板７０と下部漏れ防止板７２とが一体として構成されていてもよい。例えば、側部漏れ防止板７０と下部漏れ防止板７２とが１枚の板で構成されていてもよい。
【００７７】
図１０は、第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｂをさらに変形した気液分離器１ｃについて、図８のＡ−Ａに相当する位置における断面から平面視した場合の模式図の一例である。気液分離器１ｃの子午面断面は、図８に示す例と同様である。
【００７８】
図８及び図１０に示すように、ガイド板６０は、胴部１３の内側面に設けられ、ガイド板側部６１を構成する第１ガイド板６１ｂと、内筒５０の外側面に設けられ、ガイド板下部６２を構成する第２ガイド板６２ａとを含んで構成されていてもよい。図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板６１ｂは胴部１３の内側面に密着されて設けられている。また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板６２ａは内筒５０の外側面に密着されて設けられている。
【００７９】
図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板６１ｂは、鉛直方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板６２ａは、水平方向を長手方向とする板状に構成されている。また、図８及び図１０に示す例では、第１ガイド板６１ｂと第２ガイド板６２ａとが接するように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、第１ガイド板６１ｂ（ガイド板側部６１）は、鉛直方向から傾いた板状に構成されていてもよく、第２ガイド板６２ａ（ガイド板下部６２）は、水平方向から傾いた板状に構成されていてもよい。また例えば、第１ガイド板６１ｂ（ガイド板側部６１）及び第２ガイド板６２ａ（ガイド板下部６２）の少なくとも一方が湾曲した板状に構成されていてもよい。
【００８０】
また、図８及び図１０に示す例では、第２ガイド板６２ａの上面は、水平となるように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、第２ガイド板６２ａ（ガイド板下部６２）の上面は、容器１０の内側面側が低くなるように傾いていたり、内筒５０の外側面側が低くなるように傾いていたりしていてもよい。
【００８１】
また、図１０に示すように、気液分離器１ｃは、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）の入口配管２０とは反対側の面と接する側部漏れ防止板７０を備え、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と胴部１３との間が、側部漏れ防止板７０で塞がれていてもよい。図１０に示す例では、側部漏れ防止板７０と内筒５０の外側面とは密着されている。側部漏れ防止板７０は、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と密着されていてもよい。
【００８２】
図１０に示す例では、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）は胴部１３の内側面に設けられているため、加工によって、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と内筒５０の外側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に側部漏れ防止板７０が備えられていることにより、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と内筒５０の外側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００８３】
また、図８及び図１０に示すように、気液分離器１ｃは、ガイド板下部６２の入口配管２０とは反対側の面と接する下部漏れ防止板７２を備え、入口配管２０の方向から見た側面視において、ガイド板下部６２のうち少なくともガイド板側部６２の真下から入口配管２０の真下となる部分と、胴部１３との間が、下部漏れ防止板７２で塞がれていてもよい。図８及び図１０に示す例では、下部漏れ防止板７２は、胴部１３の内側面に密着して設けられている。下部漏れ防止板７２は、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）の真下から入口配管２０の真下となる部分のガイド板下部６２（第２ガイド板６２ａ）と密着されていてもよい。
【００８４】
第２ガイド板６２aは内筒５０の外側面に設けられているため、加工によって、第２ガイド板６２aと容器１０の胴部１３の内側面との間に空隙が生じる。したがって、胴部１３の内側面に下部漏れ防止板７２が備えられていることにより、第２ガイド板６２aと容器１０の胴部１３の内側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。
【００８５】
図１、図６及び図８に示すように、気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ及び気液分離器１ｃは、容器１０内の内筒５０の下端よりも下方において、中心部に開口を有する板状に構成され、周囲が胴部１３の内側面に密着された状態で保持された板状部８１と、板状部の上方で開口と連通する筒状に構成された筒状部８２とを含んで構成された衝突バッフル８０を備えていてもよい。
【００８６】
図１１は、衝突バッフル８０の構成の一例を示す斜視図である。図１１に示す例では、板状部８１は、中心部に円形の開口を有する円形の板状に構成されている。また、図１１に示す例では、筒状部８２は、板状部８１から垂直方向に延びる円筒状に構成され、板状部８１の開口と連通するように板状部８１と密着されている。また、図１、図６及び図８に示す例では、衝突バッフル８０の板状部８１は、水平となるように周囲が胴部１３の内側面に密着された状態で保持されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、開口部の形状は多角形であってもよく、また例えば、筒状部８２の水平断面における内側面の形状は多角形であってもよい。また、板状部８１は、中心部の開口から胴部１３に向かって傾斜していてもよい。
【００８７】
容器１０内を流下する液体は、容器１０内において液面と衝突すると、衝突時に液面で気泡をまき込み、この気泡が深部まで達して排出する液中に多量に残存する場合がある。衝突バッフル８０は、気泡を多量に含む液体の流れを上方に反転させることにより、液体に巻き込まれた気泡を再度気相に放出させる。液体の大部分は容器１０の内側面を沿って流下するので、衝突バッフル８０は容器１０の胴部１３と間隙のない構造となっている。なお、容器１０内における液面の位置は、例えば、内筒５０の下端と液面の距離が、内筒５０内を介して気体出口配管３０へと排出される気体に液体が随伴しない程度に離れた位置で、衝突バッフル８０よりも高い位置であることが好ましい。
【００８８】
第１実施形態に係る気液分離器１は、衝突バッフル８０を備えることより、流下する液体が液面と衝突する際に巻き込む気泡を効率良く放出させることができる。これにより、気液分離効率を高めることができる。
【００８９】
図１、図６及び図８に示すように、気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ及び気液分離器１ｃは、液体出口配管４０と底部１２との連通部分の直上にボルテックスブレーカー９０を備えていてもよい。
【００９０】
図１２は、ボルテックスブレーカー９０の構成の一例を示す斜視図である。図１２に示す例では、ボルテックスブレーカー９０は、円板状に構成されたボルテックスブレーカー本体部９１と、ボルテックスブレーカー本体部９１を水平に支持する複数の脚部９２とから構成されている。また、ボルテックスブレーカー本体部９１は、液体出口配管４０と底部１２との連通部分の直上を覆うように設けられている。また、ボルテックスブレーカー本体部９１は、容器１０の胴部１３及び底部１２との間に空隙を有するように構成されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、例えば、ボルテックスブレーカー本体部９１の形状は、多角形の板状であってもよく、また、上方に頂点を有し、下方に底面を有する円錐状や多角錐状であってもよい。
【００９１】
第１実施形態に係る気液分離器１は、ボルテックスブレーカー９０を備えることにより、中心が気体の渦で周囲が液体の渦となる流体の渦が破壊され、気体の渦が液体出口配管４０へ流入する液体に巻き込まれることが防止される。これにより、気液分離効率を高めることができる。
【００９２】
なお、上述した衝突バッフル８０とボルテックスブレーカー９０とを併用する場合には、気液分離器１は、衝突バッフル８０をボルテックスブレーカー９０よりも上方に備えていることが好ましい。衝突バッフル８０の筒状部８２により、高い位置に渦を形成させることができるため、液体中の気泡を分離する効果が高まる。これにより、気液分離効率をさらに高めることができる。
【００９３】
図１３は、第１実施形態の変形例に係る気液分離器１ｄの子午面断面の模式図の一例である。図１３に示す気液分離器１ｄの容器１０ａは、頂部１１ａを含む蓋部と、底部１２ａ及び胴部１３ａを含む容器本体部とを有した構造となっている。蓋部と容器本体部とは、フランジ継手により繋ぎ合わせられている。他の構成は、図１に示す気液分離器１と同一である。
【００９４】
図１３に示す気液分離器１ｄの構成においても、上述した気液分離器１と同様の理由により同様の効果を奏する。
【００９５】
１−３．第２実施形態に係る気液分離器
図１４は、第２実施形態に係る気液分離器２の子午面断面の模式図の一例である。以下においては、第２実施形態に係る気液分離器２として、第１実施形態に係る気液分離器１に液滴分離器１１０、気泡分離器１２０及び液滴分離器１１０と気液分離器１２０とを接続する配管１３０を組み合わせて構成した例について説明する。なお、第２実施形態に係る気液分離器２として、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ、気液分離器１ｃ及び気液分離器１ｄのいずれかに液滴分離器１１０、気泡分離器１２０及び液滴分離器１１０と気液分離器１２０とを接続する配管１３０を組み合わせて構成することも可能である。以下の説明においては、第１実施形態に係る気液分離器１と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９６】
第２実施形態に係る気液分離器２は、気体出口配管３０の途中に液滴分離器１１０が設けられている。また、第２実施形態に係る気液分離器２は、液体出口配管４０の途中に気泡分離器１２０が設けられている。
【００９７】
液滴分離器１１０は、気体から液滴を分離するための構成であり、例えば、Ｔ字配管、Ｙ字配管、逆三角形状の配管、もしくは、流体の速度を低減させるために気体出口配管３０の断面積より大きな断面積をもつ開口で気体出口配管３０の下方で連通する漏斗状の配管として構成してもよい。液滴分離器１１０の上流となる気体出口配管３０の水平方向の長さは、気体から液滴の分離が促進されるのに十分な長さとすることが好ましく、水平配管もしくは下降傾斜配管が好ましい。図１４に示す例では、液滴分離器１１０は、気体出口配管３０の断面積より大きな断面積をもつ開口で気体出口配管３０の下方で連通する漏斗状の配管として構成されている。液滴分離器１１０により、気体出口配管３０を通る気体に混入している液ミストや液相を、気体出口配管３０より下方の配管に誘導し、液体が液滴分離器１１０よりも下流の気体出口配管３０に流れるのを防ぐことができる。
【００９８】
気泡分離器１２０は、液体から気泡を分離するための構成であり、例えば、逆Ｔ字配管、逆Ｙ字配管、三角形状の配管、もしくは、流体の速度を低減させるために液体出口配管４０の断面積より大きな断面積をもつ開口で液体出口配管４０の上方で連通する漏斗状の配管として構成してもよい。気泡分離器１２０の上流となる液体出口配管４０の水平方向の長さは、液体から気泡の分離が促進されるのに十分な長さとすることが好ましく、水平配管もしくは上昇傾斜配管が好ましい。図１４に示す例では、気泡分離器１２０は、液体出口配管４０の断面積より大きな断面積をもつ開口で液体出口配管４０の上方で連通する漏斗状の配管として構成されている。気泡分離器１２０により、液体出口配管４０を通る液体に混入している気泡や気相を、液体出口配管４０より上方の配管に誘導し、気体が気泡分離器１２０よりも下流の液体出口配管４０に流れるのを防ぐことができる。
【００９９】
また、図１４に示すように、気液分離器２は、液滴分離器１１０と気泡分離器１２０とを接続する配管１３０を備えている。これにより、液滴分離器１１０で分離された液体を液体出口配管４０へ、気泡分離器１２０で分離された気体を気体出口配管３０へ、それぞれ排出することができる。なお、図１４に示す例では、気液分離器２は、液滴分離器１１０、気泡分離器１２０及び配管１３０をそれぞれ１つずつ備えているが、液滴分離器１１０、気泡分離器１２０及び配管１３０をそれぞれ複数備えていてもよい。
【０１００】
１−４．その他の変形例
上述した第１実施形態に係る気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ、気液分離器１ｃ及び気液分離器１ｄ並びに第２実施形態に係る気液分離器２には、必要に応じて、温度や圧力等を検出するための１又は複数の検出用短管、あるいは、流体を外部に排出するための１又は複数の短管等を設けることが可能である。図１、図６、図８及び図１４に示す例では、気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ、気液分離器１ｃ及び気液分離器２には、容器１０内の液面の位置を検出するための圧力検出用短管２０２が、容器１０と液体出口配管４０とに設けられている。また、図１３に示す例では、気液分離器１ｄには、容器１０ａ内の液面の位置を検出するための圧力検出用短管２０２が、容器１０ａと液体出口配管４０とに設けられている。
【０１０１】
また、上述した第１実施形態に係る気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ、気液分離器１ｃ及び気液分離器１ｄ並びに第２実施形態に係る気液分離器２に適用される気液多相流体は、例えば、気体と１又は複数種類の液体から構成されてもよい。特に、気体と油又は／及び水を含む気液多相流体において、上述した第１実施形態に係る気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ、気液分離器１ｃ及び気液分離器１ｄ並びに第２実施形態に係る気液分離器２は好適に機能する。上述した第１実施形態に係る気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ、気液分離器１ｃ及び気液分離器１ｄ並びに第２実施形態に係る気液分離器２は、流量条件が経時的に安定している定常状態の気体と１又は複数種類の液体に対しても高い気液分離効率を有しているのみならず、圧力、流量、気液割合が経時的に大きく変化する油田やガス田などの坑井からの気体と原油又は／及び水とを含む多相流体を気液分離するための気液分離器として採用可能である。ここで、上述の水は、塩水のような水溶液であってもよい。
【０１０２】
２．実験例
次に、第１実施形態に係る気液分離器１を用いて気液分離を行った場合の実験例について説明する。
【０１０３】
実験に用いた気液分離器１は、平面視において、胴部１３の内側面の直径が２００ｍｍ、内筒５０の外側面の直径が約１６５ｍｍ、胴部１３の内側面と内筒５０の外側面との間隔が約１７ｍｍ、入口配管２０の垂直断面における内側面の直径が５０ｍｍとなっている。また、ガイド板下部６２は、平面視において、内筒５０の外側面のうちガイド板側部６１の真下から９０度の範囲に設けられている。空隙１００としては、ガイド板下部６２と胴部１３の内側面との間に約５ｍｍ存在している。
【０１０４】
実験の手順は以下の通りである。まず、液体出口配管４０をボールバルブによって閉じる。次に、水と窒素ガスとをそれぞれ所定の流量で混合した水窒素二相流体を、入口配管２０から供給する。次に、容器１０内の内筒５０の下端より下方の所定位置まで液面が上昇する時間ｔの間に供給された液量Ｖｌと、時間ｔの間に気体出口配管３０から排出された液体を液滴分離器により捕捉した液飛散量Ｓとを測定する。以下、水と窒素ガスとのそれぞれの流量を変更して、上記手順を繰り返して、液量Ｖｌと液飛散量Ｓとを測定する。
【０１０５】
水窒素二相流体における窒素ガスの流量Ｖｎは、０［ｍ３／ｈ］＜Ｖｎ＜３００［ｍ３／ｈ］の範囲で変更して測定した。また、水窒素二相流体における水の流量Ｖｈは、Ｖｈ＝１［ｍ３／ｈ］、５［ｍ３／ｈ］、１０［ｍ３／ｈ］、１５［ｍ３／ｈ］の４段階で変更して測定した。
【０１０６】
上記手順により測定した液量Ｖｌと液飛散量Ｓとから、液飛散率を以下の式で求める。
【０１０７】
液飛散率［％］＝（液飛散量Ｓ／（液飛散量Ｓ＋液量Ｖｌ））×１００
【０１０８】
すなわち、液飛散率が小さいほど、気液分離効率は高いと言える。
【０１０９】
図１５は、上述の手順により、第１実施形態に係る気液分離器１を用いて液飛散率を測定した結果を示すグラフである。横軸は、水窒素二相流体における窒素ガスの流量、縦軸は、液飛散率を表す。また、測定点を表す符号の種類は、水窒素二相流体における水の流量を表す。
【０１１０】
図１５に示すように、上述したいずれの測定条件においても、液飛散率は１％以下となっている。
【０１１１】
このように、第１実施形態に係る気液分離器１によれば、簡易な構成で、広い範囲での流量及び気液割合において、高い分離効率で気体と液体に分離することができることが示されている。
【０１１２】
３．流量計測装置
図１６は、本実施形態に係る流量計測装置５の子午面断面の模式図の一例である。
【０１１３】
本実施形態に係る流量計測装置５は、気液分離器２と、容器１０内の液面の高さを計測する液面計２００と、液面計２００の計測結果に基づいて容器１０内の液面の高さを調節する液面調節手段２１０と、気体出口配管３０から排出される気体の流量を計測する気体流量計２２０と、液体出口配管４０から排出される液体の流量を計測する液体流量計２３０と、を備えている。なお、流量計測装置５は、気液分離器２に代えて、気液分離器１、気液分離器１ａ、気液分離器１ｂ、気液分離器１ｃ又は気液分離器１ｄを用いて構成されていてもよい。
【０１１４】
液面計２００は、容器１０内の液面の位置を検出する。図１６に示す例では、液面計２００は、容器１０と液体出口配管４０とに設けられた２つの圧力検出用短管２０２から検出される圧力の差に基づいて、液面の位置を計測する。
【０１１５】
液面調節手段２１０は、液面計２００の計測結果に基づいて容器１０内の液面の高さを調節する。図１６に示す例では、液面調節手段２１０は、制御部２１２、液面調節弁２１４及びガス圧力調節弁２１６を含んで構成されている。
【０１１６】
制御部２１２は、液面調節弁２１２及びガス圧力調節弁２１６を制御する。制御部２１２は、公知・周知の種々の構成が可能であり、例えば、２つの液面計２００で検出された圧力の差に基づく信号を出力する差圧発信器を含んで構成されていてもよい。
【０１１７】
液面調節弁２１４は、液体出口配管４０の途中に設けられ、制御部２１２による制御に基づいて、液体出口配管４０に流れる液体の流量を制限する。
【０１１８】
ガス圧力調節弁２１６は、気体出口配管３０の途中に設けられ、制御部２１２による制御に基づいて、気体出口配管３０に流れる気体の流量を制限する。
【０１１９】
制御部２１２による制御の一例について、以下に説明する。制御部２１２は、液面計２００によって２つの圧力検出用短管２０２から検出された圧力の差が予め設定した許容範囲の下限値を下回った場合には、液面調節弁２１４を絞ることで、許容範囲内に液面を戻す制御を行う。また、制御部２１２は、液面計２００によって２つの圧力検出用短管２０２から検出された圧力の差が予め設定した許容範囲の上限値を上回った場合には、ガス圧力調節弁２１６を絞ることで気体出口配管３０の圧力損失を大きくすることにより、液面を低下させる制御を行う。これにより、液面の位置を予め設定した許容範囲内に収めることができる。液面の位置を予め設定した許容範囲内に収めることにより、流量の計測精度を高めることができる。
【０１２０】
気体流量計２２０は、気体出口配管３０から排出される気体の流量を計測する。気体流量計２２０としては、例えば、容積式流量計や質量流量計を用いることができる。また、気体流量計２２０は、標準状態の気体流量を計算するために必要な温度計及び圧力計、もしくは温度および圧力を計測する機能を含んでいてもよい。
【０１２１】
液体流量計２３０は、液体出口配管４０から排出される液体の流量を計測する。液体流量計２３０としては、例えば、容積式流量計や質量流量計を用いることができる。質量流量計として、コリオリメーターを用いてもよい。また、液体流量計２３０は、液密度計と容積式流量計を組み合わせて構成してもよい。
【０１２２】
本実施形態に係る流量計測装置５によれば、簡易な構成で、流量及び気液割合が経時的に大きく変化する気液多相流体を、高い分離効率で気体と液体に分離することができる気液分離器２を用いているため、精度良く気液多相流体の気体と液体とのそれぞれの流量を計測できる。
【０１２３】
また、液体流量計２３０として、コリオリメーターを用いた場合や、液密度計と容積式流量計を組み合わせて構成した場合のように、液体出口配管４０から排出される液体の液密度を測定できる構成の場合には、水分率の測定を行うことも可能である。例えば、液体流量計２３０としてコリオリメーターを用いた場合、液体中に気泡の混入がなく、油流速、および、水流速がほぼ同じであれば、液密度を計測することができ、水分率の測定を行うことも可能である。水分率とは、液体流量に対する水流量の比である。
【０１２４】
例えば、液体出口配管４０から排出される液体が、水と油とが混合された液体である場合には、水分率ＷＣは、水の密度ρＷ、油の密度ρＯ及び実測した液密度ρＬを用いて、以下の式で表される。
【０１２５】
【数１】
2011183278.tif 000003
【０１２６】
ここで、水の密度ρＷ及び油の密度ρＯとして、例えば、温度及び圧力を変数とする推算式で求めた値や、流量計測装置５の外部の密度計測装置（図示せず）で計測した値を用いることができる。
【０１２７】
このように、本実施形態に係る流量計測装置５で、例えば、気体と油及び水を含む気液多相流体についても、それぞれの流量を計測することができる。
【０１２８】
本実施形態に係る流量計測装置５は、図１６に示すように、気体流量計２２０及び液体流量計２３０の後段に、気体出口配管３０から排出される気体と液体出口配管４０から排出される液体とを混合して排出する気液出口配管２４０を備えた構成も可能である。このような構成は、例えば、流量計測装置５で気液多相流体の流量を計測した後に、１本のパイプラインで気液多相流体を移送する必要がある場合等に有効である。
【０１２９】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【０１３０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１３１】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，２  気液分離器、５  流量計測装置、１０，１０ａ  容器、１１，１１ａ  頂部、１２，１２ａ  底部、１３，１３ａ  胴部、２０  入口配管、３０  気体出口配管、４０  液体出口配管、５０  内筒、６０  ガイド板、６１  ガイド板側部、６１ａ，６１ｂ  第１ガイド板、６２  ガイド板下部、６２ａ  第２ガイド板、７０，７０ａ  側部漏れ防止板、７２  下部漏れ防止板、８０  衝突バッフル、８１  板状部、８２  筒状部、９０  ボルテックスブレーカー、９１  ボルテックスブレーカー本体部、９２  脚部、１００  空隙、１１０  液滴分離器、１２０  気泡分離器、１３０  配管、２００  液面計、２０２  圧力検出用短管、２１０  液面調節手段、２１２  制御部、２１４  液面調節弁、２１６  カス圧力調節弁、２２０  気体流量計、２３０  液体流量計、２４０  気液出口配管、９００  入口配管、９１０  垂直円筒
【図１】
2011183278.tif 000004
【図２】
2011183278.tif 000005
【図３】
2011183278.tif 000006
【図４】
2011183278.tif 000007
【図５】
2011183278.tif 000008
【図６】
2011183278.tif 000009
【図７】
2011183278.tif 000010
【図８】
2011183278.tif 000011
【図９】
2011183278.tif 000012
【図１０】
2011183278.tif 000013
【図１１】
2011183278.tif 000014
【図１２】
2011183278.tif 000015
【図１３】
2011183278.tif 000016
【図１４】
2011183278.tif 000017
【図１５】
2011183278.tif 000018
【図１６】
2011183278.tif 000019
【図１７】
2011183278.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月9日(2010.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液多相流体を気体と液体とに分離する気液分離器であって、
頂部、底部及びその間を連結する中空型の胴部を有する容器と、
前記胴部の側面の入口開口から前記気液多相流体を供給する入口配管と、
前記頂部から気体を排出する気体出口配管と、
前記底部から液体を排出する液体出口配管と、
上端が前記頂部に連結され、下端が前記入口配管の下端よりも低い位置で開口した中空型の内筒と、
前記内筒の外側面及び前記胴部の内側面の少なくとも一方に設けられたガイド板と、
を備え、
平面視において、前記胴部の内側面と、前記内筒の外側面とは同心円状となっており、
前記入口配管は、平面視において、前記胴部の中心軸に向かって設けられ、
前記ガイド板は、非水平方向を長手方向とするガイド板側部と、非鉛直方向を長手方向とし、前記ガイド板側部と連続して設けられたガイド板下部とを有し、
前記ガイド板側部は、少なくとも、前記胴部の内側面のうち前記入口開口の一方の側方となる位置、又は、前記内筒の外側面のうち前記入口開口と対向する領域の一方の側方となる位置に設けられ、
前記ガイド板下部は、少なくとも、前記内筒の外側面のうち前記入口開口と対向する領域の真下となる位置に設けられ、かつ、平面視において、前記内筒の外側面の一部に沿って設けられ、
前記ガイド板下部と、前記胴部との間の少なくとも一部に空隙を有する、気液分離器。
【請求項２】
請求項１に記載の気液分離器において、
前記ガイド板は、
前記内筒の外側面または前記胴部の内側面に設けられ、前記ガイド板側部を構成する第１ガイド板と、
前記内筒の外側面に設けられ、前記ガイド板下部を構成する第２ガイド板と、を含んで構成されている、気液分離器。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれかに記載の気液分離器において、
前記ガイド板下部は、前記入口配管の方向から見た側面視において、少なくとも前記ガイド板側部の真下から前記入口配管の真下となる部分では連続して前記胴部の内側面との間に空隙を有さない、気液分離器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の気液分離器において、
前記ガイド板下部の前記入口配管とは反対側の面と接する下部漏れ防止板を備え、
前記入口配管の方向から見た側面視において、前記ガイド板下部のうち少なくとも前記ガイド板側部の真下から前記入口配管の真下となる部分と、前記胴部との間が、前記下部漏れ防止板で塞がれている、気液分離器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の気液分離器において、
前記ガイド板下部の側方終端部に近づくほど、前記空隙の間隔が広くなっている、気液分離器。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の気液分離器において、
前記ガイド板側部と、前記胴部又は前記内筒との間を塞ぐ側部漏れ防止板を備えた、気液分離器。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の気液分離器において、
前記容器内の前記内筒の下端よりも下方において、中心部に開口を有する板状に構成さ
れ、周囲が前記胴部の内側面に密着された状態で保持された板状部と、前記板状部の上方で前記開口と連通する筒状に構成された筒状部とを含んで構成された衝突バッフルを備えた、気液分離器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の気液分離器において、
前記液体出口配管と前記底部との連通部分の直上を覆うように設けられている板状又は錐状に構成されたボルテックスブレーカーを備えた、気液分離器。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の気液分離器において、
気体から液滴を分離する液滴分離器と、液体から気泡を分離する気泡分離器と、前記液滴分離器と前記気泡分離器とを接続する配管と、を備え、
前記液滴分離器は、前記気体出口配管に接続されて設けられ、
前記気泡分離器は、前記液体出口配管に接続されて設けられた、気液分離器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の気液分離器と、
前記容器内の液面の高さを計測する液面計と、
前記液面計の計測結果に基づいて前記容器内の液面の高さを調節する液面調節手段と、
前記気体出口配管から排出される気体の流量を計測する気体流量計と、
前記液体出口配管から排出される液体の流量を計測する液体流量計と、
を備えた、流量計測装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
また、図１０に示すように、気液分離器１ｃは、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）の入口配管２０とは反対側の面と接する側部漏れ防止板７０を備え、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と内筒５０との間が、側部漏れ防止板７０で塞がれていてもよい。図１０に示す例では、側部漏れ防止板７０と内筒５０の外側面とは密着されている。側部漏れ防止板７０は、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と密着されていてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
図１０に示す例では、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）は胴部１３の内側面に設けられているため、加工によって、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と内筒５０の外側面との間に空隙が生じる。したがって、内筒５０の外側面に側部漏れ防止板７０が備えられていることにより、ガイド板側部６１（第１ガイド板６１ｂ）と内筒５０の外側面との隙間からの気液多相流体の漏れを防ぐことができる。これにより、気液多相流体に対して効果的に遠心力を与えることができる。