PROCESOS DEL PETROLEO Y GAS NATURAL Ing. Mario Avalos Salazar
Procesamiento de Petróleo en Superficie de Campo
Flujo de Crudo de Pozo a través de Separadores Primarios GasPetróleo
Flujo de Separación de Gas de Crudo
Separación de Gas - Crudo
Etapas de Separación
2. SEPARACIÓN PRIMARIA DE FASES
Fases Fase: es una parte del sistema que aparece con límites definidos, con propiedades y comportamientos diferenciables •
Las fases pueden contener un componente puro o un numero ilimitado de componentes miscibles entre si, formando un conjunto homogéneo. •
Tipos de Fases Fase sólida: Volumen y forma definidos
Fase liquida: Volumen definido, forma indefinida
Fase gaseosa: Volumen y forma indefinidas
En un sistema solo puede haber una sola fase gaseosa, pero pueden existir varias fases líquidas o sólidas •
Consideraciones Sobre las Fases La fuerza impulsora para la separación es la diferencia de densidad entre las fases pesadas y la fases livianas
Las fases líquidas deben ser inmiscibles de lo contrario existirá una sola densidad constante para toda la masa líquida
Los coloides no obedecen a las formulas que se emplean en el cálculo de los separadores
Las cargas eléctricas superficiales mantienen las partículas en suspensión
Principios de Separación de Fases Los principios físicos básicos para la separación son: - Insolubilidad o inmiscibilidad entre lo fluidos - Diferencia de densidades (debido a la fuerzas gravitatorias) - Decantación - Coalescencia
Principios de Separación de Fases Mecanismos de separación : - Choque - Cambio de velocidad provocada por la fuerza gravitatoria - Cambio de dirección provocada por el momento de la fuerza - Tiempo de residencia - Superficie interfase
Clasificación de Separadores
Tipos de separadores Según el mecanismo o fuerza impulsora predominante en la separación, los tipos de separadores son: - De Gravedad - Centrífugos - Coalescedores
Tipos de separadores Según el emplazamiento donde se encuentren pueden ser: - En boca de pozo: - General - De Control
- En instalaciones Generales: - Scrubber de Venteo - Scrubber de Compresión - Slug Catchers - Filtro - KO Drums - Flash - Trampas
Separadores de Gravedad Consideraciones Generales Las fuerzas gravitacionales controlan la separación de fases. La eficiencia de la separación gas/liquido es incrementada por reducción de la velocidad del gas Raramente usados para remover gotas pequeñas de líquido menor que 250 µm
Separadores de Gravedad Tipos y Dispositivos Internos Tipos de separadores - Según el número de fases a separar: Bifásico o Trifásico - Según su forma : Horizontal, vertical, esférico, de filtro,
-Internos de Separadores -Cajas de Chicana (paletas, bafles, malla de alambre, almohadillas y ciclones) - Demister (extractor de niebla) - Otros dispositivos internos
Separadores de Gravedad Horizontales El fluido entra en el separador y se contacta con un desviador de ingreso, causando un cambio repentino en el impulso y la separación bruta inicial de líquido y vapor. La gravedad causa que gotas de líquido caigan de la corriente de gas al fondo del recipiente de recolección
El gas fluye sobre el desviador de ingreso y luego horizontalmente por medio de la sección de asentamiento de gravedad sobre el líquido. Mientras el gas fluye por esta sección, gotas pequeñas de líquido que no fueron separadas por el desviador de ingreso son separadas por la gravedad y caen a la interfaz de gas - líquidos
Separadores de Gravedad Horizontales
Separadores de Gravedad Verticales En esta configuración el flujo entra al recipiente por un lado. A igual que con el separador horizontal, el desviador de ingreso hace la separación bruta inicial. El líquido fluye hacia abajo a la sección de recolección de líquidos en el recipiente, y luego baja a la salida de líquidos El gas fluye sobre el desviador de ingreso y luego arriba hacia la salida de gas. En la sección de asentamiento de gravedad, las gotas de líquido caen hacia abajo, en sentido opuesto a la dirección del flujo de gas.
Separadores de Gravedad Verticales
Separadores de Gravedad Vertical de interetapas de compresión
Separadores de Gravedad Esfericos Las mismas cuatro secciones previamente descritas también están en este recipiente. Los separadores esféricos pueden ser considerados como un caso especial de separadores verticales sin un casco cilíndrico entre los dos cabezales. Este diseño puede ser muy eficiente de punto de vista de contención de presión, pero debido a su capacidad limitada de oleada líquido y dificultades con la fabricación, los separadores esféricos ya no son especificados para aplicaciones para campos petrolíferos y no proveeremos ninguna discusión adicional sobre ellos
Separadores de Gravedad Los tubos de filtración en la sección de Horizontal de Filtro separación inicial funde la neblina líquida en gotas más grandes mientras el gas pasa por los tubos. Una sección secundaria, que consiste de aletas u otros elementos de extracción de neblina, remueve estas gotas fundidas. Este recipiente puede remover el 100% de todas las partículas mayores a 2 micras y el 99% de aquellas hasta un mínimo de 0,5 micras. Los separadores de filtro comúnmente son utilizados en las entradas de compresores en estaciones de compresión en el campo, como depuradoras finales corriente arriba de las torres de contacto de glicol y en aplicaciones de instrumento / gas de campo. El diseño es dependiente del tipo de elemento de filtro utilizado
Separadores de Gravedad Vertical y Horizontal de Filtro
Separadores de Gravedad Criterios Generales de Selección Criterios de Selección: La
separación controlante es Gas/Líquido o Líquido/líquido ? Si
se deben separar fases liquidas, el horizontal es preferible En
el Vertical un aumento del nivel de líquido no altera la velocidad del gas Los
verticales requieren menos espacios y
Separadores de Gravedad Selección de Horizontales Los horizontales se usan para las siguientes condiciones: Grandes flujos de volúmenes de gas o liquido
Altas a medias razones de gas/petróleo (GOR) de las corrientes de flujo
Cuando hay formación de espuma
Separación de tres fases
Separadores de Gravedad Selección de Horizontales Esquema típico de separador horizontal de 3 fases
Separadores de Gravedad Selección de Horizontales
Separadores de Gravedad Selección de Horizontales Las Ventajas y desventajas Ventajas: Requiere pequeños diámetros para similar capacidad de gas comparado con el vertical No existe contraflujo de corriente entre gas y liquido La gran superficie liquida, reduce la turbulencia y formación de espuma Gran sobrecarga de la capacidad volumétrica
Desventajas: Una parte de la carcaza se disponible para el paso del gas Ocupa más espacio, que el vertical El control de nivel del líquido es crítico Mas dificultad para la limpieza cuando se produce, arena, lodo, cera y parafina.
Separadores de Gravedad Selección de Verticales Los Verticales se usan para las siguientes condiciones: Pequeños flujos de gas y/o líquidos
Muy alta relación gas/petróleo (GOR) de la corriente de flujo
El Espacio de terreno es limitado
Cuando se desea un fácil control de nivel
Separadores de Gravedad Selección de Horizontales Esquema típico de separador vertical de 3 fases
Separadores de Gravedad Selección de Horizontales
Separadores de Gravedad Selección de Verticales Las Ventajas y desventajas
Ventajas:
Cuando el nivel de control de líquido no es crítico Facilidad de limpieza y buen drenaje de fondo Puede manipularse mejor arenas, lodos, parafinas, ceras Menos tendencia al reproceso Flujo de gas lleno en el diámetro en la cabeza Ocupa pequeño espacio de área para su instalación
Desventajas: Requiere grandes diámetros para una capacidad dada y es mas competitivo para muy bajas o muy altas relaciones GOR No recomendado cuando se tiene un gran potencial masico Mas dificultosos en el montaje e instalacion de instrumentos y dispositivos de seguridad
Separadores de Gravedad Etapas o Partes
Todos lo separadores de gravedad normalmente tienen las siguientes etapas o partes:
-Separación primaria o inicial: Usada para separar la principal porción de liquido libre, contiene una boquilla adyacente a la cual está un bafle o deflector tangencial a la entrada de la alimentación, que provoca un cambio de el momentun, que produce la separación de fases -Separación secundaria o por gravedad: Diseñada para utilizar la fuerza de la gravedad para mejorar la separación de las gotas líquidas del gas -Coalescencia: Utiliza una serie de dispositivos internos (paletas, bafles, extractor de niebla, malla de alambre, almohadillas y ciclones ) para juntar las gotas liquidas muy pequeñas (coalescencia) y formar otras mayores -Recolección de líquidos: es la sección inferior del separador donde se juntan las gotas del líquido separado. Según los requerimientos de líquido o grado de separación a veces contiene un desgasificador
Separadores de Gravedad Etapas o Partes
Principios de separación: etapas
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad En la sección de recuperación secundaria o de gravedad de un separador vertical, las fuerzas que actúan sobre una gota de líquido que se encuentra dispersa en la fase gaseosa del separador son: La fuerza de gravedad FB
•
La fuerza de arrastre del gas que fluye alrededor de la gota F D •
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad En la sección de gravedad del separador, la velocidad terminal o final de las gotas líquidas vt viene determinada en función a las fuerza que actúan sobre ella: La fuerza de gravedad o peso de la gota FB y la fuerza de arrastre debido al movimiento relativo del vapor FD. La fuerza de gravedad FB viene dada por la siguiente ecuación:
Donde: Dd es el diámetro de la gota ῤL, y ῤv son las densidades del líquido y vapor respectivamente g es es la aceleración de la gravedad gc es el factor de conversión de la segunda ley de Newton (Mecánica)
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad La fuerza de arrastre FD viene dada por:
Donde: CD es el coeficiente de arrastre adimensional Ap, es el área proyectada de la gota, y esta dada por:
Vd es la velocidad de la gota ῤ V es la densidad del vapor gc es el factor de conversión de la segunda ley de Newton (Mecánica)
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad La velocidad terminal, final o de sedimentación de la gota líquida Vt viene determinada, cuando ambas fuerzas de gravedad y de arrastre se igualan, y esta dada por la siguiente ecuación:
El coeficiente de arrastre puede ser calculado por la ecuación de Svrcek-Monnery:
Donde: X esta dada por la siguiente ecuación:
Donde: Dd, esta dada en pies, ῤL, y ῤv en lb/pie3 y µv es la viscosidad del
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad La ecuación de la velocidad terminal o de sedimentación de la gota considera el escape de una gota de la fase continua (por ejemplo, la fuga de una gota de aceite a partir del gas fase). Para ello, la velocidad de la gota deberá ser mayor que velocidad superficial del vapor V V hacia arriba Normalmente, la velocidad del vapor Vv permitida se establece entre el 0,75 Vt y Vt La ecuación de Vt de Svrcek-Monnery (1993), puede ser rearreglada como la ecuación del tipo de Souders-Brown (1934) de la siguiente manera:
Donde K SB es el coeficiente de Sauders-Brown
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad El coeficiente de Sauders-Brown K SB, depende principalmente del tipo de extractor de neblina, la geometría de la separación, el flujo de vapor y propiedades de los fluidos K SB se determina experimentalmente. Una fuente bien conocida de los factores empíricos K SB para las almohadillas de la niebla es el GPSA. Los factores de K SB del GPSA se han ajustado a una curva y se ofrecen en pies/s con la siguiente ecuación: Además, el factor de K SB se debe ajustar de la siguiente manera: 1. Para la mayoría de los vapores al vacío, K SB = 0,20. 2. Para glicoles y soluciones de aminas, multiplique los valores K SB por 0,6-0,8 3. Para los depuradores de succión del compresor y expansor de separadores de entrada, K SB multiplicar por 0,7-0,8
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad La máxima velocidad terminal que se calcula con los factores K SB son para los separadores que normalmente tienen un extractor de niebla de malla de alambre que permiten a todas las gotas de líquido mayores de 10 micras que se desprendan del gas. Si no hay extractor de niebla en el separador, K SB se debe multiplicar por 0,5.
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad A menudo es necesario separar dos líquidos inmiscibles (ligeros y pesados) y un vapor. Un ejemplo típico en la industria petrolera es la separación de agua y petróleo (o condensado) y el vapor de hidrocarburos. Para un sistema liquido-ligero/liquido-pesado se puede considerar que el flujo es laminar, entonces, la velocidad terminal o de sedimentación de la gota liquida pesada, estará gobernada por la Ley de Stokes y esta dada por:
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad Ecuación de Stokes
Donde: Vt es la velocidad terminal o de sedimentación de las gotas líquidas pesadas o ligeras contenidas en el vapor en pulg/min. (en la practica Vt es límitado a 10 pulg/min) K S es la constante de Stokes para la velocidad terminal en condiciones laminar ῤH, y ῤL son las densidades de las fases del líquido pesado y ligero respectivamente en lb/pie3 µ es la viscosidad de la fase continua (fase liquida ligera o pesada) en cP Dd es el diámetro de la gota pesada o ligera en µm
Separadores de Gravedad Teoría de la Separación por gravedad Tiempos de retención y sobrecarga típicos de separadores
Separadores de Gravedad Consideraciones de Diseño Factores a considerarse antes de comenzar el diseño del separador: • Flujos de caudal de gas y líquidos (mínimo, promedio
y pico).
• Presiones y temperaturas de operación y diseño • Variación súbitas de las corrientes de alimentación
(flujos)
• Propiedades físicas de los líquidos, tales como la
densidad, viscosidad, y compresibilidad.
• Grado de separación (por ejemplo, la eliminación del
Separadores Trifásicos Verticales
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales Para un separador vertical de tres fases, la altura total se puede dividir en diferentes secciones, como se muestra en la Figura. La altura de separación se calcula sumando las alturas de estas secciones. Si un eliminador de vapor utiliza almohadilla u otros dispositivos, la altura adicional se debe agregar
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales Los cálculos de diámetro y altura se detallan de la siguiente manera: 1. Calcular la velocidad terminal vertical utilizando la ecuación de Sauders-Brown,
Determinar luego la velocidad del vapor V v = 0,7 Vt (diseño conservador) 2. Calcular el flujo volumétrico del vapor Q V
3. Calcular el diámetro interno del separador D i
Si hay un eliminador o extractor de neblina, agregar 3 - 6 pulgadas para acomodar al extractor para un Di hasta el siguiente incremento de 6 pulgadas para obtener D; si no
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales 4. Calcular la velocidad de sedimentación del liquido pesado sobre la fase liquida ligera utilizando, la ecuación de Stokes (con μ = μL)
5. Calcular la velocidad de ascenso del líquido ligero sobre la fase liquida pesada, la ecuación de Stokes (con μ = μH) 6. Calcular el flujo volumétrico de la fase líquida ligera QLL y fase líquida pesada QHL
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales 7. Suponga la altura del liquido ligero HL = 1 pie (mínimo) y altura del liquido pesado HH = 1 pie (mínimo) y calcular los tiempos en minutos, de sedimentación de las gotas de líquido pesado (ts,HL), y ascenso del líquido ligero que se eleva (ts,LL) a través de esta sección, respectivamente, como
donde la velocidad de sedimentación de las gotas de líquido pesado (VHL) y la velocidad de ascenso de las gotas de líquido ligero (VLL) están en pulgadas/min.
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales 8. Si hay una placa deflectora, calcular el área, AL, como: Donde: A es el área de la sección transversal del recipiente vertical en, pie2 y esta dado por :
AD es el área de la sección transversal de bajada del líquido en pies2, que esta dado por dos ecuaciones a) y b) : Debiendo utilizarse el valor más grande de la AD que resulte. a)
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales Donde la carga del bafle líquido (G) se obtiene de la figura siguiente
En la Figura el nivel de líquido liviano por encima de la interface liquido liviano/pesado (high liquid level above interface) es igual a H L + HR, donde la altura de la boquilla de
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales
b)
Donde el ancho de la sección transversal de bajada de líquido (WD) se supone de 4 pulgadas
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales 9. Calcular el tiempo de residencia (tr) de cada fase sobre la base de los volúmenes ocupado por las fases ligera y pesada
Si tr,LL es < tSHL o tr,HL es < tSLL , entonces incrementar el diámetro y repetir el procedimiento desde el paso 7 (La separación líquido/liquido es la etapa controlante). Tenga en cuenta que AH = A.
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales 10. Calcular HR en función del tiempo de residencia (tH)
Compruebe este valor con que asumió en el paso 8 para garantizar que el valor supuesto es razonable. Si el aumento de altura de del liquido liviano respecto al nivel normal de liquido (Hs) no se especifica, entonces el cálculo de la aumento de la altura de sobrecarga (Hs) basada en el tiempo de sobrecarga (tS)
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales Donde se Selecciona los tiempos de sobrecarga de la siguiente Tabla. esta dado por:
La altura de sobrecarga entonces esta dada por:
Tab. 65: Tiempos de retención para un separador de tres fases Petróleo
tr (min)
> 35 ºAPI
3a5
< 35 ºAPI
Donde Hs mínimo debe ser 6 pulgadas
100 + ºF
5 a 10
80 + ºF
10 a 20
60 + ºF
20 a 50
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales 11. Calcular la altura total (HT) como:
Donde : H A es el nivel de líquido por encima de deflector, que es de 6 pulgadas (mínimo), HBN es la altura por encima de líquido de caja acústica a la boquilla de alimentación, en pies
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Verticales Donde el diámetro de la boquilla de alimentación se calcula con:
QM y ρM son la velocidad de flujo volumétrico en ft3/s y densidad en lb/ft3 de la mezcla vapor /líquida, respectivamente . HD es la altura de separación (pies) = 0,5D o un mínimo de : 36 ½ pulgadas + ½(DN), sin eliminador de vapor 24 ½ pulgadas + ½ DN), con eliminador de vapor Si eliminador de vapor adicional al existente se utiliza, a la altura total se añade es la altura adicional correspondiente.
Separadores Trifásicos Horizontales
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Trifásicos Horizontales Hay diferentes tipos de separadores horizontales de tres fases. El tipo más común es aquel que esta diseñado para tratar una corriente con una pequeña cantidad de líquido (<1520 % del líquido total en peso) y una gran cantidad de vapor. El procedimiento de diseño de un separador horizontal incorpora la optimización del diámetro y la longitud, al minimizar el peso del cuerpo y del cabezal
Separadores de Gravedad Diseño de Separa Separadores dores Horizontales EL PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE SEPARADORES HORIZONTALES TRIFÁSICOS ES EL SIGUIENTE (MONNERY Y SVRCEK, 1994).
Separadores de Gravedad Diseño de Separa Separadores dores Horizontales Los cálculos de diámetro y altura del separador trifásico se detallan de la siguiente manera: 1. Ca Calc lcul ular ar el ca caud udal al de vap apor or,, Q V, utilizando la ecuación.
2. Calcul Calcular ar el flu flujo jo vol volumé umétri trico co del liq liquid uidoo de la fas fasee lig liger eraa y pes pesada ada QLL QHL, por las ecuaciones
3. Calc Calcul ular ar la la vel veloc ocida idadd term termin inal al ve vert rtic ical al,, Vt, utilizando la ecuación. Y luego calcular V V = 0,75 Vt
Separadores de Gravedad Diseño de Separa Separadores dores Horizontales 4. Seleccione los tiempos de retención y sobrecarga de la siguiente Tabla. Tabla.
Luego calcular los volúmenes de retención y sobrecarga VH y VS
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 5. Obtener L/D de la siguiente Tabla 5-2
Calcular el diámetro D con la ecuación:
A continuación, calcular el área transversal total
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 6. Calcular Av con la ecuación de separador vertical, reemplazando AD /A y por Av/A y WD /W por Hv/D, donde se deberá ajustar la altura del vapor Hv, el cual debe ser mayor de 0.2D o 2 pies (1 pie si no hay un eliminador de vapor).
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 7. Ajuste las alturas del líquido ligero en el recipiente y la bota, y HLLV (mínimo 12 pulgadas) HLLB (mínimo 6 pulgadas) 8. Calcular el área transversal del líquido ligero por encima del fondo del recipiente, ALLV con la ecuación del separador vertical, reemplazando AL /A y por ALLV /A y WD /W por HLLv/D
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 9. Calcular la longitud mínima para acomodar el líquido retendio/sobrecargado L1
10. Calcule el tiempo de abandono líquido, φ, utilizando la siguiente
ecuación:
11. Calcular la velocidad real del vapor V AV
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 12. Calcular la longitud mínima requerida para la separación del vapor / líquidos L2
13. Si: •
•
• •
L1 < L2, hacer L1 = L2 (la etapa controlante es la separación vapor /liquido). L1<< L2, incrementar H V y volver a calcular A V , para ello repita el proceso desde el paso 9. L1>L2, el diseño es aceptable para la separación vapor /líquidos. L1>>L2, sólo L1 puede reducirse y L2 aumentar si H V se reduce, entonces reducir H V, y volver a calcular A V , para ello repita el proceso desde el paso 9. (NOTA: H V sólo podrá reducirse si es mayor que el mínimo especificado en el paso 6).
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 14. Calcular la velocidad de sedimentación del líquido pesado VHL
Donde: Ks es la Constante de Stokes 15. Calcular el tiempo de asentamiento del líquido pesado tHL sobre la fase liquida liviana
16. Calcular el tiempo de residencia del líquido ligero trLL
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Verticales 17. Si tr,LL es
18. Calcular L/D. Si L/D <<1,5, entonces reducir D (a menos que ya se encuentra en mínimo) y Si L / D >> 6,0, entonces incrementar D; y repetir desde el paso 5.
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 19 Calcular el espesor de la pared, el área de la coraza (cuerpo), las cabezas, y el peso aproximado del recipiente con la tabla siguiente
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 20. Aumentar o disminuir el diámetro de los vasos por incrementos de 6 pulgadas y repetir los cálculos hasta que L / D oscile desde 1,5 hasta 6,0. 21. Calcular la altura normal del liquido pesado y líquido liviano (HNLL y HHLL) con los tamaños óptimos del recipiente
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 21 (continua): Determinar HNLL utilizando la ecuación de separadores verticales, reemplazando AD /A por ANLL /A y WD /W por HNLL /D
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 22. Calcular la velocidad de ascenso del líquido liviano sobre el liquido pesado VLL
Calcular el diámetro DB de la bota de liquido pesado , asumiendo que la velocidad de arranque del liquido pesado es VB es 0,75 VLL
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 22. Calcular la velocidad de ascenso del líquido liviano fuera del liquido pesado VLL
Calcular ll diámetro DB de la bota de liquido pesado , asumiendo que la velocidad de arranque del liquido pesado eVB es 0,75 VLL
Luego calcula el tiempo de establecimiento de la fase líquida liviana (ts,LL) sobre la fase líquida pesada.
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 23. Calcular el tiempo de residencia del líquido pesado (tr, HL) en la bota
Si tr,HL) B < ts, LL, aumentar el diámetro de la bota DB
Separadores Bifásicos Verticales
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Verticales EL PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE SEPARADORES VERTICALES BIFÁSICOS ES EL SIGUIENTE . VAPOR
Una vez aplicado el cálculo del flash adiabático o isotérmico, se procede a determinar las dimensiones del separador
V , y T V , P V , H V
hVV F , z T F , P F , H F
hV
ALIMENTACION
Nivel Max.
hVF
h L
LIQUIDO
L, x T P H
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Verticales 1. Velocidad máxima permisible de vapor u V,min esta dada por: uuV V , max K K , max V V
L L V V V V
1.1. K V = Constante empírica de tanque vertical en ft/s, cuyos valores deben estar comprendidos entre 0,1 a 0,3 ft/s evaluada por: K V exp A B ln F LV C ln F LV Dln F LV E ln F LV Donde: A = -1,8774780997; B = - 0,8145804597; C = -0,1870744085; D = -0,0145228667; E = -0,0010148518 2
1.2. Factor de separación líquido-vapor F LV
W L W
V
3
4
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Verticales 2. El área transversal mínima A esta dada por: AT
VM V uV V
V = Flujo molar de vapor M V = Peso molecular vapor
3. El diámetro mínimo D del tanque será:
DT
2
AT
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Verticales 4. El Volumen del tanque V T se determina teniendo en cuenta el tiempo de residencia t que ha de ser por lo menos de 3 minutos con la mitad del tanque lleno de líquido; por lo tanto: V T
2 LM L t L
L = Flujo molar de líquido M L = Peso molecular líquido t = Tiempo de residencia (1 a 5 min)
[El tiempo de retención normal para separar del petróleo de gas esta entre los 30 s y 5 min. En condiciones de formación de espuma, el tiempo es más grande (5-20 min).] 5. Altura total del tanque. despreciando el volumen de los cabezales, viene dada por: 4V T H T
2
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Verticales 6. Lo optimo es que la relación entre la altura H T y el diámetro DT del tambor sea: 3 < H T /D T < 4. Si: H T < 3D T , entonces hacer: H T = 3,5 D T Si: H T > 5D T , generalmente es preferible aumentar DT y disminuir H T de forma que H T = 3,5 D T . Entonces el diámetro estará dado por: D
3 T
V T
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Verticales 7. Altura del vapor Hv La boquilla de alimentación debe estar ubicada a una altura H VF de por lo menos 18 pulgadas del nivel máximo de líquido. La altura sobre la boquilla H VV que corresponde al espacio ocupado por el vapor debe ser por lo menos de 48 pulgadas. H VV = 36 (pulg) + ½ D N (pulg) >= 48 pulg H VF = 12 (pulg) + ½ D N (pulg) >=18 pulg
Diámetro Boquilla alimentación:
QM y ρM son la velocidad de flujo volumétrico en ft3/s y densidad en lb/ft3 de la mezcla vapor /líquida, respectivamente . Por lo tanto la altura total de vapor H V es: H V = H VV + H VF
8. La máxima altura del liquido H L esta dada por: H = H H
Separadores Bifásicos Separadores Horizontales
Separadores de Gravedad Diseño de Separa Separadores dores Horizontales EL PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS HORIZONTALES V , y VAPOR
F , z T F , P F , H F
ALIMENT ALIMENTAC ACION ION Nivel Max.Liquido
T V , P V , H V
hV h L
LIQUIDO
L, x T L , P L , H L
Cuando la carga de líquido es apreciable o cuando el vapor se condensa en gran proporción, entonces es preferible utilizar un tanque flash horizontal. Una vez aplicado el cálculo del flash adiabático o isotérmico, se procede a
Separadores de Gravedad Diseño de Separa Separadores dores Horizontales 1. Velocidad máxima permisible de vapor u V,min esta dada por: u H ,max
K H
L
V
V
1.1. K H = 1,25 K V = Constante empírica de tanque horizontal en ft/s, cuyos valores deben estar comprendidos entre 0,125 a 0,375 ft/s evaluada por: K V
exp A B ln F LV
C ln F LV
2
Dln F LV
Donde: A = -1,8774780997; B = -0,8145804597; D = -0,0145228667; E = = -0,0010148518
1.2. Factor de separación líquido-vapor F LV
W L W
V
3
E ln F LV
C = -0,1870744085
4
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 2. El área transversal mínima A esta dada por: : VM V AT 0,2uV V V = Flujo molar de vapor M V = Peso molecular vapor
3. El diámetro mínimo D del tanque será:
DT
2
AT
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales
4. El Volumen del tanque V T se determina teniendo en cuenta el tiempo de residencia t que ha de ser por lo menos de 3 minutos con la mitad del tanque lleno de líquido; por lo tanto: V T
2 LM L t L
L = Flujo molar de líquido M L = Peso molecular líquido t = Tiempo de residencia (1 a 5 minutos)
[El tiempo de retención normal para separar del petróleo de gas esta entre los 30 s y 5 min. En condiciones de formación de espuma, el tiempo es más grande (5-20 min).] 5. Longitud total del tanque. despreciando el volumen de los cabezales, viene dada por: 4V T LT
2
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 6. Lo óptimo es que la relación entre la longitud L y el diámetro DT del tambor sea: 3 < L T /D T < 5 Si la relación L T /D T es mayor a 6 entonces, se debe asumir una relación de L T /D T = 4 Entonces el diámetro estará dado por: DT
3
V T
Separadores de Gravedad Diseño de Separadores Horizontales 7. Altura Vapor Hv El mínimo espacio o altura de vapor H V debe ser 25% del diámetro D T o 12 pulgadas: H V = 0,25D T >= 12 pulg
8. Máximo nivel del líquido H L será: H L = 0,75D T
Recomendación de Elección de Separadores
