SISTEMA DE RECOLECCIÓN SEPARACIÓN DE PETROLEO Y GAS Cap. IV.

Sistema de Recolección y Separación de Petróleo

CAPÍTULO IV SEPARADORES PETRÓLEO - GAS GAS 1.- SEPARADORES. a. PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS Los principios básicos, leyes físicas y accesorios utilizados para separar el gas del líquido son la gravedad, las fuerzas centrífugas, el efecto de deflectores y platos perforados o mallas. Otro efecto aprovechado para separar el líquido del gas, es el efecto de mojamiento, el cual consiste en la propiedad que poseen las pequeñas gotas del líquido de adherirse a deflectores y platos por adhesión y capilaridad. También, las caídas de presión a través de pequeños orificios de coladores ocasiona que el líquido caiga. Los separadores son construidos de tal forma que el fluido entre produciendo un movimiento rotacional, impartiendo al fluido un movimiento centrífugo que ocasiona que el líquido choque con las paredes del recipiente y caiga por gravedad. A medida que el líquido cae, choca con los deflectores y platos, produciéndose por agitación separaciones ulteriores. El gas sale por el tope y el líquido por el fondo. El nivel de líquido del separador es controlado por una válvula flotante y una válvula tipo “back pressure” a la salida del separador, controla la presión de salida del mismo. b. DIAGRAMA DE FASES Y FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE SEPARACION. La presión de operación de un separador depende tanto de la presión fluyente del tubing del pozo (THP), como de la relativa cantidad de gas natural presente en la fase líquida. De acuerdo con el diagrama de fases, un cambio en esta presión, afecta las densidades de gas y de líquido, la velocidad de los fluidos y el volumen actual de la mezcla. El efecto neto de un incremento en la presión, es un incremento en la capacidad de gas del separador. La temperatura afecta la capacidad del separador, solamente si afecta el volumen actual de la mezcla y las densidades del gas y el líquido. El IV-1


efecto neto de un incremento de la temperatura, es una disminución en la capacidad de separación. Los controles de temperatura generalmente involucran sistemas de enfriamiento, los cuales generalmente van acompañados de intercambiadores de calor, torres de enfriamiento, etc. La composición de las mezcla multifásica, la tasa de flujo, las

propiedades físicas de la mezcla, diseño del equipo, extractores de neblina, grado de agitación del fluido, área de la interfase gas-líquido, volúmenes de gas y petróleo, cantidad y tipo de agua y grado de emulsión de la mezcla, son en general los factores a considerar en un proceso de separación gas-petróleo.

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c. NIVELES Y ETAPAS ETAPAS DE SEPARACION Para obtener una separación mas eficiente y completa, 2 o mas separadores se conectan en serie, reduciéndose la presión en cada etapa, lo que se conoce como etapas o niveles de separación o separación en múltiples etapas. El líquido saliendo de cada separador, experimenta una separación de gas, cada vez que se reduce la presión en la etapa subsiguiente. Este sistema es usado en aquellos lugares donde es preferible tener pequeñas cantidades de gas en solución en la fase de petróleo o un pequeño destilado en la corriente de gas. Estas separaciones múltiples,

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operacionalmente eficientes, dan como resultado productos líquidos de calidad y gas seco. Para mejorar la separación y recuperación máxima de líquidos, puede combinarse con las etapas de separación, la instalación de depuradores de gas o “scrubber” y el enfriamiento del gas.

2.- DISEÑO GENERAL DE SEPARADORES GAS-LÍQUIDO. a. SEPARACIÓN VAPOR LÍQUIDO. LÍQUIDO. ALCANCE Presentar los conceptos requeridos en el diseño de recipientes separadores de mezclas de vapor–líquido, líquido–líquido y líquido– líquido–vapor; tales como: principios básicos de la separación de mezclas, descripción de los diferentes tipos de separadores e internos que lo conforman, y los fundamentos teóricos que rigen el diseño de los mismos, haciendo énfasis en la separación vapor-líquido. b. SEPARADORES FÍSICOS Prácticamente cada proceso en la industria petrolera requiere de algún tipo de separación de fases. El término separador es aplicado a una gran variedad de equipos usados para separar mezclas de dos o más fases. Estas mezclas pueden estar formadas por: una fase vapor y una líquida; una fase vapor y una sólida; dos fases líquidas inmiscibles (aceite/agua); una fase vapor y dos líquidas o alguna otra combinación de las anteriores. El diseño apropiado de los separadores es de suma importancia, debido a que estos tipos de recipientes son normalmente los equipos iniciales en muchos procesos. Un diseño inadecuado puede crear un cuello de botella que reduzca la capacidad de producción de la instalación completa. c. PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN En el diseño de separadores es necesario tomar en cuenta los diferentes estados en que pueden encontrarse los fluidos y el efecto que sobre éstos puedan tener las diferentes fuerzas o principios físicos.

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Los principios fundamentalmente considerados para realizar la separación física de vapor, líquidos o sólidos son: el momentum ó cantidad de movimiento, la fuerza de gravedad y la coalescencia. Toda separación puede emplear uno o más de estos principios, pero siempre las fases de los fluidos deben ser inmiscibles y de diferentes densidades para que ocurra la separación. 1.- Momentum (Cantidad de Movimiento): Fluidos con diferentes densidades tienen diferentes momentum. Si una corriente de dos fases cambian bruscamente de dirección, el fuerte momentum o la gran velocidad adquirida por las fases, no permiten que la partículas de la fase pesada se muevan tan rápidamente como las de la fase liviana, este fenómeno provoca la separación. 2.- Fuerza de Gravedad: Gravedad: Las gotas de líquido se separan de la fase gaseosa, cuando la fuerza gravitacional que actúa sobre las gotas de líquido es mayor que la fuerza de arrastre del fluido de gas sobre la gota. Estas fuerzas definen la velocidad terminal, la cual matemáticamente se presenta usando la ecuación siguiente:

Vt

=

4 g d g (ρ l

− ρg

) (Ec. 1)

3ρ g C´

donde:

Vt = Velocidad terminal de la gota de Líquido g = Aceleración de la gravedad =Diámetro de la gota ρg = Densidad del gas ρl = Densidad del líquido C´ = Coeficiente de arrastre que depende del Número de Reynolds

dg

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En unidades SI m/s 9.807 m/s2

En unidades Inglesas pies/s

32.174 pie/s2 m pies kg/m3 lb/pie3 kg/m3 lb/pie3 Adimensional


Para caso de decantación de una fase pesada líquida discontinua en una fase liviana líquida continua, aplica la ley de Stokes (Ec. 2).

Vt

=

F1 gd g

2

(ρ P − ρ L )

(Ec.2)

18µ

donde:

Vt = Velocidad terminal de decantación dg =Diámetro de la gota F1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas g = Aceleración de la gravedad = Densidad de fase pesada ρL = Densidad de fase liviana µ = Viscosidad de la fase continua ρp

Vc = F2

En unidades SI m/s m 1000

En unidades Inglesas pies/s pies 1

9.807 m/s2

32.174 pie/s2 lb/pie3 lb/pie3 lb/pie/s

kg/m3 kg/m3 mPas

ρl − ρg

(Ec. 3)

ρg

donde:

Vc = Velocidad critica ρl = Densidad del líquido a condiciones de operación ρg = Densidad del vapor a condiciones de operación F2 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas

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En unidades SI m/s kg/m3

En unidades Inglesas pies/s lb/pie3

kg/m3

lb/pie3

0.048

0.157


3.- Flujo Normal de Vapor: Vapor : El flujo normal de vapor (o gas), es la cantidad máxima de vapor alimentada a un separador a condiciones típicas de operación (es decir, en ausencia de perturbaciones tales como las que aparecen a consecuencia de inestabilidades del proceso o a pérdidas de la capacidad de condensación aguas arriba del mismo). Los separadores son altamente efectivos para flujos de vapor del orden de 150% del flujo normal y, por lo tanto, no es necesario considerar un sobrediseño en el dimensionamiento de tales tambores. Si se predicen flujos mayores al 150%,el diseño del tambor debe considerar dicho aumento. d. EFICIENCIA DE LA SEPARACIÓN La eficiencia de separación del líquido se define según la Ec.(4).

E = 100

(F − C)

(Ec. 4)

F

donde: En unidades SI

En unidades Inglesas

F = Flujo del líquido alimentado al tambor

kg/s

lb/h

C = Líquido arrastrado hacia la cabecera del tambor

kg/s

lb/h

E = Eficiencia de separación, %

e. INTERNOS Para ayudar al proceso de separación y/ó impedir problemas de operación aguas abajo del equipo separador, dentro del tambor se incluyen ciertos aparatos, los cuales serán conocidos genéricamente como “Internos”. Entre los internos más usados se tienen:

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– Deflectores / Distribuidores / Ciclones de entrada: Estos aditamentos internos adosados a la(s) boquilla(s) de entrada, se emplean para producir un cambio de cantidad de movimiento o de dirección de flujo de la corriente de entrada, y así producir la primera separación mecánica de las fases, además de generar (en el caso de los distribuidores), un patrón de flujo dentro del recipiente que facilite la separación final de las fases, reduciendo posiblemente el tamaño de la boquilla de entrada y, en cierta medida, las dimensiones del equipo mismo. – Eliminadores de Niebla: Los eliminadores de niebla son aditamentos para eliminar pequeñas gotas de líquido que no pueden ser separadas por la simple acción de la gravedad en separadores vapor–líquido. Entre los diferentes tipos existentes, destacan las mallas de alambre ó plástico, conocidos popularmente como “demisters” ó “Mallas” – Rompe vórtices: Están adosados internamente a las boquillas de líquido, y su función es evitar el arrastre de burbujas de vapor/gas en la corriente líquida que deja el tambor. f. CLASIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LOS SEPARADORES Los separadores pueden clasificarse, según su forma en: – Separadores cilíndricos – Separadores esféricos – Separadores de dos barriles También los separadores cilíndricos pueden clasificarse según su orientación en: – Separadores verticales - Separadores horizontales Otra clasificación sería de acuerdo a la manera de inducir físicamente la separación: – Separadores por gravedad (típico separador vertical gas–líquido) – Separadores por impacto (separadores de filtro) - Separadores por fuerza centrífuga (separadores centrífugos)

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A continuación se hace una breve descripción de algunos de estos tipos de separadores y, en el caso de los separadores más usados (verticales y horizontales), se presentan algunas ventajas y desventajas. - Separadores Verticales (fig. 1) En estos equipos, la fase pesada decanta en dirección opuesta al flujo vertical de la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase liviana excede levemente la velocidad de decantación de la fase pesada, no se producirá la separación de fases, a menos que esta fase pesada coalesca en una gota más grande. Entre las ventajas y desventajas del separador vertical están: Ventajas Normalmente empleados cuando la relación gas o vapor– líquido es alta y/o cuando se esperan grandes variaciones en el flujo de vapor/gas. Mayor facilidad, que un tambor horizontal, para el control del nivel del líquido, y para la instalación física de la instrumentación de control, alarmas e interruptores. Ocupa poco espacio horizontal La capacidad de separación de la fase liviana no se afecta por variaciones en el nivel de la fase pesada. Facilidad en remoción de sólidos acumulados. §

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§

Desventajas El manejo de grandes cantidades de líquido, fuertes variaciones en la entrada de líquido, ó separación líquido– líquido, obliga a tener excesivos tamaños de recipientes, cuando se selecciona esta configuración. Requieren mayor diámetro, que un tambor horizontal, para una capacidad dada de gas. Requieren de mucho espacio vertical para su instalación Fundaciones más costosas cuando se comparan con tambores horizontales equivalentes. §

§

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§

Cuando hay formación de espuma, o quiere desgasificarse líquido ya recolectado, se requieren grandes volúmenes de líquido y, por lo tanto, tamaños grandes de tambores verticales.

Como ejemplos de separadores verticales, tenemos: Tambor de succión de compresor: compresor: Se requiere una separación líquido–vapor muy eficiente, especialmente para tambores asociados a compresores reciprocantes. Estos tambores KO se diseñan para incluir malla separadora de gotas y, algunas veces, se incluye calentamiento por trazas de la salida vapor para evitar condensación en la línea Tambor de la alimentación al Absorbedor de Gas Ácido: Ácido: Se requiere una separación líquido–vapor muy eficiente, para evitar la formación de espuma en el absorbedor. §

§

- Separador horizontal (fig. 1 y 3) En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la dirección horizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana continua pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación de la fase pesada discontinua (hasta un cierto límite). Entre las ventajas y desventajas de este tipo de separadores están: Ventajas Normalmente empleados cuando la relación gas ó vapor– líquido es baja. Requieren de poco espacio vertical para su instalación. Fundaciones más económicas que las de un tambor vertical equivalente. Por lo general, son más económicos. Requieren menor diámetro, que un tambor vertical, para una capacidad dada de gas. Manejan grandes cantidades de líquido, fuertes variaciones en la entrada de líquido, ó separación líquido–líquido, optimizando el volumen de operación requerido. §

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§

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§

Los volúmenes de retención facilitan la desgasificación de líquido y el manejo de espuma, si se forma.

Desventajas Variaciones de nivel de la fase pesada afectan la separación de la fase liviana. Ocupan mucho espacio horizontal. Difícil remoción de sólidos acumulados (Necesidad de inclinar el recipiente ó añadir internos como tuberías de lavado) §

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Como ejemplo de separadores horizontales, tenemos: §

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Separadores de producción: producción: (también conocidos como Tambores “Free Water Knock Out” (FWKO)); se requiere de un separación vapor–líquido eficiente, especialmente cuando el gas fluye hacia un compresor. Además la separación del aceite o petróleo de la fase acuosa (Separador líquido– líquido–vapor), debe ser razonablemente buena para evitar sobrecargar los equipos aguas abajo de tratamiento de agua. Muy a menudo, se requiere de inyección de químicos desemulsificantes y rompedores de espuma. Tambores de alivio: alivio: .Se requiere de una separación vapor–líquido razonablemente buena, para así evitar arrastre de gotas de material hidrocarburo que arderían en el mechurrio asociado, ya que dichas gotas producirían una excesiva radiación en el mechurrio, además que podrían caer gotas de material ardiendo desde el mechurrio, generando posibles emergencias.

- Separador Centrífugo (Fig. 4.) Ofrecen un espacio eficiente, pero son muy sensibles a la tasa de flujo y requieren una mayor caída de presión que la configuración estándar de un separador. - Separador de filtro (Fig. 5.) Los separadores de filtro usan el principio de aglomeramiento de goticas de líquido en un medio filtrante seguido por un elemento eliminador de niebla. IV-11


El aglomeramiento más común y eficiente está compuesto de un medio filtrante tubular de fibra de vidrio, el cual es capaz de retener partículas de líquido hasta tamaños de submicrones. El gas fluye dentro de la parte superior del empaque del filtro, pasa a través de los elementos y luego viaja hacia afuera por medio de los tubos. Las partículas pequeñas secas (si las hay, por arrastres de sólidos ó productos de corrosión), son retenidas en los elementos filtrantes y el líquido se aglutina para formar gotas más grandes. La eficiencia de un separador de filtro depende mayormente del diseño apropiado del empaque del filtro y que este produzca una caída de presión mínima, mientras retiene una eficiencia de extracción. Los separadores filtro son utilizados en aplicaciones de alto flujo de gas / bajo flujo de líquido y pueden tener ambas configuraciones horizontal o vertical. Son utilizados comúnmente a la entrada de los compresores en las estaciones compresoras, como un despojador final aguas arriba de la torre contractora de glicol y en aplicaciones de gas de instrumentación / combustible. g. DESCRIPCIÓN DE LOS INTERNOS DE UN SEPARADOR SEPARADOR Los internos de un separador prestan una gran variedad de funciones, todas con el objetivo de mejorar la separación de las fases y/o garantizar una operación confiable y segura de los equipos aguas abajo. Entre tales funciones están: Separación primaria de las fases: fases: Reducción del momentum de las fases o cambio en la dirección del flujo de las mismas (deflectores, distribuidores de entrada). Reducción en oleaje o salpicaduras: salpicaduras: evita o reduce el “re– arrastre” de gotas de líquido por la corriente de vapor o reduce la turbulencia en separaciones líquido–líquido (planchas rompe olas). Coalescencia de gotas muy pequeñas: pequeñas: Para separaciones vapor–líquido, los eliminadores de niebla (mallas de alambre, laberinto de aletas, etc). Para separación líquido–líquido, los platos o esponjas coalescedoras Reducción del arrastre de burbujas de vapor/gas en la salida de líquido: líquido: rompe vórtices. §

§

§

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§

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§

Reducción mecánica de formación de espuma: espuma : placas rompe espuma. Limpieza interna de recipientes: recipientes : Cuando se espera una deposición continua de sólidos que no pueden ser fácilmente removibles Reducción del tiempo de decantación: decantación : en el caso de separaciones líquido–líquido, se busca reducir el tiempo en que una gota de la fase pesada discontinua alcance la interfase pesada–liviana (placas de decantación).

A continuación se presenta una breve descripción de algunos ejemplos de internos: 1.- Deflectores (Fig 6.) Los deflectores tienen una gran variedad de formas; pueden ser de placa, ángulo, ángulo, cono, codo codo de 90? , o semiesfera. semiesfera. El diseño y forma del deflector depende principalmente del soporte requerido para resistir la carga de impacto a la cual es sometido. Estas fuerzas de impacto pueden llegar a desprender el elemento y ocasionar serios problemas de arrastre. Para efectos prácticos, el tipo de deflector a usar (cuando no se empleen distribuidores) es el codo codo de 90? . 2.- Distribuidores de entrada (Fig 6.) Los distribuidores son aditamentos de tubería internamente colocados perpendicularmente a la boquilla de entrada, los cuales tienen ranuras ú orificios, por los cuales salen las dos fases a una baja velocidad. Estos aparatos, además, ayudan a una distribución pareja de las fases en el área disponible de flujo, que favorece la separación de la mismas. 3.- Ciclones (Fig 7.) Los ciclones funcionan de forma que la separación mecánica se efectúa por la fuerza centrífuga que actúa sobre las partículas al provocar el movimiento giratorio sobre la corriente de alimentación. Para lograr este efecto se coloca una chimenea

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ciclónica cerca de la boquilla de alimentación. Esta chimenea produce una alta velocidad y una gran caída de presión. Estos dispositivos producen la separación debido a un cambio en la cantidad angular de movimiento de la corriente bifásica. Estos elementos tienen forma de ciclón, es decir, un cilindro hueco con aberturas que permiten la entrada de la corriente en forma tangencial. El gas gira en torno al eje del cilindro y abandona la parte superior, mientras que las partículas líquidas por efecto de la diferencia de densidades salen desprendidas de la corriente la fuerza centrífuga aplicada sobre ellas debido a la rotación, golpeando las paredes del elemento y goteando por la parte inferior. Su principal uso se limita a corrientes formadas básicamente por gas o cuando la diferencia de densidad relativa entre las fases es pequeña. Un aspecto importante respecto a estos eliminadores es que la eficiencia de separación depende mucho de la velocidad del gas y por lo tanto del caudal manejado. Cuando este cae por debajo de los valores recomendados por el fabricante, la eficiencia de separación disminuye drásticamente, por esta razón no son recomendados cuando el flujo de alimentación es variable, como por ejemplo en los separadores de estaciones de flujo. Por otra parte, cuando la velocidad es muy alta se produce abrasión y desgaste excesivo, obligando al cambio frecuente del mismo y generando caídas de presión de hasta 140 pulg de agua. 4.- Eliminador de niebla tipo malla (“Mallas”) (Fig 7.) Descrito en general como “demister” ó “Malla de Alambre”, consiste en un filtro trenzado de alambre, normalmente de acero inoxidable empacado en forma de esponja cilíndrica, con un espesor entre 3 y 7 pulgadas y densidad entre 10 y 12 lb/pie3. Este elemento retiene las partículas líquidas hasta que adquieren un tamaño suficientemente grande como para que el peso supere tanto la tensión superficial como la acción de arrastre producida por el gas. Posee una de las más altas eficiencias de remoción y es preferido debido a su bajo costo de instalación. Estos eliminadores tienen la ventaja de que producen una baja caída de presión, y son altamente efectivos si la velocidad del vapor puede mantenerse dentro de un rango apropiado. La IV-14


desventaja principal respecto a los otros tipos de eliminadores radica en el hecho que el gas es forzado a pasar a través de éstos por los mismos canales por los que el líquido es drenado bajo la influencia de la gravedad, es decir, en el área libre del eliminador existe flujo en dos sentidos. Si no son especificados apropiadamente, puede suceder que: §

§

§

§

El líquido no pueda abandonar el elemento y se acumule en éste. El flujo de gas sea restringido como consecuencia de esta acumulación. La caída de presión llegue a tal valor que el líquido sea expulsado aguas abajo del separador, ocasionando arrastre. La desventaja con respecto a otros eliminadores de niebla, es que si hay sólidos pegajosos en la corriente de gas ó es un servicio sucio, el sistema es más propenso a obstruirse.

5.- Eliminador de niebla tipo aleta (Fig 7.) Los eliminadores tipo aleta consisten en un laberinto formado por láminas de metal colocadas paralelamente, con una series de bolsillos recolectores de líquido. El gas es conducido entre las placas, sometido a sucesivos cambios de dirección, mientras que las partículas líquidas tienden a seguir en línea recta y son atrapadas en los bolsillos del eliminador. Una vez allí, coalescen y son conducidas en dirección perpendicular al flujo de gas hasta el fondo del recipiente. Una característica de este elemento es que el líquido recolectado no es drenado en contracorriente al flujo de gas; en consecuencia la eficiencia de separación con respecto al eliminador tipo malla aumenta considerablemente. Las ventajas de este eliminador son su alta eficiencia y durabilidad. Adicionalmente, debido a que se construyen en forma compacta no son propensos a desarmarse.

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Las desventajas son su susceptibilidad a taponarse cuando manejan crudos parafinosos o asfalténicos, además su alto costo en relación a los otros tipos de eliminadores. 6.- Rompe – vórtices (Fig. 8.) Cuando un liquido es drenado de un recipiente, se pueden producir condiciones que originen la formación de un remolino. Este efecto en separadores ocasiona el escape de la fase de vapor por la boquilla de desalojo de líquido, lo cual es indeseable sobre todo desde el punto de vista de seguridad. Para solventar este problema es usual dotar a los recipientes de elementos que obstruyan o dificulten la formación de remolinos. 7.- Placas rompe – espumas (Fig. 8.) Consiste en una serie de placas paralelas longitudinales direccionadoras del flujo, colocadas en la zona de retención de líquidos de los separadores horizontales. Estas placas evitan que las burbujas de gas que ascienden a través del líquido colapsen y produzcan la agitación necesaria para formar la espuma. 8.- Rompe – olas (Fig. 8.) Cuando se tienen separadores horizontales muy largos, se debe evitar la propagación de las ondulaciones y los cambios de nivel en dirección longitudinal que son producidos por la entrada súbita de tapones de líquido dentro del separador. Para eliminar dichas ondulaciones es usual colocar placas en sentido transversal al separador, conocidas como rompe–olas. Dichas placas son de gran utilidad para las labores de control de nivel, evitando medidas erróneas producto del oleaje interno. 9.- Tuberías internas (Fig. 8.) Cuando se manejan crudos y productos sucios, es recomendable adecuar tanto el separador horizontal como el vertical, con un sistema interno de tuberías que permitan la inyección de agua, vapor o solventes para eliminar las impurezas que se depositan IV-16


en el equipo durante su operación o para desplazar a los hidrocarburos antes de proceder a la apertura del recipiente, por lo cual estos equipos son muy útiles cuando se efectúan paradas por mantenimiento. h. Problemas Operacionales Típicos a Tomar en Cuenta en el Diseño - Formación de espuma La tendencia a formar espuma de una mezcla vapor–líquido o vapor–líquido–líquido afectará severamente el desempeño del separador. Generalmente, si se sabe que la espuma es un problema antes de instalar el recipiente, pueden incorporarse deflectores de espuma como el método más económico de eliminar el problema. Sin embargo en algunos casos puede ser necesario resolver un problema en particular, usando soluciones más efectivas como agregar longitud extra al recipiente o usar aditivos químicos. Cualquier información que pueda obtenerse sobre la dispersión de espuma por análisis de laboratorio, antes del diseño del separador es de mucha ayuda. Un caso específico de esta situación son los separadores de Producción (gas–petróleo o gas–petróleo–agua). - Flujo de avance Algunas líneas de flujo bifásico muestran la tendencia a un tipo de flujo inestable, de oleaje, que se denomina flujo de avance. Obviamente la presencia del flujo avance requiere incluir placas rompe olas en el separador. - Materiales pegajosos Alimentaciones con materiales pegajosos, como es el caso de crudos parafinosos, pueden presentar problemas operativos, debido al ensuciamiento o incrustación de los elementos internos.

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- Rompe – olas (Fig. 8.) Cuando se tienen separadores horizontales muy largos, se debe evitar la propagación de las ondulaciones y los cambios de nivel en dirección longitudinal que son producidos por la entrada súbita de tapones de líquido dentro de separador. Para eliminar dichas ondulaciones es usual colocar placas en sentido transversal al separador, conocidas como rompe–olas. Dichas placas son de gran utilidad para las labores de control de nivel, evitando medidas erróneas producto del oleaje interno - Tuberías internas (Fig. 8.) Cuando se manejan crudos y productos sucios, es recomendable adecuar tanto el separador horizontal como el vertical, con un sistema interno de tuberías que permitan la inyección de agua, vapor o solventes para eliminar las impurezas que se depositan en el equipo durante su operación o para desplazar a los hidrocarburos antes de proceder a la apertura del recipiente, por lo cual estos equipos son muy útiles cuando se efectúan paradas por mantenimiento. - Guía a Seguir para todo Tipo de Separadores La siguiente metodología es con la finalidad de ser utilizada como una guía general para el diseño de separadores. Paso 1.– Obtención de la información de proceso (propiedades de las corrientes) y de la función que se espera realizar. De acuerdo a los procedimientos que se presentarán en los documentos siguientes, se requiere obtener la siguiente información:

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Información Vapor/gas Líquido(s) General Densidad X X Viscosidad X X Tensión superficial X Flujo (másico o X X volumétrico) Presión de operación X Temperatura de operación X Material pegajoso? X Arrastre de sólidos? X Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? X Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s) x

Paso 2.– Definición del tipo de separador y de servicio Recomendación de Tipo de Separador Situación

Vertical sin Vertical Horizontal Horizontal Malla con Malla sin Malla con Malla Moderado Muy Muy recomenda recomenda ble ble

Moderado

Moderado Alto “tumdown” Muy Muy de flujo de gas recomenda recomenda ble ble

Moderado

Alta relación Vapor/líquido

Moderado

Moderado

Muy Muy recomenda recomenda ble ble

Alto “tumdown” Moderado de flujo líquido

Moderado


Baja relación vapor/líquido

Presencia de sólidos, materiales pegagosos

Recomend Moderado: Moderado: able considerar Considerar internos internos especiales especiales/ inclinación IV-19

Moderado: Considerar internos especiales/ inclinación


Recomendación de Tipo de Separador Situación

Vertical sin Vertical Horizontal Horizontal Malla con Malla sin Malla con Malla

Separación No No Recomend líquido-líquido recomenda recomenda able solamente ble ble Moderado Separación líquido-líquidovapor Limitaciones en área de planta

Moderado

No aplica


Recomend Recomend No No able able recomenda recomenda ble ble

Limitaciones No No Recomend Recomend en espacio recomenda recomenda able able vertical o altura ble ble

Paso 3.– Localización de los criterios de diseño típicos para el servicio en cuestión, criterios y consideraciones adicionales y la configuración del tambor. Paso 4.– Dimensionamiento del tambor a través del calculo de: • Velocidad crítica del vapor • Área de flujo de vapor requerida disponible • Relación L/D • Volumen de retención de líquido en el tambor • Niveles bajo–bajo, bajo, alto, alto–alto del líquido, cuando se trate de separadores vapor líquido. Para separación vapor–líquido–líquido, añadir nivel bajo y nivel alto de interfase. • Diseño/especificación de Internos que afecten el diseño de Proceso del recipiente • Volumen del tambor Paso 5.– Definición y dimensionamiento de las boquillas de entrada y de salida

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Paso 6.– Especificación de los internos faltantes del separador Paso 7.– Cálculo de la caída de presión del equipo: como la suma de la caída de presión de la boquilla de entrada, de salida de gas y de los internos (cuando aplique) i. Nomenclatura

C = Líquido arrastrado hacia la cabecera del tambor C´ = Coeficiente de arrastre que depende del Número de Reynolds. = Diámetro de gota.

En unidades SI

En unidades Inglesas

kg/s

lb/s

Adimensional m

pie

F = Flujo de líquido alimentado al tambor.

kg/s

lb/s

F1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. 2)

1000

1

F2 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. 3).

0.048

0.157

g = Aceleración debido a la gravedad

0.807m/s2

32.174 pie/s2

Vc = Velocidad crítica

m/s

pie/s

Vt = Velocidad terminal de la gota del líquido, velocidad terminal de decantación.

m/s

pie/s

= Viscosidad de la fase continua

mPas/s

dg

E = Eficiencia de separación, %

µ

lb/pie/s

ρg

= Densidad del gas

kg/m3

lb/pie3

ρl

= Densidad del líquido

kg/m3

lb/pie3

ρp

= Densidad de la fase pesada

kg/m3

lb/pie3

ρL

= Densidad de la fase liviana

kg/m3

lb/pie3

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j. APENDICE Figura 1 Separadores gas–liquido Figura 2 Separador vertical Figura 3 Separador horizontal Figura 4 Separador centrifugo Figura 5 Separador filtro Figura 6 Tipos de deflectores y distribuidores Figura 7 Tipos de eliminadores de niebla Figura 8 Otros internos

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Fig. 1 Separadores de Gas-Líquido

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Fig. 2. Separador Vertical

NAAL: NIVEL ALTO-ALTO DE LÍQUIDO NAL : NIVEL ALTO DE LÍQUIDO NBL : NIVEL BAJO DE LÍQUIDO NBBL: NIVEL BAJO-BAJO DE LÍQUIDO

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Fig. 3. Separador Horizontal

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Fig. 4. Separador Centrífugo

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Fig. 5 Separador Filtro

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Fig. 6. Tipos de deflectores y distribuidores

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Fig. 7. Tipos de Eliminadores de Niebla

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Fig. 8. Otros Internos

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SISTEMA DE RECOLECCIÓN SEPARACIÓN DE PETROLEO Y GAS Cap. IV.

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