TRATADORES: TRATADOR TÉRMICO: El tratador térmico incluye en una unidad, alguno o todos los elementos enumerados a continuación: Un separador de aceite o gas, ³Free water Knockout´, un calentador, una sección de filtro, una sección estabilizadora y un intercambiador de calor. Una de estas funciones debe enfatizarse más que las otras, dependiendo del servicio para el cual haya sido diseñado. La emulsión que entra conjuntamente con el químico agregado cae a través de los quemadores. El agua libre cae Hacia el fondo. fondo. La emulsión emulsión luego continua continua a una segunda sección del tanque donde el agua que se separa de la emulsión cae al fondo y el aceite limpio es evacuada por la salida. Un tratador consiste en un tanque vertical u horizontal, a presión, caja de fuego, filtros, válvulas de control de nivel, termostato y válvulas de contrapresion. Para poner en servicio un tratador. Revisar los accesorios siguiente: Termómetros, manómetros, cristal, termostato, piloto, regulador de presión, templadores, válvulas de alivio, resistencias, válvulas de contrapresion, de control de nivel, válvula de drenaje. Abrir la válvula de entrada de fluido. Abrir la válvula de desvío en la válvula de contrapresion. Cerrar la válvula de salida de petrolero y agua. Poner a recibir el tratador y cuando el nivel de liquido este por sobre la caja de fuego, préndala. Regular la presión de gas a la caja de fuego. 20lbs de presión con la caja encendida. Regular presión de tratador, cerrando poco a poco la válvula de desvío y controlar la válvula neumática. Controlar nivel de petróleo y agua con las válvulas neumáticas y mecánicas utilizando los templadores y las pesas. Controlar la temperatura. CONTROLAR VALVULA DE ALIVIO EN TRATADOR T RATADOR TÉRMICO El gas de entrada debe pasar por un sifón para dejar los líquidos, ese sifón debe tener un dispositivo que cierre el paso del gas hacia la caja de fuego cuando el líquido sube y contamine el gas y así evitar que si el liquido es petróleo pueda ocasionar un incendio. El petróleo sucio recibe la química antes de entrar al separador para facilitar la mezcla y allí pasar al tratador, donde se eleva la temperatura para ayudar a romper la emulsión y propiciar el decantamiento del agua que se descarga por una válvula de control de nivel de agua, el petróleo sube en el calentador y pasa a través de filtros para allí las ultimas ultimas gotas de agua, ya que sobre los filtros hay un espacio donde el petróleo se detiene un poco permitiendo decantar el agua que le queda.
El petróleo limpio lo descarga por una válvula de control de nivel de petróleo. Las válvulas de control de nivel de agua y petróleo son válvulas neumáticas que trabajan con la presión del calentador sobre el diafragma y la señal se produce por la variación del nivel de fluido. El tratador hace completo el proceso de tratamiento, calentando el petróleo y el agua para separar con más facilidad el agua y el petróleo, por esta razón las muestras tomadas en el petróleo deben estar limpias ya que este petróleo va directamente a los tanques de almacenamiento. En los tratadores y calentadores si las cajas de fuego no están cubiertas de líquidos no deben prenderse, revisar temperatura, presión, nivel y condición general de los tratadores en cada turno de trabajo. FREE WÁTER KNOCK-OUT El Free Water Knockout., esta diseñado para retirar el agua libre que se ha decantado mientras los fluidos del pozo quedan quietos dentro del espacio de decantación del tanque. (Por lo general únicamente durante algunos minutos). La remoción del agua libre evita sobrecargar las líneas de flujo que anteceden a la planta de tratamiento. Existen varios tipos de diseño de Free Water Knockout. El siguiente diagrama ilustra un Free Water Knockout horizontal de tres fases. TRATADOR ELECTRO QUÍMICO Los tratadores electrostáticas o electroquímicos son similares a los calentadores horizontales, salvo por que en ellos se utiliza una rejilla eléctrica de alto voltaje (corriente alterna o corriente directa). La electricidad conjuntamente con los productos químicos con frecuencia constituye un medio eficaz para romper las emulsiones. En el caso de los tratadores electrostáticos, la emulsión asciende a través del campo eléctrico y las gotas de agua reciben una descarga eléctrica.
Tratadores Verticales Son los más usados para tratar corrientes de pozos individuales, fig. 1. El flujo entra por la parte superior del tratador, el cual puede ser dimensionado para separar gas del flujo de entrada. Si el tratador está localizado después de un separador, este cambio es pequeño. La sección de separación de gas puede tener un desviador de entrada y eliminador de niebla.
TRATADORES VERTICALES. FIG .1.
El líquido fluye hacia la base del tratador por un tubo de contracorriente, en la cual tenemos la sección de separación de agua libre, si el tratador está después de un separador de agua libre, la sección del fondo puede ser muy pequeña. Si tratamos la corriente total del pozo, esta sección del fondo puede ser muy pequeña. Si tratamos la corriente total del pozo, esta sección puede diseñarse para un tiempo de retención de 3 o 4 minutos tanto para el aceite como para el agua y así permitir el asentamiento y salida del agua libre con lo que se reducen los requerimientos de calor.
TRATADOR TÉRMICO VERTICAL. FIG.2
La base del tubo de contracorriente puede localizarse un poco más debajo de la interface agua-aceite para permitir el lavado del aceite y así permitir el lavado del aceite y así ayudar a coalescer las góticas de agua. Aceite y emulsión suben sobre los quemadores ( heater fire tubes ) hasta la sección de coalescencia donde se da un tiempo de retención suficiente para permitir que las pequeñas partículas de agua en la fase continua (aceite) se unan y vayan al fondo. El aceite tratado se saca por la parte superior. El gas proveniente del calentamiento del aceite fluye a través de una línea igualadora a la zona de gas. El nivel del aceite se mantiene por válvulas de vaciado, neumático u operado por nivel. La altura de la interfase agua-aceite es regulada por un controlador de interfase o por una salida de agua y ajustable. El diseño detallado de la presión del recipiente incluyendo el diseño de las partes internas ( puede venir patentado ) es responsabilidad de quien suministra los equipos.
Tratadores Horizontales Instalaciones para varios pozos requieren de tratadores horizontales. La figura 3 muestra un diseño típico. El flujo entra por la parte delantera superior del tratador donde se libera el gas. El líquido cae a la vecindad de la interfase agua-aceite donde el agua libre es separada. Aceite y emulsión suben y pasan a través de los quemadores ( fire tubes ) para luego llegar a la cámara de surgencia de aceite. La interfase agua-aceite en la sección de entrada es regulada por un controlador de nivel de interfase que opera la válvula de vaciar el agua libre. Aceite y emulsión fluyen a través del propagador ( spreader ) a la sección de coalescencia del tratador, donde se almacena el fluido. El propagador distribuye el flujo eventualmente en toda la longitud de esta sección. El aceite tratado es recolectado en el tope por medio de un mecanismo de colección diseñado para mantener un flujo de aceite vertical y uniforme. Las góticas de agua que coalescen caen a medida que la fase continua ( aceite ) sube. La interfase agua-aceite es mantenida por un controlador de nivel y una válvula de vaciar para esta sección del tratador.
TRATADOR HORIZONTAL FIG.3
Un control de nivel en la cámara de surgencia de aceite opera una válvula de vaciado en la línea de salida del aceite que regula el flujo de aceite hacia fuera del tratador para mantener la condición del fluido almacenado. La sección de entrada se diseña para manejar el asentamiento del agua libre y el calentamiento del aceite. La sección de coalescencia se diseña para dar un tiempo de retención adecuado para la unión de las góticas de agua y permitir que estas se asienten por gravedad.
Tamaño de las gotitas de agua Antes de iniciar un procedimiento de diseño, es importante determinar el tamaño de las gotitas de agua a usarse en la ecuación de asentamiento. Es muy raro tener datos de coalescencia para un sistema dado en el laboratorio. Cualitativamente, se puede esperar que el tamaño de las gotitas de agua incremente con el tiempo de retención en la sección de coalescencia y también incremente con la entrada de calor, la cual excita el sistema y multiplica el número de colisiones entre las gotitas. También podemos esperar que el tamaño de las gotitas decrezca con la viscosidad del aceite, la cual inhibe el movimiento de las partículas y disminuye la fuerza de colisión. Después de un período inicial, el incremento del tiempo de retención tiene un pequeño impacto sobre la tasa de crecimiento de la partícula. En consecuencia para tratadores diseñados prácticamente el tiempo de retención no es una variable determinante. Intuitivamente, se espera que la viscosidad tenga mayor efecto sobre la coalescencia que la temperatura. DESVENTAJAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO Reducción del volumen de crudo, cuando el calentamiento es alto, al evaporarse parte de éste. Variación de las propiedades físicas del crudo, aumentar en la densidad y viscosidad, lo cual se disminuye su valor comercial. Costos mucho mayores por equipo y combustible. Incremento en costos por problemas de corrosión y mantenimiento. No es tan versátil como el tratador químico en el sentido de poderse aplicar sin problemas en grande o pequeña escala. El riesgo potencial de accidentes graves puede ser mucho mayor que en caso del tratamiento químico. TRATAMIENTO ELECTROSTÁTICO Los tratadores electrostáticos son recipientes cilíndricos colocados horizontalmente, provistos internamente de dos secciones claramente limitadas figura 4. La primera corresponde a la zona de calentadores tubulares cuyos quemadores consumen gas o aceite. En la segunda se encuentran dispuestos dos rejillas para, entre ellas, crear el campo electrostático; una de las rejillas es móvil con el fin de graduar el potencial eléctrico. La separación entre la sección de calentamiento y la sección de rejillas para campo electrostático es realizada por una platina (baffle) vertical.
La coalescencia electrostática a alto voltaje es utilizada en los campos petroleros y refinerías que trabajan con petróleos crudos, que contienen agua y sal. Para mejorar la eficiencia de la operación, los tratadores electrostáticos en los campos, se han rediseñado de tal forma que, en el mismo recipiente se incorporen, tanto elementos de calentamiento en la zona de operación de gas y remoción de agua libre, como los elementos correspondientes al tratamiento electrostático. Una vez el petróleo crudo ha sido sometido al calentamiento y se le ha retirado el gas y el agua libre, pasa caliente a la zona de tratamiento electrostático. El hecho que hace posible el fenómeno de coalescencia electrostática, es la composición molecular del agua, una parte de oxígeno y dos de hidrógeno, unidas de tal forma que presentan naturaleza polar, es decir que en una misma molécula existen dos polo, uno positivo y el otro negativo, de tal manera que al ubicarse dentro de un campo electrostático se orientan de acuerdo con éste.
TRATADOR ELECTROSTÁTICO FIG.4
La unión de dos elementos hidrógeno al elemento oxígeno ocurre formando un ángulo de 105, quedando como vértice el oxígeno que el componente negativo y en los lados del ángulo los hidrógenos que son el componente positivo. El agua separada en esta zona fluye a la sección de rejillas por la parte inferior de la platina vertical, donde se mezcla con el agua separada de dicha sección, para luego ser retirada por una válvula neumática actuada por un solenoide, que recibe una señal enviada desde un censor que mide y controla el nivel del agua en el separador. La emulsión petróleo-agua caliente, fluye a un colector por dos ranuras colocadas en una platina separadora, hacia la sección de las rejillas para ser distribuido por medio de placas dentadas, dispuestas en forma de ³V´ invertida unidas a la platina separadora y colocadas por debajo de las rejillas.
En esta segunda sección es donde se separa el agua del petróleo, con la ayuda del campo electrostático creado entre las rejillas, el cual hace que las gotitas de agua en emulsión se unan y formen gotas más grandes que su propio peso descienden al fondo del recipiente de donde son retiradas posteriormente. El crudo seco y libre de impurezas es retirado del tratador por un tubo recolector dispuesto en la parte superior de la sección de rejillas; la señal para evacuación del crudo proviene de un controlador de nivel ubicado en la zona de calentamiento. Las rejillas que producen el campo electrostático reciben la corriente de un transformador elevador de voltaje, el cual posee una protección térmica que lo pone fuera de servicio cuando sobrepasa el amperaje nominalEl tratador electrostático posee varios termostatos encargados de medir y controlar la temperatura en el crudo y la cantidad de calor producida en los calentadores tubulares, de tal manera que el petróleo fluya a temperatura constante dentro del tratador. Generalmente estos termostatos se ubican en el centro del tratador en la zona del calentamiento cerca al paso a la sección de rejillas, y otros termostatos son ubicados cerca de los quemadores de los calentadores. Estos termostatos apropiadamente graduados efectúan un doble control; de un lado controlan la temperatura del crudo, y de otro la inyección de combustible a los quemadores, para así asegurar una entrega moderada y continua de calor. Los tratadores electrostáticos tienen una serie de aditamentos que facilitan su operación y mantenimiento. En la sección de calentamiento se tiene una cámara que recolecta los sedimentos separados inicialmente para ser drenados junto con el agua y ser enviados al separador API. Se cuenta también con mezcladores, en los cuales se inyecta agua caliente para lavar el crudo y ayudar a eliminar la sal presente. Según se posean dos o más tratadores electrostáticos, se podrán pensar en hacer arreglos para operación en serie o en paralelo, aunque generalmente se tienen disposiciones en paralelo, por la cantidad de flujo a tratar y la facilidad de un mejor control. El campo eléctrico es casi nulo cuando la distancia entre las dos gotas de agua es aproximadamente ocho veces el diámetro promedio de ella, esto corresponde a un porcentaje de agua remanente por debajo del 0.2 %. El potencial aplicado varía de 11.00 a 35.000 voltios El crudo puede ser tratado a una menor temperatura, lo que implica ahorro de energía, mejor calidad del crudo y menores perdidas por evaporación de livianos. PORCENTAJE AGUA 5 1 0,2
DISTANCIA
COALESCENCIA
2 diámetros 4 diámetros 8 diámetros
Alta Lenta Despreciable
Diseño de Tratadores Electrostáticos. Partiendo de un diseño adecuado del tratamiento la separación del crudo y agua emulsionados se convierte en un problema mecánico. La velocidad de sedimentación para varios diámetros de gotas puede ser calculada por la gravedad y viscosidad de cualquiera de los fluidos en emulsión por la ley de Stokes. De acuerdo con esta ley, la velocidad de sedimentación de las esferas a través del fluido es directamente proporcional a la diferencia de densidades de la esfera y el fluido e inversamente proporcional a la viscosidad del fluido y el cuadrado del diámetro de la esfera. Conociendo la velocidad de sedimentación de las gotas y el área transversal de la zona de sedimentación (coalescencia de parrillas) se puede calcular la capacidad de cualquier tratador. En la siguiente formula aparece una constante universal ³C´, la cual varía de acuerdo con el diámetro de las partículas de agua en la emulsión. Para estos cálculos se procede suponiendo diámetros de las partículas en diferentes tipos de emulsión y tomando el valor respectivo de la constante, como aparece en la Tabla 13.
TABLA . Valores de la constante ³C´. Características de Emulsión Agua Libre Emulsión fácil Emulsión moderada Emulsión fuerte
Diámetros gotas C Micrones (metros x 10 ± 6) 200 150 100 60
1.101 619 275 99
Para determinar la capacidad de un tratador es necesario suponer o adoptar una temperatura de tratamiento. En la Tabla 14 se presentan temperaturas promedias de tratamiento para varios tipos de emulsiones. Por lo general se parte de una temperatura inicial. Después de seleccionar una temperatura de tratamiento se determina la densidad relativa (gravedad específica) del crudo y agua y la viscosidad del crudo a la temperatura de tratamiento. TABLA . Temperaturas promedio de tratamiento. Características de la emulsión Emulsión Fácil
Temperatura oF 85 ± 100
Emulsión Moderada Emulsión fuerte
100 ± 110 110 ± 135 VENTAJAS
No se presentan pérdidas significativas de volumen de crudo. No hay gran variación de las propiedades físicas. Costos menores de combustible. Es versátil. Son más eficientes que los Térmicos en reducir el BSW (Hasta 0.2%)
