CAPÍTULO III DISEÑO DE LA INGENIERÍA DE PROYECTO 3.1.
UBICACIÓN DE LA PLANTA CARRASCO Y LOS CAMPOS PRODUCTORES.
En la elaboración del presente trabajo se describe el espacio geográfico en la que se encuentra localizada la Planta Carrasco y se identifican los campos productores .
3.1.1. Localización de la Planta Carrasco La Planta Carrasco se encuentra ubicado en el departamento de Cochabamba, en la Provincia de Carrasco, región tropical, situándose a 270 Km al este de la ciudad de Cochabamba y a 170 Km. de la la ciudad de Santa Cruz. Como se puede apreciar en la figura figura 12 mediante una imagen satelital de la Planta Carrasco.
FIGURA 12: UBICACIÓN DE LA PLANTA CARRASCO
F U E N T E : [Elaboración
propia]
51
La parte en marcado con morado son los límites que tiene la Planta Carrasco, mediante la cual se pudo encontrar por medio del Google Earth el área aproximado que tiene es de 430671.02
. La parte central del campo se encuentra aproximadamente a una altura de
320 m sobre el nivel del mar y a una presión atmosférica de 14.05 PSI. Para un mayor entendimiento en la tabla 8, se describe la ubicación de la Planta Carrasco en coordenadas angulares (grados-minutos –segundos), y en coordenadas Geográficas UTM (Universal Transversal de Mercator) y grados decimales.
TABLA 8: COORDENADAS DE LA PLANTA CARRASCO GRADOS MINUTOS SEGUNDOS Coordenadas
Grados (°)
Minutos (“)
Segundos (‘)
Sud - Latitud
17
14
21
Oeste - Longitud
64
32
36
UNIVERSAL TRANSVERSAL DE MERCATOR (UTM) Zona (K)
20
Este (m)
335915.9
Norte (m)
8093331.8
F U E N T E : [Elaboración
propia]
La planta cuenta con un campamento que se encuentra en cuentra ubicado dentro de la misma planta, pero distribuido adecuadamente para el descanso de los operadores y trabajadores, este cuenta con los servicios básicos y también con sectores para recreación del personal de la Planta Carrasco. Para el control de las operaciones de la Planta Carrasco se realiza dos cambios de turnos y además el personal trabaja 14 días dentro de la Planta y 14 días salen de la Planta.
3.1.2. Descripción de las características del lugar La Planta Procesadora Carrasco, se encuentra en la provincia Carrasco la cual cuenta con diferentes características que se tiene que tomar en cue nta para saber el tipo de lugar en el que se encuentra la Planta Carrasco como se podrá describir a continuación.
3.1.2.1.
Vías de Acceso 52
La Planta se encuentra a 7 Km. del pueblo de Entre Ríos por donde pasa la carretera asfaltada. El acceso a la Planta está habilitado habilita do todo el año, mediante un camino ripiado que se desprende de la carretera asfaltada que une el departamento de Santa Cruz con el departamento de Cochabamba, como se puede observar en la figura 13.
FIGURA 13: VÍA DE ACCESO A LA PLANTA CARRASCO
F U E N T E : [Elaboración
propia]
La Planta Carrasco cuenta con una pista de aterrizaje que se encuentra aproximadamente a 3 kilómetro de la Planta Carrasco y a 3.7 Kilómetros del rio Ichoa como se podrá obser var la figura 14. También esta zona se encuentra en un ambiente húmedo, con una temperatura media de 22°C habiéndose registrado una máxima de 38°C y una mínima de 3°C.Tiene una proximidad con el rio Ichoa, como podrá apreciar en la siguiente figura 14.
53
FIGURA 14: VIA DE ACCESO AEREO DE LA PLANTA CARRASCO
F U E N T E : [Elaboración
3.1.2.2.
propia]
Zona Geológica
La geología de la zona presenta dos ámbitos litológicos variables, con secuencias estratigráficas de rocas desde el paleozoico hasta el Cuaternario, con un dominio de rocas consolidadas en toda la franja del subandino, teniendo como limite la zona de p ie de monte, a partir del cual se tiene la llanura en toda la región del Chapare, con sedimentos cuaternarios, con geoformas fluviales. Como se muestra en la tabla 9, la escala geología de la región del chapare, con las diferentes litologías que pueden tener cada formación.
54
TABLA 9: LITOLOIA DE LA ZONA DEL CHAPARE ESCALA GEOLOGICA DE LA “ZONA CHAPARE”
ERA
PERIODO
A
FORMACIONES Tariquia
CI O
Areniscas, limolitas, arcilla
Terciario Z O N
Yecua E
LITOLOGIA
Areniscas, conglomerado
C
Tiene aproximadamente un espesor
Petaca
de
30
(conglomerados,
m. caliza,
granos finos)
Cretácico O
Arenisca rojas- marrón, matriz CI O
Cajones Z O
arcillosa, cemento calcáreo.
S
Con un espesor de 42 m. E M
Conglomerado,
Yantata
finas rojizas- marrón.
Jurásico
Areniscas arcillosas rojizas.
Ichoa Carboníferos
Tiene un espesor e 270-179 Areniscas grises, tilitas gris
Tupambi
oscuras y limolitas micáceas Lutitas micáceas grises. Tiene
Limoncito
un espesor de 420 m.
Devónico
Areniscas gris – verdosas con
Iquiri O CI O Z
gramos medios y finos
El Carmen O
Lutitas, limolitas y areniscas.
E
Buena L A P
Boomerang Silúrico
porosidad
permeabilidad
con
y gran
cantidad de areniscas Buena Yapacaní
porosidad
y
permeabilidad, mayor mente arcilloso.
F U E N T E : [Elaboración
areniscas
propia mediante ANHI]
55
Dentro de la escala geología las formaciones que contienen hidrocarburos que pertenecen a cada campo se podrá apreciar en la tabla 10.
TABLA 10: FORMACIONES PRODUCTORAS CAMPO
FORMACIONES Petaca, Roboré I, Roboré III,
Carrasco
Yantata Cajones, Yantata, Roboré I,
Bulo Bulo
Roboré II, Roboré III
Kanata Yapacaní F U E N T E : [Elaboración
Petaca, Yantata Yantata,
Petaca,
Sara,
Ayacucho propia]
Pero el Campo Yapacaní como se encuentra en la localidad de Ichilo de la ciudad de Santa Cruz, se añaden dos formaciones que son Sara y Ayacucho, la cual son productoras de petróleo y gas.
3.1.3. Identificación de los campos productores La Planta recibe la producción de tres campos que son: Carrasco, Bulo Bulo, Kanata, pero cabe recalcar que también se incluye el campo Yapacaní por el ducto GCY (Gasoducto Carrasco- Yapacaní) . La característica del hidrocarburo producido de los campos en el Municipio de Carrasco, pese a ligeras diferencias, corresponden a la clasificación entre 45 a 55 API (American Petroleum Institute). Esto quiere decir que son hidrocarburos livianos. Los productos de cada uno de los campos son parecidos, dichos campos producen petróleo, condensado, gasolina natural y gas natural. Los campos producen también, inevitablemente, agua de formación y dióxido de carbono, puesto que estas sustancias están presentes en los reservorios Los campos Carrasco, Kanata y Carrasco se encuentran en bloque Chimoré I como se observará en la figura 15.
56
FIGURA 15: BLOQUE CHIMORE I
10000
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante YPFB Chaco]
El campo Yapacaní corresponde al área de Boomerang como se puede ver en la figura 16, la cual tiene como campos vecinos al campo Boquerón y al campo Patujú. Este campo se encuentra en la llanura centras sobre el margen izquierdo del rio Yapacaní. La característica de su hidrocarburo esta entre los 40 a 42 API (American Petroleum Institute).
FIGURA 16: CAMPO YAPACANÍ
57
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante la IDHI]
Dichos campos se caracterizan por la producción de Gas la cual es procesada en la Planta para la obtención de gas natural y GLP (gas licuado de petróleo).
3.1.4. Identificación de los pozos productores de cada campo Para poder delimitar el reservorio de los campos, se realiza la perforación de pozos, pero se debe considerara que no todos los pozos perforados serán po sitivos, estas perforaciones realizadas ayuda a identificar las formaciones productoras que puede existir en toda el área del campo. Conocer los pozos productores de los campos ayuda a determinar la cantidad de fluidos que se podrán procesar dentro de la Planta Carrasco y así poder realizar el dimensionamiento de los equipos de acuerdo al volumen que se obtiene de dichos pozos.
3.1.4.1. Campo Carrasco Dentro de los pozos perforados en el campo Carrasco, la gran mayoría de los pozos bajo la producción considerablemente durante los últimos años. Este campo cuenta con las
58
formaciones de robore I, robore II, robore III, petaca y yantata, de las cuales son extraídos los hidrocarburos a la superficie. Cabe mencionar que en estas formaciones contiene gas, p etróleo y algunos contaminantes como el agua, dióxido de carbono y arenas.Este campo también cuenta con una subdivisión que es: Carrasco Este, Carrasco Foot Wall, como se puede en la figura 17, la identificación de los pozos. Estos pozos se encuentran en cercanía de la Planta Carrasco, algunos están dentro pero se encuentran cerrados por su baja producción que tienen y que económicamente ya no son comerciales.
FIGURA 17: POZOS DEL CAMPO CARRASCO
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante la IDHI]
Como se puede observar en la tabla 11, los pozos productores del campo Carrasco, pero también existen pozos cerrados, pozos no productores y pozos inyectores. Este campo
59
entro en declinación considerablemente en los últimos años afectando así a la Capacidad de la Planta Procesadora Carrasco.
TABLA 11: POZOS PRODUCTORES DE CARRASCO POZO
ESTADO
FORMACI N
CRC - 5
No Productor
Petaca
CRC - 6
Inyector
Robore I
CRC - X7
Productor
Roboré I y III
CRC - 8
Inyector
Robore I
CRC - X11
Productor
Roboré I y III
CFW - 01
Productor
Petaca - Yantata
CFW - 02
Cerrado
Yantata
CFW - 03
Cerrado
Yantata
CRE - X1
Cerrado
Petaca – Robore I
CRE - X2D
Negativo
Robore I
CRC - 4ST
Cerrado
Yantata
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante YPFB Chaco]
3.1.4.2. Campo Bulo Bulo El campo Bulo Bulo fue puesto en producción desde el 2000, las formaciones productoras de este campo son: cajones, robore I, robore II, robore III, yantata. Este campo se caracteriza por un bajo contenido del dióxido de carbono. Los pozos perforados del campo Bulo Bulo se identifican en la figura 18. Estos pozos se encuentran a una distancia considerable de la Planta Carrasco, algunos necesitan tener una telemetría, esto quiere decir que se pueda controlar en una sala de control debido al acceso hacia al pozo y a la distancia.
FIGURA 18: POZOS DEL CAMPO BULO BULO
60
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante la IDHI]
Para aumentar la producción de hidrocarburos, en algunos pozos se tuvieron que instalar dos tuberías en un mismo pozo como son las líneas cortas (LC) y líneas largas (LL), las cuales permiten llegar a dos formaciones distintas para poder producir. Durante los últimos cinco años se empezaron a perforar más pozos en este campo como se puede ver en la tabla 12.
TABLA 12: POZOS PRODUCTORES DE BULO BULO POZO
ESTADO
FORMACIÓN
BBL – 02
Productor
Cajones
BBL – 03
Productor
Roboré I
BBL – 08
Productor
Roboré I
BBL – 09
Productor
Roboré III
BBL – 12
Productor
Cajones
BBL – 13
Productor
Yantata
BBL – 10LC
Productor
Roboré I
BBL – 10LL
Productor
Roboré III
BBL – 11LC
Productor
Roboré I y III
BBL – 11LL
Productor
Roboré I y III
61
BBL – 14LC
Productor
Cajones
BBL – 14LL
Productor
Yantata
BBL – 15LC
Productor
Roboré I y III
BBL – 15LL
Productor
Roboré I y III
BBL – 16D ST
Productor
Yantata
BBL – 17
Productor
Cajones
BBL – X2
Productor
Cajones
BBL – X3
Productor
Cajones
BBL – X8
Productor
Yantata
F U E N T E : [Elaboración
3.1.4.3.
propia mediante YPFB Chaco]
Campo Yapacaní
En los últimos 10 años aumento la cantidad de pozos perforados en varios campos y uno de esos campos explorados es el campo Yapacaní que en los últimos cinco años se perforaron varios pozos como se puede identificar en la figura 19, estos pozos se encuentran a distancias próximas uno del otro.
FIGURA 29: POZOS DEL CAMPO YAPACANI
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante la IDHI]
Aunque los pozos del campo fueron positivos, ponerlos en producción toma un tiempo de 3 a 4 años. La mayoría de los pozos fueron positivos en este campo como se podrá observar
62
en la tabla 13, pero cabe recalcar que cuenta con un gran reservorio de petróleo y con un casquete de gas.
TABLA 13: POZOS PRODUCTORES DE YAPACANI POZOS PRODUCTORES DEL CAMPO YAPACANI POZO
ESTADO
AHORA
ESTADO
YPC - 9
Productor
YPC – 28
Productor
YPC - 10
Productor
YPC – 29
Productor
YPC - 16
Productor
YPC – 30
Productor
YPC - 20
Productor
YPC – 31
Productor
YPC – 21
Productor
YPC – 32
Productor
YPC – 22
Productor
YPC – 33
Productor
YPC – 23D
Productor
YPC – 34D
Productor
YPC – 24
Productor
YPC – 35D
Negativo
YPC – 26
Productor
YPC – 36
Productor
YPC – 27
Productor
YPC – 37
Productor
YPC – 28
Productor
YPC – 38
Productor
YPC – 28D
Negativo
YPC – 39
Negativo
YPC – 40
Productor
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante YPFB Andina]
El volumen de fluido de algunos que se obtiene de estos pozos se traslada a la Planta Carrasco mediante un GCY (Gasoducto Carrasco- Yapacaní), este gasoducto cuenta con las siguientes características como se puede observar en el anexo E.
3.1.4.4. Campo Kanata La producción de este campo alimentaba a dos Plantas que son: Carrasco y Kanata, pero la Planta Kanata cerro el 2013, debido a la declinación de los pozos productores.
FIGURA 19: POZOS DEL CAMPO KANATA 63
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante la IDHI]
Actualmente este campo cuenta con una subdivisión las cuales son: Kanata Norte, Kanata Sur, Kanata Este y Kanat Foot Wall. Las formaciones produ ctoras de este campo son petaca y yantata, como se observa en la tabla 14, los pozos productores dentro del campo.
TABLA 14: POZOS PRODUCTORES DE KANATA POZO
ESTADO
FORMACI N
KNN - X1
Productor
Petaca - Yantata
KNN – X2
No Productor
Petaca
KNN – 3DST1
No Productor
Petaca - Yantata
KNN - 4H
No Productor
Yantata
KNT - X1
Productor
Yantata
KNT - 4H
No Productor
Yantata
KFW - 01
Productor
Petaca
KFW - 02
No Productor
Petaca
KFW - 03
Productor
Petaca
KNT – X2ST1
Productor
Yantata
64
KNT - 3D
Productor
Yantata
KNE - 2
No productor
Petaca
KNE – X1
Productor
Yantata
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante YPFB Chaco]
3.1.5. Identificación del área de interés en la Planta Carrasco Como se puede observar en la figura 18, una imagen satelital en la cual se idéntica el área de estudio dentro de la Planta Carrasco que corresponde a los sistemas de compresión y separación.
FIGURA 18: IDENTIFICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO SATELITAL
F U E N T E : [Elaboración
propia]
También se puede observar en la figura 19, un diagrama de la planta de Carrasco en las cuales se puede identificar el área de estudio, en el Anexo G, se puede ver los procesos que existen en toda la Planta Carrasco para el tratamiento del gas, con algunos datos de funcionamiento de cada unidad que existe en la Planta.
FIGURA 19: DIAGRAMA DE LA PLANTA CARRASCO
65
SLUG CATCHER A T A N A K
O L U B O L U B
O C S A R R A C
RECOLECTOR
SEPARACIÓN DE BAJA
SEPARACIÓN DE ALTA
PLANTA DE AMINA
ESTABILIZACIÓN CONDENSADO COMPRESIÓN DE BAJA
DEETANIZADORA
SISTEMAS DE DESHIDRATACIÓN
SISTEMA CRIOGÉNICO
COMPRESIÓN ALTA
DESBUTANIZADORA
TRATAMIENTO DE AGUA DE FORMACIÓN
F U E N T E : [Elaboración
ALMACENAMIENTO DE CONDENSADO
ALMACENAMIENTO DE GLP
GAS RESIDUAL A GASODUCTO Y TERMOELÉCTRICAS
propia mediante YPFB Chaco]
En el siguiente diagrama, la línea enmarcada con color rojo identifica a los separadores de la Planta Carraco y la línea morado identifica la unidad de compresión en la Planta.
3.2. ANÁLISIS DE LOS VOLÚMENES DE PRODUCCIÓN QUE LLEGAN A LA PLANTA CARRASCO Los fluidos que llegan al a Planta Carrasco de los campos se caracterizan por la producción de gas ya sea con un nivel bajo o alto de contaminantes, pero también son campos productores de petróleo en menor cantidad. La Planta es una planta criogénica es decir que procesa el gas hasta tener una composición o fluido puro, es decir un gas con un nivel bajo de contaminantes.
3.2.1. Cuantificación de los volúmenes de producción La Planta carrasco tiene una capacidad de procesamiento de 70 MMPCD (Millones de pies cubico día), pero en los últimos años bajo considerablemente la producción de los pozos,
66
porque algunos pozos fueron cerrados por que económicamente ya no era factible seguir realizando algún tipo de recuperación dentro del pozo, como se puede ver en la imagen 1. Algunos de estos pozos se encuentran en cercanía de la Planta y otros se encuentran dentro.
IMAGEN 1: POZO CERRADO CRC-X1
Como se puede apreciar en la imagen 2, se puede observar líneas de recolección cerradas, en mal estado y la mayoría de estas líneas pertenecen a pozos que dejaron de producir, pero fueron alguna vez un gran aporte para las reservas de nuestro país. Algunos equipos de estas líneas de recolección fueron reubicados en otros procesos, porque aun podían cumplir con su función y además reducir los co stos de instalación de las nuevas líneas de recolección.
IMAGEN 2: LINEAS DE RECOLECCIÓN USADAS
67
F U E N T E : [Elaboración
propia]
Los parámetros de operación de la Planta Carrasco se pueden observar en la siguiente tabla 15, en la cual se puede observar los parámetros de salida y entrada las cuales se trata de mantener en proximidades para que no pueda afectar el funcionamiento de la Planta Carrasco.
TABLA 15: PARÁMETROS DE OPRACIONDE LA PLANTA CARRASCO PARÁMETROS DE OPRERACIÓN Capacidad de procesamiento
70MMPCD
Presión de operación
1100
PARÁMETRO DE ENTRADA Caudal
50MMPCD
Temperatura
100°F
PAR METRO DE SALIDA Presión
1100 psi
Caudal
45MMPCD
Temperatura
99°F
F U E N T E : [Elaboración
propia mediante ANHI]
Cabe mencionar que el GCY (Gasoducto Carrasco- Yapacaní) que transfiere YPFB Transportes a la Planta Carrasco para que lo puedan procesar, como se puede obser var en la imagen 3, la tubería pintada de amarrillo es el GCY (Gasoducto Carrasco- Yapacaní) con un diámetro de 12” y un caudal aproximadamente que llega a la Planta de 37 MMPCD
68
(Millones de pies cubico día), pero el ducto tiene una capacidad de transporte de 144 MMPCD (Millones de pies cubico día).
IMAGEN 3: GCY (GASODUCTO CARRASCO-YAPACANI)
F U E N T E : [Elaboración
propia]
El GCY (Gasoducto Carrasco- Yapacaní) cuenta con válvulas de regulación que son los de color rojo como se puede observar en la imagen 4, que permiten aumentar y disminuir el volumen que entrara a la Planta, el gasoducto se encuentra enterrada por medidas de seguridad.
IMAGEN 4: VALVULAS DEL GCY (GASODUCTO CARRASCO-YAPACANI)
F U E N T E : [Elaboración
propia]
3.2.2. Distribución de la producción de la Planta 69
El gas que se procesa de la Planta se dirige a dos sectores muy importantes como ser la termoeléctrica de Bulo Bulo, la planta de urea y amoniaco y el gas licuado que se obtiene del proceso al cual se somete el gas.
3.2.2.1.
Termoeléctrica de Bulo Bulo
Esta termoeléctrica se encuentra dentro de la misma Planta como se podrá ver en la figura 20, la cual tiene una malla alrededor debido a que existe una alta tensión y solo tienen acceso las personas autorizadas como se observa en la imagen 5. La termoeléctrica consume aproximadamente 24 MMPCD (Millones de pies cubico día) que la Planta tiene que suministrar cada día. Esta termoeléctrica genera aproximadamente 140 MW (megavatios).
FIGURA 20: UBICACIÓN DE LA TERMOELÉCTRICA
F U E N T E : [Elaboración
propia]
IMAGEN 5: TERMOELÉCTRICA DE BULO BULO 70
F U E N T E : [Elaboración
propia]
La termoeléctrica cuenta con tres turbinas como se podrá observar el la imagen 6, cada turbina consume aproximadamente 8 MMPCD (Millones de pies cubico día).
IMAGEN 6: TURBINAS DE LA TERMOLÉCTRICA BULO BULO
F U E N T E : [Elaboración
3.2.2.2.
propia]
Planta de urea y amoniaco 71
Esta Planta consume aproximadamente 52 MMPCD (Millones de pies cubico día) de un gas seco que se procesa en la Planta Carrasco, la cual es entregado a YPFB Transportes cuando el gas se lo termina de procesar. Con la ayuda del GCY (Gasoducto CarrascoYapacaní) la Planta Carrasco puede cumplir con los requerimientos que tiene la Planta de urea y amoniaco, como se puede ver en la imagen 7.
IMAGEN 7: PLANTA DE UREA Y AMONIACO
F U E N T E : [Elaboración
3.2.2.3.
propia]
Otros productos de la Planta Carrasco
Por los procesos q se realiza en la Planta Carrasco se obtiene Gas licuado la cual se las almacena en tanques horizontales más conocidos en la Planta como salchichas como se puede observar en la imagen 8. La producción de Gas licuado llena aproximadamente 13200 garrafas al día.
IMAGEN 8: TAMQUE DE GAS LICUADO 72
F U E N T E : [Elaboración
propia]
Un tanque horizontal que es llenado por la Planta Carrasco, provee a las cisternas permitiendo llenar dos cisternas en un tanque como se puede observar en la imagen 9.
IMAGEN 9: LLENADO DEL CISTERNA
F U E N T E : [Elaboración
propia]
3.2.3. Identificación de la composición del fluido de la Planta Carrasco Los tres campos productores se encuentran en el bloque Chimoré, pero aun siendo así tienes distintas composiciones la cual se puede apreciar en la cromatografía de cada campo como se puede ver el anexo F. Estos campos cuentan con distintas cantidades de composición para lo cual es necesario someterlo a procesos que nos permitan obtener un
73
fluido con una gran pureza. A pesar que el contenido de dióxido de carbono en Bulo Bulo esta por los 2.58 % y Carrasco con 1.3070 % . Este contenido de dióxido de carbono se baja mezclando el GCY con la producción de los campos reduciendo así el nivel de
, es
por esta razón que la unidad de endulzamiento en la Planta Carrasco no se encuentra en funcionamiento. La planta cuenta con su propio cromatógrafo en línea como se puede ver la imagen 10, que se encuentra en la unidad del turbo expansor. Este cromatógrafo funciona con gas elio, las lecturas lo realizan cada 15 minutos y cuenta con una conexión a la sala de control en el cual los operadores pueden revisar y verificar la composición del fluido . El cromatógrafo es de la marca ABB la cual no necesita ninguna intervención de un operador porque este equipo es capaz de:
Tomar las muestras
Se calibra automáticamente
Realiza las lecturas
IMAGEN 10: CROMATÓGRAFO DE LA PLANTA CARRASCO
F U E N T E : [Elaboración
propia]
74
La lectura que realiza el cromatógrafo de la mezcla de los campos y GCY (Gasoducto Carrasco- Yapacaní), en el anexo F se puede observar la cromatografía de los fluidos de Planta Carrasco. Las especificaciones del gas para su transporte se pueden observar en la tabla 16 donde se podrá ver los niveles de los compuestos que tiene que tener el gas. Es importante mantener estos niveles y poderlos cumplir ayudara a evitar corrosiones a corto tiempo.
TABLA 16: ESPECIFICACIONES PARA EL TRANSPORTE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE CONTAMINANTES No más 4 ppm (partes
Agua
por millón)
Dióxido de Carbono
No más de 2%
Nitrógeno
No más de 3%
F U E N T E : [Elaboración
propia]
En dicha cromatografía de la Planta Carrasco, los niveles de dióxido de carbono y el nitrógeno se encuentran bajo las especificaciones de transporte para los gasoductos. Cabe mencionar que este cromatógrafo no lee el contenida de agua que puede haber en el fluido, es el único defecto que tiene el cromatógrafo.
3.2.4. Determinación el porcentaje de recuperación de gas y líquidos De acuerdo al contenido de carbonos se puede evidenciar que hasta el butano se considera gas y a partir del pentano son líquidos. Viendo la cromatografía que se encuentra en el anexo F, se puede obtener la cantidad de gas y líquido que existe en la cromatografía. Para saber el porcentaje de gas que se recupera se sumará los valores hasta el butano de la cromatografía del anexo F, como se verá en la tabla 17.
75
TABLA 17: PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN DE GASES COMPUESTO Nitrógeno Dióxido de Carbono Metano Etano Propano i-Butano n-Butano
SÍMBOLO
% DE GAS DE RECUPERABLES 2.3959 0.9305 92.1580 2.5823 1.1271 0.1772 0.3652
Valor total de recuperación de gas F U E N T E : [Elaboración
99.736
propia]
Para saber la cantidad de líquido que se recupera dentro de los separadores se realizará el mismo procedimiento que de los gases, pero obteniendo el resultado en la tabla anterior se puede concluir que el volumen de líquido es poco. Para este se debe sumar los valores del pentano para abajo como se puede apreciar en la tabla 18.
TABLA 18: PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN DE LÍQUIDOS % DE LIQUIDOS COMPUESTO i-Pentano n-Pentano Hexano Heptano
SÍMBOLO
DE
RECUPERABLES
Valor total de recuperación de liquido F U E N T E : [Elaboración
0.0520 0.1073 0.1045 0.0000
0.264
propia]
Sumando los valores de recuperación de gases tabla 19 y líquidos tabla 20, se tiene un total del 100%.
76
Los niveles de liquidó son bajos comparados con el nivel de gas, es por esta razón que nos permite corroborar que los campos explotados son gasíferos. El tipo de gas que produce la Planta Carrasco se podr á observar en la tabla 19, este gas es obtenido mediante los procesos a la cual es sometido en la Planta. Cabe mencionar que el gas que se manda a la Planta de Urea y Amónico es un gas seco y por ende es dulce, se encuentra bajo las especificaciones técnicas de transporte.
TABLA 19: TIPO DE GAS DE LA PLANTA CARRASCO ITEM
TIPO DE GAS SI
NO
Dulce GAS
Acido y agrio Seco (Pobre) Rico (húmedo)
F U E N T E : [Elaboración
propia]
3.2.5. Proceso de recolección recolección de los fluidos fluidos Después realizada la perforación del pozo, se empiezan hacer las oper aciones para ponerlo en producción, hay pozos que se encuentran cerca de la Planta Carrasco los cuales se conectan mediante una línea de recolección. reco lección. Pero también existen pozos que encuentran a una distancia considerable o presiones bajas las cuales cua les llegan primero a un recolector fuera de la Planta y después es conecta hacia la Planta Carrasco. Los fluidos que ingresan a la Planta llegan aun Slug Cátcher la cual es un amortiguador de baches para el líquido, en donde más que todo estabiliza y amortigua la presión del líquido que puede venir de los pozos como se puede ver en la imagen 11. El slug cátcher tiene como base las tuberías con mayor diámetro , por encina se encuentran tuberías que conectan las tuberías con mayor diámetro.
IMAGEN 11: SLUG CÁTCHER 77
F U E N T E : [Elaboración
propia]
Después del Slug Cátcher se van a un colector en donde se recolectan los fluidos de los pozos como se puede observar en la imagen 12, donde las válvulas de que se encuentran abajo son las de llegada y las de salida se encuentran en la parte superior, superior , cada separador cuenta con propia válvula y si se requiere habilitar el funcionamiento del separador se abre las válvulas de acuerdo a la conexión que tenga con el separador.
IMAGEN 12: COLECTOR DE FLUIDOS
F U E N T E : [Elaboración
propia]
Dentro del recolector cada pozo tiene su propia tubería y válvula como se puede observar en la imagen 13, en donde las tuberías verticales corresponden a cada pozo y las 78
horizontales al tipo de separador que corresponde, es decir si será de alta, media y baja capacidad.
IMAGEN 13: TUBERIAS DE RECOLECCIÓN
F U E N T E : [Elaboración
propia]
En los recolectores es la parte donde se mezcla junto con el GCY (Gasoducto Carrasco – Yapacaní) y así pueda seguir por el sistema de tratamiento dentro de la Planta, como se puede ver en la imagen 14.
IMAGEN 14: GCY (GASODUCTOS CARRASCO – YAPACANÍ)
F U E N T E : [Elaboración
propia]
Después de juntar toda la producción de los pozos en los recolectores sigue la línea de tratamiento que corresponde a los separadores.
79
La Planta Carrasco cuenta con separadores de alta, intermedia y baja. Estos límites son dependiendo a las presiones que tienen los pozos de producción.
3.2.6. Capacidad de los separadores existente en la Planta Carrasco La producción de los tres campos con los que cuenta la Planta Carrasco llega a un volumen de 50 MMPCD (Millones de pies cúbicos día), la cual es procesada en el separador de alta capacidad. Pero la capacidad de procesamiento de la Planta es 70 MMPCD (Millones de pies cúbicos día). El volumen que viene de los pozos tiene una presión intermedia, pero este volumen cumple con la capacidad de procesamiento de la Planta Carrasco, pero con el GCY (Gasoducto Carrasco- Yapacaní) permite llegar al requerimiento de la Planta Carrasco. La planta cuenta con los siguientes separadores como se puede observar en la imagen 15.
IMAGEN 15: SEPARADORES DE LA PLANTA CARRASCO
F U E N T E : [Elaboración
3.2.6.1.
propia]
Separadores de alta de la Planta Carrasco
Aquí entran los pozos que sin ninguna ayuna y solo con la energía del pozo pueden llegar hasta el Slug Cácher, con presiones de 900 psi para arriba e ingresan a este tipo de separadores. Los 50 MMPCD (Millones de pies cúbicos día) ingresan a este tipo de separadores a pesar que su presión es menor de 900 psi, pero en la Planta Carrasco lo adecuaron para que
80
puedan procesar el volumen que vienen de los pozos. En la imagen 16 puede observar el separador de alta, es un separado trifásico es decir que separa (gas -agua-petróleo).
IMAGEN 16: SEPARADOR DE ALTA CAPACIDAD
V-02
F U E N T E : [Elaboración
propia]
En la Planta existen dos separadores de alta como el: V-485 que es el separador de prueba de los pozos y el V-02 que se utiliza para la separación de los fluidos que vengan del Slug Cátcher .
3.2.6.2.
Separadores de intermedia de la Planta Carrasco
Aquí se encuentran los pozos que están entre la mínima presión y alta presión, es decir menor a 900 y mayor a 160.El separador de la Planta Carrasco a pesar que su diseño es un separador de alta trabaja como un separador de intermedia debido a las presiones de sus pozos y por la caída de producción de sus pozos. Es por esta razón que su separación no es tan eficiente y utilizan los separadores de baja presión para que la separación sea más eficiente. Al separador de alta solo cambiaron la brida que tiene a la entrada del fluido como se podrá ver en la imagen 17, para que pueda entrar aun presión y al chocar con el rompe vórtice pueda causar la turbulencia.
IMAGEN 17: BRIDA DEL SEPARADOR 81
F U E N T E : [Elaboración
3.2.6.3.
propia]
Separadores de baja de la Planta Carrasco
En este tipo de separadores entran los pozos que ya está en su mínima producción entre los rangos de 130- 160 psi. Estos separadores aún siguen en funcionamiento como se puede ver la imagen 18, que separan el gas que separa el separador de alta, porque su separación en la primera etapa no es eficiente.
IMAGEN 18: SEPARADOR DE BAJA CAPACIDAD
F U E N T E : [Elaboración
propia]
La Planta Carrasco cuenta con los siguientes separadores de baja capacidad como se observará en la tabla 20.
82
TABLA 20: SAPARADOR DE BAJA CAPACIDAD TIPO DE SEPARADOR
TAG V-08 V-07
Separador de baja
V-03
Capacidad
V-04 V-490
F U E N T E : [Elaboración
propia]
También existe otro tipo de separador en al cual solo se separa el petróleo de las pequeñas partículas de agua que existen, como se puede apreciar en la imagen 19, este separador es el V-490.
IMAGEN 19: SEPARADOR DE PETROLEO Y AGUA
F U E N T E : [Elaboración
propia]
3.2.7. Capacidad de los compresores de la Planta Carrasco Dentro de la Planta Carrasco cuenta con compresores reciprocantes, la Planta Carrasco cuenta con 6 compresores las cuales tres se usan para aumentar la presión al gasoducto para la termoeléctrica y la Planta de urea y amoniaco. Las otras tres comprimen el gas para
83
seguir el proceso como se podrá observar en la imagen 20. Estos compresores son de presión intermedia.
IIMAGEN 20: COMPRESORES DE LA PLANTA
F U E N T E : [Elaboración
propia]
El ducto que se puede ver en la imagen 21, es la tubería que va directo a los compresores de la Planta Carrasco, con el fin de comprimir el gas y aumenta la presión.
IMAGEN 21: TUBERIA PARA EL COMPRESOR
F U E N T E : [Elaboración
propia]
Los compresores cuentan con una protección de corrosión externa y tiene un sistema de drenaje para su mantenimiento.
84
Las características del compresor se pueden ver en la tabla 21, en la cual describe algunos datos de operación.
TABLA 21: CARACTERÍSTICAS DEL COMPRESOR RECIPROCANTE ITEM
DATOS
Potencia
970 RPM (revolución por minuto)
Presión de succión
360 psi
Presión de descarga
1200 psi
Numero de etapas
1 sola etapa
F U E N T E : [Elaboración
propia]
3.3. DISEÑO DE LA NUEVA BATERÍA DE SEPARADORES PARA LA PLANTA CARRASCO Para el diseño de las nuevas baterías de separación se tendrá que realizar una desc ripción de las normas en la cual se basaran todos los cálculos respectivos, con el fin de realizar los cálculos respectivos para los separadores. No todos los países manejan una sola norma para su diseño de los separadores, sino al contrario usan dependiendo a sus características d su hidrocarburo.
3.3.1. Normas para el diseño de separadores Dentro de las normas y manuales que permiten el diseño de los separadores existen varios pero los que se tomaran en cuenta son: GPSA (Gas Processors Suppliers Association) y PDVSA (Petróleo Venezolano), para lo cual se hizo una descripción de las normas como se podrá observar en la tabla 22.
TABLA 22: DESCRIPCIÓN DE LAS NORMAS DE DISEÑO NORMA
MANUAL CAPÍTULO Manual
PDVSA
diseño
DESCRIPCIÓN DE LAS NORMAS
de para El manual MDP-03-S-01 explica paso a paso el
los
dimensionamiento de los separadores, cuenta con
separadores
procedimientos de diseño de cálculo.
85
MDP-03-S-01 Proporciona condiciones y recomendaciones que se tienen que tomar en cuenta en el momento de la selección del separador, para su dimensionamiento y el diseño. Es importante mencionar que este manual está basado en la norma del GPSA, tomando en cuenta algunas recomendaciones y consideraciones que toma el GPSA. Este manual toma todos los tipos de separación como ser liquido - liquido, gas – liquido - petróleo, liquido – gas, solidos- líquidos. Contiene conceptos básicos que se usan en los procedimientos de cálculo del separador.
Dentro de la normativa del GPSA, se pudo revisar que el diseño de separadores se encuentra en el capítulo 7 en la cual describe algunas características que tienen los separadores, también se puede encontrar el diseño de
separadores
donde
puede
observar
el
dimensionamiento de los distintos separadores. GPSA
Capítulo 7
Contiene conceptos básicos que permiten entender el principio de separación y la importancia que tienen los accesorios básicos que contribuyen al equipo de separación. Cuenta con ejemplo para el dimensionamiento del separador permitiendo así ver cómo adecuar los datos dentro de una ecuación.
F U E N T E : [Elaboración
propia]
De acuerdo a la siguiente descripción que se realizó ambas normas tienen conceptos similares básicos para el dimensionamiento del separador, cuentos con ecuaciones
86
similares pero el PDVSA toma distintos parámetros, ecuaciones más amplias y el GPSA considera las ecuaciones básicas para el dimensionamiento del separador. Ambas normas trataran de tomar todos los factores importantes que se deben de considerar para poder diseñar el separador, pero al diseño de los nuevos separadores para la Planta Carrasco se tomaran en cuenta ambas normas.
3.3.2. Calculo de las propiedades físicas Para poder realizar los cálculos para el diseño de los separadores es necesario calcular las propiedades físicas del fluido. Según la cromatografía de la Planta Carrasco que se encuentra en el anexo F, se realiza los cálculos de las propiedades físicas del fluido. Los datos básicos para poder calcular las propiedades físicas se podrán ver en la tabla 23. TABLA 23
VARIABLE
UNIDAD DATOS
Presión
PSI
450
Temperatura
°F
80
API F U E N T E : [Elaboración
85.5
propia]
Peso Molecular: aplicando la ec-1 (pag.14). El peso molecular es de toda la mezcla como se observa la fórmula es la sumatoria. Pero como ejemplo para el cálculo se realizará para el dióxido de carbono.
Donde:
= ∑ = 1 ( ∗ ) / = 44.01∗0.01307 = . /
: Peso moléculas aparentes = 44.01 : Fracción molar = 0.01307
87
Este proceso cálculo se lo realiza con cada uno de los compuestos de la cromatografía obtenida, con el fin de poder obtener el peso molecular de toda la mezcla. Para poder obtener el peso de la mezcla se debe sumar todos los valores obtenidos, como se verá en la tabla 24.
TABLA 24: PESO MOLECULAR DE LA MEZCLA COMPUESTO
Mi
Yi*Mi
1.307
44.010
0.5752
0.9354
28.030
0.2622
88.1088
16.042
14.1344
5.3874
30.069
1.6199
2.4182
44.096
1.0663
0.3334
58.123
0.1938
0.7633
58.123
0.4437
0.2410 0.2422
72.149
0.1739
71.149
0.1747
0.1834
86.175
0.1580
0.0799
100.202
0.0801 18.8822
TOTAL
F U E N T E : [Elaboración
Yi
propia]
Gravedad Especifica: En el anexo F en la cromatografía del campo Carrasco existe como dato la gravedad específica, pero con la ec-3 (pag.15) se verificará si el cálculo es correcto.
Donde:
: Peso molecular de aire = 28.96
= // = 128.8.898226
: Peso molecular del gas =18.8822
88
= .
La gravedad especifica calculada es de toda la mezcla, es decir que se toma el dato de la sumatoria del peso molecular.
Gravedad especifica del petróleo: Se podrá calcular con la ec-9 (pag.17), de esta fórmula se realiza el despeje para poder hallar la gravedad del petróleo como se verá a continuación.
Donde:
= 141. 5 131..5 1 5) = 141. 5 =∗(.85.5+131. =
: Americam Petroleum Institute = 85.5
Densidad del petróleo: Para hallar la densidad del fluido se utilizará la ec-8 (pag.17)
Donde:
: Gravedad especifica de gas = 0.6520
/ = =.0.6520∗62. 4 /
: Densidad del agua a 60 °F = 62.4
Presión y Temperaturas Seudocriticas: con la ec-4 (pag.16) para la presión y la ec-5 (pag.16) para la temperatura, Pero como vera en la ecuación es una sumatoria de todos lo resultados, se podrá observar un resumen de todos los cálculos en la tabla 25. Como ejemplo se tomará para el dióxido de carbono.
Presión
= ∑ ∗ = 0.01307∗1071
: Presión seudocríticas del componente ( psi) =1071 : Fracción molar = 0.01307
89
= 13.998 = ∑ ∗ Temperatura
Donde:
: Fracción molar = 0.01307 : Temperatura critica del componente (°R) = 547.9
=0. =01307∗547. 9 7.161 °R
TABLA 25: PRESIÓN Y TEMPERATURA SEODOCRÍTICAS DE LA MEZCLA COMPUESTO
Yi
= = Yi*
1.307
547.9
1071
7.161
13.998
0.9354
227.6
493
2.129
4.612
88.1088
343.340
667.000
302.513
587.686
5.3874
549.920
706.600
29.626
38.067
2.4182
665.920
615.500
16.103
14.884
0.3334
734.410
527.900
2.449
1.760
0.7633
765.550
550.900
5.843
4.205
0.2410 0.2422
829.000
490.400
1.998
1.182
845.800
488.800
2.049
1.184
0.1834
913.800
436.900
1.676
0.801
0.0799
972.900
396.800
0.777
0.317
18.8822
372.324
668.696
TOTAL
F U E N T E : [Elaboración
Yi*
propia]
Obteniendo la tabla en la cual se realizó para componente las operaciones cálculo se realiza la sumatoria de toda la mezcla, estos resultados se utilizarán para el cálculo del factor de compresibilidad.
90
Factor de compresibilidad: Se utilizará el método de standing Katz, para lo cual es necesario calcular la presión seudorreducida con las ec-6 (pag.16) y con la ec-7 (pag.17) la temperatura seudorrreducida..
= = =668..464.6967 = Presión
Donde:
: Presión de operación = 464.7
:Presión seudocríticas = 668.696
Temperatura
Donde:
: Temperatura de operación = 540
° ° = =372..540324
: Temperatura seudocríticas =372.324
Teniendo los resultados de presión y temperatura seudorreducidas se usará la gráfica que se encuentra en al anexo B, para determinar el valor del factor de compresibilidad. Mediante la gráfica se pudo obtener el valor de Z =0.91, este valor nos ayuda para obtener la densidad de la mezcla de gas.
Densidad del gas: Para hallar la densidad se utilizará la ec-2 (pag.15)
Donde:
= ∗∗∗ /
: Peso molecular aparente = 18.8822
91
° 7 ∗18. 8 822 = 464. 0. 9 1∗10. 7 3∗540 = . /
: Presión absoluta = 450+14.7= 464.7 : Factor de compresibilidad =0.6514
: Constante universal de los gases = (10.73 psi
/ lb-mol °R)
: Temperatura absoluta = 80°F+ 460=540
Obteniendo todos los cálculos que son básicos se podrá realizar el dimensionamiento de los separadores para la Planta Carrasco.
3.3.3. Tipo de separadores Para poder determinar el tipo de separador del cual se realizará el dimensionamiento para luego realizar el diseño, es necesario tomar en cuenta las ventajas y desventajas tanto del separador vertical y horizontal. Realizando una comparación como se podrá ver en la tabla 26, con el fin de poder escoger el separador adecuado para el fluido de entrada que se tiene del recolector.
TABLA 26: COMPARACIÓN DE LO SEPARADORES SEGÚN SU POSICIÓN TIPO DE SEPADOR
COPARACIÓN - Son mucho más económicas. - Ayudan a la desgasificación del líquido. - Son mucho más prácticos si son fluidos trifásicos.
Horizontal
- Son más accesibles para la revisión técnicas. - Son usados cuando en el flujo existe una gran cantidad apreciables de los tres fluidos o una cantidad igual o mayor al líquido. - Ocupan mayor espacio para su instalación.
Vertical
- Es más costosa en comparación con los separadores horizontales.
92
- Es mucho más fácil realizar el control de líquido y gas. - Se usa comúnmente cuanto el nivel de gas es mucho mayor que el contenido de líquido. - Dificultad para realizar una inspección. - No requieren mucho espacio para su instalación. F U E N T E : [Elaboración
propia]
Haciendo la comparación de las ventajas y desventajas que tienen los separadores se selecciona los de tipo horizontal para el primer separador, teniendo en cuenta que el fluido que entra es trifásico y con contenido apreciables de gas. Además, que se tiene que tomar en cuenta una ventaja muy importante que son mucho más económicos que los separadores verticales. Para la segunda etapa se considera un separador bifásico horizontal para la extracción las pequeñas moléculas de gas del fluido y otro separador para separar las pequeñas partículas de petróleo – agua del gas. En conclusión, se usarán tres separadores de los cuales se realizará el cálculo correspondiente, como se observará en la tabla 27 en la cual se podrá observar los parámetros importantes para realizar los cálculos y posteriormente su diseño.
TABLA 27: PARAMETROS PARA EL CALCULO DE LOS SEPARADORES PARÁMETROS PARA EL CALCULO Trifásico (Intermedia capacidad)
Horizontal
Bifásico (Baja capacidad) Vertical F U E N T E : [Elaboración
Bifásico (Baja capacidad)
propia]
3.3.4. Dimensionamiento de los separadores de la Planta Carrasco
93
Los siguientes cálculos para el separador en la primera es un tipo de separado trifásico horizontal, donde tendrá el funcionamiento de separar gas, petróleo y agua. Para esto se realizará el dimensionamiento del separador bajo las normas GPSA Y PDVSA, se utilizarán ambas normas para que el cálculo sea complementario.
3.3.4.1.
Dimensionamiento del separador horizontal – trifásico
Para poder realizar el dimensionamiento del separador primario se debe conocer las condiciones de operación como se podrá ver en la tabla 27, estos datos se obtuvieron de la Planta Carrasco.
TABLA 27: DATOS DE OPERACIÓN DE LA PLANTA CARRASCO VARIABLES
UNIDAD
DATOS
MMPCD
73
Caudal de petróleo
BPD
450
Caudal del agua
BPD
380
Caudal de vapor
Diámetro de la partícula F U E N T E : [Elaboración
micras
propia]
Teniendo los datos para el dimensionamiento del separ ador, se podrá realizar el cálculo de las ecuaciones que nos permitirán obtener resultado para el diseño del nuevo separador.
Paso 1: Calcular el flujo másico con la ec-14, pero primeramente se debe de calcular flujo másico con la ec-13. Flujo másico
Donde:
∗ = 380∗24∗3600 // 8 822 = 7 =3000000∗18. 380∗24∗3600 . /
: Pies cubico día = 73000000
: Peso molecular = 18.8822
Flujo volumétrico de vapor o gas.
94
Donde:
::
Flujo másico = 41.983
//
Densidad del gas =1.664
= = 41.1.696483 = . /
Paso 2: Calcula la Velocidad vertical terminal del vapor con la ec-11, pero primero se debe de calcular el factor de K con la ec-10.
Donde:
:
= 0.350.0001∗( 100) = 0.350.0001∗(450100) = 0.315 , = = / / /
Presión de operación = 450
Para los separadores horizontales se debe dividir entre dos el valor de procedimiento se tiene.
0.158
Teniendo este valor recién se podrá calcular la velocidad critica.
Donde:
:: :
Factor = 0.158
Densidad del gas= 1.664
Densidad del líquido = 40.685
95
realizando el
6 64 = 0.158 40.6851. 1. 6 64 = / = 0.75∗ / = 0.75∗0.765 = . / ℎ ℎ = =5ℎ ∗ 1 5. 6 14 = 450 ∗ 1440 ∗ 1 ∗ 160 = 0.029 / / 0. 0 29 ℎ = 600∗1.754 = = ∗ 1 5. 6 14 = 230 ∗ 1440 ∗ 1 ∗ 160 = 0.015 / 0.0=15300/ = =300∗0.015 0.765
Velocidad vertical
Donde:
: Velocidad terminal = 0.765
Paso 3: Calcular el volumen de retención: Se selecciona el tiempo de retención mediante la tabla 6, la cual como dato es seleccionan de la tabla 6, el valor de
Donde:
ℎ: :
=10 .
Flujo volumétrico del líquido =
Tiempo de retención = 10
= 600 s
17.400
Volumen de perturbación
Donde:
:
Flujo volumétrico del líquido =
: Tiempo de perturbación = 5
4.500 96
. Pero también se debe de
Paso 4: Calcular el diámetro de la vasija mediante la ec-28. Dentro de la ecuación no se cuenta con el valor de
, para esto de toma en cuenta los parámetros que se
describen en la tabla 8, con la presión de operación que en este caso
450 .
Realizando la selección se pudo obtener que el valor de
remplazará en la siguiente ecuación que se verá a continuación.
Donde:
ℎ
= 16∗∗0.(6ℎ ∗+) ) 5 00 = 16∗ (1∗(7.4000+4. . 6 ∗4) = = = 4 ∗ = ∗ 4 4 = .
: Volumen de retención = 17.400
= 4
, la cual se
..
: Volumen de perturbación = 4.500
3.595
A este valor se debe de redondear a los siguientes 0.5
, o tiendo así:
4
Pao 5: Como el diseño tiene extractor de neblina se tomará el valor de
= 2
.
También se debe de calcular el área transversal con la ec-29 como se verá a continuación.
Donde:
: Diámetro de la vasija = 4
Paso 6: Calcular le bajo nivel del líquido con la ec-30.
Donde:
: Diámetro de la vasija = 4
= 0.5 ∗ + 7 = 0.5 ∗4+7 97
= = = =0.52400 = (0.1+(26. ) +(36.8945∗0.99∗0.55 +)+(9.(10.5829∗0. 001+ (7387∗0..299∗0.5)+(22. 5) + (24.9324∗0.53∗0.55)+(14. 93∗0.55)) = 0.5 = == ..5∗12.56 = = 42 = = . 9.5 =.=94
Obteniendo el valor se debe realiza la relación con la tabla 8, como se podrá observar a continuación.
Remplazando el valor de X se tiene que:
Paso 7: Calcular la altura del vertedero
Donde:
: Diámetro de la vasija = 4 : Altura mínima = 2
Paso 8: Calcular la longitud mínima para el líquido liviano, con la ec-32, para este debe realizar la relación para obtener
Donde:
con la tabla 8.
: Altura de bajo nivel de líquido = : Diámetro de la vasija = 4
98
Teniendo el valor de X se debe de remplazar en la relación para así poder obtener el valor
. (4.76E5+(0.175∗0.264)+(5.669∗0.264)+(4.916∗0.264)+(1.145∗0.264) = 1+(3.924∗0.264)+(6.359∗0.264)+(4.018∗0.264)+(1.802∗0.264) =0.211 = ∶ 0.211 = =0..211∗12. 5 66 = ℎ+ ℎ 52822.00651 = 12. 5 17.=666.6.4000+4. 28 = . − = 2 de
Donde:
: Área transversal = 12.566
Longitud mínima para el comportamiento para el líquido liviano
Donde: Donde:
: Volumen de retención =17.400
: Volumen de perturbación =4.500
: Área transversal = 12.566
: Área transversal para el retiro del líquido al vapor = 6.282 : Área transversal para el bajo nivel del líquido = 2.651
Al resultado obtenido se debe de redondear a los 0.5 entonces el resultado es:
Paso 9: Calcular la altura de los líquidos livianos y pesados con la interfase entre 2 como se verá a continuación.
99
dividido
Donde:
: Altura del vertedero = 2
− = = 22 − / / = ==. 14 ) +(36.999∗0.25)+(9.893∗0.25) = (0.1+(26. 001+7(387∗0..299∗0.25)+(22. 25) + (24.924∗0. 353∗0.2255)+(14. 8 45∗0. 2 5 )+(10. 5 29∗0. 2 5 ) = . = = 0.298∗12.566 = . =
Paso 10: Calcular el comportamiento de asentamiento de líquido, pero primero de debe de calcular la relación
y obtener
calcular el área transversal del líquido pesado
usando la tabla 8 y así poder
como del líquido liviano.
Donde:
: Altura para el líquido pesado = 1 : Diámetro de vasija = 4
Teniendo ya calculado el valor de X se debe de remplazar como se podrá a continuación.
Donde:
: Área transversal = 12.566
Área trasversal del líquido liviano
Donde:
: Área transversal = 12.566
: Área transversal para el retiro del líquido al vapor = 6.282 : Área transversal para el líquido pesado = 3.741
100
= 12. 5=666. 2 823. 7 41 .
Paso 11: Calcular la velocidad de las gotas de líquido pesado en la fase liviana
con la ec-36 y la velocidad de ascenso de las gotas de líquido liviano sobre la fase liquida pesada
mediante la ec-37. Pero primeramente se debe de calcular la
= 2.06151∗10− ∗
constante de la velocidad terminal
Donde:
con la ec-35 para luego poder remplazarlo.
: Diámetro de la partícula = 100 micras
− ∗ 100 = 2.06151∗10 = . = ∗ ( ) // 4.50340.685) = 0 .=206∗(62. 18.893 1/ = 8.893 ∗ 12 ∗ 60 = . / = ∗ ( ) // Velocidad de las gotas livianas en flujo pesado
Donde:
: Densidad del agua = 62.4
: Densidad del petróleo = 40.685 : Viscosidad del petróleo= 0.503
: Constante de la velocidad terminal = 0.206
Velocidad de ascenso de las gotas del líquido liviano respecto al pesado
Donde:
: Densidad del agua = 62.4
: Densidad del petróleo = 40.685
101
4.89240.685) = 0 .=206∗(62. 15.015 1/ = 5.015 ∗ 12 ∗ 60 = . / = 0.012 / = =.0.0112 = 0.007 / ==.0.1007 = max( ∗ ; ∗ )
: Viscosidad del agua = 0.892
: Constante de la velocidad terminal = 0.206
Paso 12: Calcular el tiempo de asentamiento para las gotas de líquido pesado atreves de la fase liviana
con la ec-38 y el tiempo de ascenso de las gotas livianas a
través de la fase pesada.
Donde:
mediante la ec-39.
: Altura para el líquido liviano = 1
: Velocidad de las gotas livianas en flujo pesado =
Tiempo de ascenso de las gotas en la fase pesada
Donde:
: Altura para el líquido liviano = 1
: Velocidad de ascenso de gotas del líquido liviano respecto al pesado=
Paso 13: Calcular el valor mínimo de con la ec-40.
para facilitar la separación liquido – liquido
102
Donde:
: Flujo volumétrico de líquido pesado =0.015
: Tiempo de ascenso de las gotas pesadas en la fase livianas = : Área transversal para el líquido pesado = 3.741
Donde:
: Área transversal para el líquido liviano = 2.543 : Flujo volumétrico de líquido liviano = 0.029
: Tiempo de ascenso de las gotas livianas en la fase pesada= 83.333
Paso14: Calcular la longitud total
Donde.
= max( ∗) / 142.857 0 15 = 1 =42.0.853.57∗0. 7 41 73 = ∗ / = 83.= 0.32.933∗0.50543029 = 0.573+0. =950= 1.523 = + ==.2+6. 5
: Longitud mínima liquido – liquido = 2
: Longitud mínima del líquido liviano = 6.5
Paso 15: Calcular el tiempo de caída de la gota de liquido
103
Donde:
= / 2 ==.0.574 =
: Altura para el retiro de líquido al vapor = 2 : Velocidad del vapor = 0.574
Paso 16: Calcular la velocidad del vapor
Donde:
∶
: Flujo de gas = 25.230
/
= .= 26.5.228230/ = ∗ / = =4..016∗3. 4 84
Área transversal para el retiro del líquido al vapor= 6.282
Paso17: Longitud mínima requerida para el retiro del liquido
Donde:
: Velocidad del vapor= 4.016
: Tiempo de la caída de la gota = 3.484
3.3.4.2.
Dimensionamiento del separador vertical – bifásico
Para el dimensionamiento de este separador se debe conocer la condiciones de diseño como se observara en la tablas , la cual no permitirá seguir los siguientes pasos como se desarrollará a continuación.
VARIABLES Caudal de vapor Caudal de petróleo
104
UNIDAD
DATOS
MMPCD
60
BPD
200
Diámetro de la partícula
micras
100
Presión
PSI
380
Temperatura
°F
75
Paso1: Se debe de calcula la velocidad del vapor mediante la ec-12, pero
= 0.350.0001∗( 100) = 0.350.0001∗(380100) =
primeramente se debe calcular el valor de
con la ec-10 para luego calcular la
velocidad terminal con la ec-11:
Donde:
:
Presión de operación = 380
0.322
Velocidad terminal
=
Donde:
:: :
Factor =0.322 Densidad del gas = 1.664
// 6 64 = 0.322 40.6851. 1. 6 64 = / = 0.75∗ / = 0.75∗1.559
Densidad del líquido = 40.685
1.559
Velocidad del Vapor:
Donde:
=
Velocidad terminal = 1.559
105
= / ∗ = 380∗24∗3600 60000000 / ∗18.8822 = =380∗24∗3600 / = 1.169
Paso 2: Mediante la ec-13 se debe realizar la conversión para poder hallar el flujo másico y así poder calcular el flujo volumétrico real
Donde.
:
con la ec-14
Peso molecular aparente = 18.8822
34.507
Flujo volumétrico del gas:
Donde:
::
Flujo másico = 34.507
//
Densidad del gas = 1.664
= 31.4.656407 = / = π∗4 ∗QV 20.737
Paso 3: Calcular el diámetro interno de la vasija mediante la ec-15.
Donde:
::
Flujo volumétrico =
//
Velocidad del vapor =
= 4π∗∗20.1.176937 =
Si hay extractor de neblina, adicionar de (3 a 6) y redondear en incrementos de 6
al
, para obtener el
4.752
106
para acomodar el anillo de soporte .
Paso 4: Calculo del flujo volumétrico del líquido con la ec-16.
Paso 5: Seleccionando el tiempo de retención de la tabla 6, se puede obtener el valor 10
Donde:
ℎ::
1 = . / = 1122.8 ∗ 86400 ℎ = ℎ ∗ / ℎ = 600∗0.013 = . = ∗ /s =s300∗0.013 = = 1 = 10 ∗ 12 = 0.833
con este dato se calcular el volumen de retención:
Flujo volumétrico del líquido = 0.013
Tiempo de retención = 10
= 600
Para el valor del tiempo de retención se debe sacar de la tabla 6.
Paso 6: Como no se especificado el valor del volumen de perturbación, se selecciona de la tabla 6, teniendo como resultado 5
.
Donde:
::
ec-18
Flujo volumétrico del líquido = 0.013
Tiempo de perturbación = 5
=300
3.9
Paso 7: Mediante la tabla 7, obtener la altura de bajo nivel del líquido diámetro de la vasija. El valor que se obtiene de la tabla 7 es 10
con el
.
Paso 8: Calcular la altura de retención del líquido, ente el bajo nivel de líquido (LLL) y el nivel normal del líquido (NLL)
ℎ = 4∗ℎ 107
Donde:
ℎ::
Diámetro de la vasija =
Volumen de retención =
Paso 9: Calcular la altura para el manejo de perturbación
Donde:
::
Diámetro de la vasija = 5
Volumen de retención = 3.9
= 4∗57.8 ℎ = 0.397 = 4∗
= 4∗53.9 = 0.199
Paso 10: Calcular el tamaño de la boquilla de entrada Flujo volumétrico de la mezcla
Donde:
::
= + /s/ = 0.013+20.737 = 20.75 / = +
Flujo volumétrico del líquido = 0.013 Flujo volumétrico del gas = 20.737
Fracción del líquido de la mezcla
Donde:
108
::
/s/s 0.013 737 = 0. 013+20. = 0.001 = ∗ +( 1+ // = (40.685∗0.001)+1.664( 1+0.001 = ≥ 4 ∗60∗ ∗ / / 75∗ √ 1.706 = 4∗20.60∗ = 0.832 ∗ 121 = 9.984 = 10.5 ∗
Flujo volumétrico del líquido =0.013 Flujo volumétrico del gas =20.737
Densidad de la mezcla
)
Donde:
:: :
Densidad del líquido = 40.685 Densidad del gas =1.664
Fracción del líquido de la mezcla =0.001
1.706
Boquilla de entrada
Donde:
::
Flujo volumétrico de la mezcla =20.75 Densidad de la mezcla = 1.706
109
)
Como el
se calcula en
superior en siguen.
multiplicar por 12 para llevar a pulgada y redondear al estándar
. Convertir nuevamente a
para usar dicho valor en las ecuaciones que
Paso11: Altura para el retiro del liquido
Con platina desviadora de flujo
Donde:
:
Diámetro de la boquilla de entrada
= 1+ = 1+ = = 2+(12 ∗) = 2+( =12 ∗)
Paso 12: Calcular la altura de retiro del líquido al vapor, desde la línea de centro de la boquilla de entrada hasta el fondo del extractor de neblina.
Donde:
:
Diámetro de la boquilla de entrada
Pao 13: Si hay extractor de neblina tomar 6 pul. (0.5
la cima de la malla hasta la línea del tangente de cima de la vasija
Paso14: Calcular la altura de la vasija
Donde:
3.3.4.3.
= + ℎ + + + + = + ℎ + + + + =
Dimensionamiento del separador horizontal -bifásico
110
.
) para la malla y (1
) desde
3.3.5. Accesorios del separador Para el funcionamiento adecuado de los separadores requiere instrumento y herramientas las cuales permitirán que el separador funcione de la manera adecuada. Como se podrá ver en la tabla, alguno de los instrumentos básicos con los que tiene que contar el separador.
ITEM
DESCRIPCIÓN
Válvula de alivio Válvula control de nivel Indicadores de presión, temperatura y nivel. Válvula de seguridad
a la entrada del separador mariposa.
Manómetro Termómetro Indicador de nivel
3.4. DISEÑO DE NUEVOS COMPRESORES PARA LA PLANTA CARRASCO. Para poder realizar una reingeniería de los compresores en la Planta Carrasco se precisa conocer bajo que normas o manuales se regirá el presente trabajo, para lo cual se precisa realizar la selección de dicha norma. También para la selección del tipo de compresor se puede usar programas de algunas empresas como son Ariel y eAjax que son empresas que diseñan y construyen compresores.
3.4.1. Normas para el diseño de compresores Existen normas y manuales que permiten realizar los cálculos necesarios para los compresores entre ellos tenemos: GPSA y PDVSA para los cuales se realizó un análisis documental como se podrá observar en la tabla
111
NORMA
MANUAL CAPITULO
DESCRIPCIÓN DE LAS NORMAS
Este manual MDP-02-K-01 está basado en el GPSA, advierte de algunos problemas que Manual de diseño para PDVSA
pudieran
suceder
en
el
compresor,
proporcionando parámetros importantes que se tiene que tomar en cuenta al momento de
los Compresores MDP-02-K-01
realizar el diseño del compresor. Tiene una sección abocado al diseño de los nuevos compresores, en la cual cuenta con un procedimiento paso a paso para poder realizar el dimensionamiento.
El capítulo 13, permite la selección del tipo de compresor de acuerdo a la presión y al volumen a comprimir del gas. Este documento sirve como base para el manual de PDVSA. También cuenta con un procedimiento para GPSA
Capítulo 13
poder diseñar un nuevo compresor. Este documento presenta con una descripción de los tipos de compresores de manera en la cual uno pueda identificar el adecuado. Realiza comparaciones entre los tipos de compresores permitiendo así identificar las ventajas y desventajas que cada compresor.
F U E N T E : [Elaboración
propia]
Para poder realizar la selección del tipo de compresor es el adecuado para los volúmenes que se debe de comprimir y tomando en cuenta las descripciones que se realizó las normas se pudo seleccionar el GPSA.
112
3.4.2. Seleccionar el tipo de compresores Para realizar la selección del tipo de compresor adecuado para los nuevos volúmenes de la Planta Carrasco, se utilizará el programa que tiene eAjax para poder seleccionar el tipo de compresor se adecua a los volúmenes de producción de la Planta Carrasco. El software de eAjax para la selección de compresores es gratuito no requiere muchos procedimientos para su acceso, como se podrá ver en la figura, el software de eAjax.
FIGURA: VENTANA DEL PROGRAMA EAJAX
F U E N T E : [Elaboración
propia]
En el programa de eAjax los datos que se requiere colocar son los siguientes como se podrá ver en la tabla
TABLA: PARÁMETROS DE DIMENCIONAMIENTO VARIABLE
UNIDAD
DATO
Presión de succión
PSIG
394.7
Presión de descarga
PSIG
11214.7
°F
80
Temperatura de succión
113
Flujo total
MMPCD
F U E N T E : [Elaboración
50
propia]
Con los parámetros para el dimensionamiento del compresor se ingresa al programa, en la cual se coloca todos los parámetros como se podrá ver en la figura
FIGURA: PARAMTROS DE DIMENCION EN EAJAX
F U E N T E : [Elaboración
propia]
En parte enmarcada con amarillo se encuentran los parámetros que se debe colocar al programa, para que el programa te pueda seleccionar los compresores que se adecuan a la necesidad que se tenga de comprimir.
En la línea roja de la figura ya mostrada muestra las cantidades de compresores que requiere para poder comprimir adecuadamente, si este dato no es el correcto el programa no selecciona los tipos de compresores que se pueden usar.
La línea enmarcada con verde se encuentra los compresores que el programa selecciono para que puedan ser usados y los que se adecuan a los volúmenes y presión que se requiere.
El programa también calcula BHP (Potencia de freno) que tiene que tener el compresor como se puede ver en la figura
FIGURA: POTENCIA DEL COMPRESOR EAJAX 114
F U E N T E : [Elaboración
propia]
La parte enmarcada con amarillo son datos que el programa calcula automáticamente insertando los datos como se pudo ver anteriormente.
3.4.3. Realizar el cálculo de dimensionamiento de los accesorios 3.5. SIMULACIÓN DEL NUEVO SISTEMA DE COMPRESIÓN Y SISTEMA DE SEPARADORES PARA LA PLANTA CARRASCO. En la industria petrolera se usan una infinidad de softwares las cuales nos permiten simular un proceso, con las condiciones reales, con el fin de analizar y verificar si pudiera ver algún error o falla, esta etapa es muy importante porque una vez ya diñado en el simular el tipo de equipos esto nos ayudara a corregir y tomar decisiones respecto a proceso.
3.5.1. Softwares de simulación Existen varios softwares para la simulación de procesos en condiciones reales las cuales se podrá describir en la siguiente tabla, en la cual podemos apreciar las ventajas, desventajas y el alcance que tiene cada uno de los simuladores.
TABLA : CUADRO COMPARATIVO DE SIMULADORES
115
SIMULADOR
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Permite el cálculo y diseño de equipos en estado dinámico y estático
CHECAD
de
los
procesos
químico.
Es
paquete
No cuenta con algunos equipos de la industria petrolera.
de
diseño,
operación y mantenimiento de equipos.
Permite el diseño atreves de modelos interactivos.
Tiene una extensa base de
datos. HYSYS V.8
No requiere la licencia para su
No utiliza cálculos interactivos.
datos.
Simulación estática.
Herramientas para cálculos
Requiere actualizaciones de la
Proporciona balances de masa
uso.
Disminuye el tiempo de diseño de una planta.
Contiene el paquete de costos técnicos y económicos.
Tiene una base amplia de
Aspen Plus
base de datos.
y energía
El simulador que se seleccionó es el software HYSYS por las facilidades que presenta para poder simular procesos, este simulador te indica los datos que se deben colocar
3.5.2. Variables de diseño al simulador Es necesario introducir todos los datos necesarios al simulador para que se pueda realizar la simulación del proceso que se tendrá en la planta con la modificación de los equipos.
116
Introducción de la composición del fluido que entrara al separador que es lo básico para poder empezar con la simulación como se verá en la imagen ,
Otro requerimiento importante es colocar las condiciones de entrada del fluido al separador como se observará en la imagen
117
Se debe de empezar a colocar los equipos que sean necesarios como se observara en la imagen y sus condiciones de operación que tendrá cada equipo como se observa en la imagen.
Si se puso los datos correctos el equipo se marcara como se observa en la imagen , la cual nos permita seguir la simulación.
118
Si el equipo se marca como se observa en la imagen verificar que dato está mal introducido.
3.5.3. Interpretación de los resultados del proceso Los resultados obtenidos de acuerdo a la simulación nos permitirán r ealizar la interpretación y verificar que lo propuesto es correcto en las condiciones a las que se simulo en el software.
3.6.
PLANOS DE LOS NUEVOS COMPRESORES Y SEPARADORES
3.6.1. Seleccionar el programa para realizar los planos 119
SIMULADOR
VENTAJAS
Permite el diseño completo de
DESVENTAJAS
las plantas CADWORX
Se puede construir planos en 3D.
Permite el dibujo en 2D y 3D.
Tiene herramienta de
AtuCAD
automatización para agilizar el dibujo.
3.6.2. Diseñar los layout y PFD
120
Los datos de operación del separador de la Planta Carrasco se podrán ver en la tabla: Gravedad
32.2
Caudal de flujo de entrada
77000000
Viscosidad
0.012
De acuerdo a la norma del GPSA para hallar la longitud y el diámetro de entrada se realiza los siguientes cálculos.
Para hallar el flujo de masa de todo el compuesto se realizará la conversión de MMPCD
/ 18. 8 822 1 = 77000000 ∗ 86400 ∗ 379 = 44.401
(Millones de pies cúbicos día) a
.
Diámetro de la partícula se tiene como dato, pero es necesario convertirlo de micrones a pies.
121
= 150∗0.1200003937 = 0.000492 ′ () = 0.95∗10 ∗ ∗ ( ) ( 4 0. 6 855. 2 55) ′ () = 0.95∗10 ∗5.255∗0.0.0000492 12 ′′ () = 146410 () = 146410
Entrando con el valor obtenido de
se puede entrar a la gráfica para
así poder obtener el coeficiente de C’.
= ∗∗∗(∗ ∗′−) Flujo de gas
′ = 2.1 = 0.26 122
