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Marzo 2010
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Contenido
Definición
Principios de separación
Descripción de un separador
Funciones de un separador
Clasificación de los separadores
Descripción de los internos de un separador
Separadores Verticales Vs. Separadores Horizontales
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Problemas operacionales que presentan los separadores
Diseño de los separadores
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Separadores
Definición.
Es un cilindro de acero que por lo general se
utiliza en los procesos de producción,
procesamiento y tratamiento de los
hidrocarburos para disgregar la mezcla en
sus componentes básicos, petróleo y gas.Adicionalmente, el recipiente permite aislar
los hidrocarburos de otros componentes
indeseables como la arena y el agua.
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Separadores
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Principios de Separación
En los campos petroleros los
efectos de separación más
usados son:
En el procesamiento de
gas los efectos más usados son:
Fuerzas de Gravedad
Fuerza Centrífuga
Cambios en la Cantidad de Movimientos
Fuerzas Electrostática.
Absorción
Adsorción
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Fuerzas de
Gravedad
Fuerzas
Centrífugas
Filtración
Cambios en la Cantidad de
Movimiento
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Principios de Separación
Fuerza de 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.
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Separador vertical FKW
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Principios de Separación
Fuerza Centrífuga
El separador centrífugo funciona mediante el efecto de la fuerza
centrífuga. El agua contaminada con sólidos e hidrocarburos/aceites se
inyecta tangencialmente a lo largo de la circunferencia del estanque
cilindro-cónico para permitir la separación de las partículas pesadas. El
aceite libre es retirado de la superficie del estanque y se almacena en el
acumulador de hidrocarburo. Las partículas que pueden precipitar
sedimentan al fondo del estanque, desde aquí son drenadas a un filtro
de bolsa de fácil reemplazo.
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Opcionalmente se puede incluir inyección de ozono, control de pH,
aplicación de agentes coagulantes/floculantes con el objeto de
aumentar la flotación de aceites y la precipitaciónde sólidos.
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Principios de Separación
Cambios en la Cantidad de Movimientos(Momentum Lineal )
Los fluidos con diferentes densidades tienen diferentes momentum. Si una
corriente de dos fases se cambia 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 rápidame nte como las de la fase
liviana, este fenómeno provoca la separación.
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Principios de Separación
Fuerzas Electrostáticas
Consiste en someter la emulsión a un campo eléctrico ntenso,i generado por la aplicación
de un alto voltaje entre dos electrodos. La aplicación del campo eléctrico sobre la
emulsión induce a la formación de dipolos eléctricos en las gotas de agua, lo que origina
una atracción entre ellas, incrementando su contacto y su posterior coalescencia. Como
efecto final se obtiene un aumento del tamaño de las gotas, lo que permite la
sedimentación por gravedad.
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Movimiento de una gota de aguaentre dos electrodos de polaridaddual.
Deshidratador Electrostático
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Principios de Separación
Coalescencia
Las gotas muy pequeñas no pueden ser
separadas por gravedad. Estas gotas se
unen por medio del fenómeno de
coalescencia, para formar gotas
mayores, las cuales se acercan lo
suficientemente como para superar las
tensiones superficiales individuales y
poder de esta forma separarse por
gravedad.
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Separación por coalescencia
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Principios de Separación
Absorció n
Este es uno de los procesos de mayor utilidad en la industria del gas natural. El
proceso consiste en remover el vapor de agua de la corriente de gas natural,
por medio de un contacto líquido. El líquido que sirve como superficie
absorbente debe cumplir con una serie de condiciones, como por ejemplo:
• Alta afinidad con el vapor de agua y ser de bajo costo,
• Poseer estabilidad hacia los componentes del gas y bajo perfil corrosivo
• Estabilidad para regeneración
• Viscosidad baja
• Baja presión de vapor a la temperatura de contacto,
• Baja solubilidad con las fracciones líquidas del gas natural
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• Baja tendencia a la formación de emulsiones y producción de espumas.
Los glicoles y el metano son los líquidos de mayor uso en la deshidratación del
gas natural. El metanol, como agente deshidratantes es de alto costo.
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Principios de Separación
Adsorció n
La adsorción es el proceso mediante el cual un sólido poroso (a nivel
microscópico) es capaz de retener partículas de gas en su superficie tras
entrar en contacto con éste.
Una de las aplicaciones más conocidas de la adsorci ón en el mundo
industrial, es la extracción de humedad del aire comprimido. Se consigue
haciendo pasar el aire comprimido a través de un lecho de alumina activa u
otros materiales con efecto de adsorción a la molécula de agua. La saturación
del lecho se consigue sometiendo a presión el gas o aire, así la molécula de
agua es adsorbida por la molécula del lecho, hasta su saturación. La
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regeneración del lecho, se consigue soltando al exterior este aire comprimido y
haciendo pasar una corriente de aire presecado a través del lecho.
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Descripción de un Separadorr
Un separador consta de las siguientes secciones :
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Descripción de un Separadorr
Un separador consta de las siguientes secciones :
Separación primaria
Comprende la entrada de la mezcla crudo-agua-gas. La separación en
esta sección se realiza mediante un cambio de dirección de flujo. El
cambio en la cantidad de movimiento de las fases a la entrada del
separador genera la separación gruesa de las fases. Esta zona incluye las
boquillas de entrada y los ditamentos de entrada, tales como deflectores ó
distribuidores.
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El deflector separa el petróleo y el gas al forzar cambios en dirección y velocidad en la corriente de flujo.
El ingreso ciclón logra el mismo resultado con la fuerza centrifuga
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Descripción de un Separador
Separación secundaria
Está representada por la etapa de separación máxima de líquido por
efecto de gravedad. En esta sección las gotas se separan
principalmente por la gravedad por lo que la turbulencia del flujo debe
ser mínima. Para esto, el separador debe tener suficiente longitud. En
algunos diseños se utilizan veletas o aspas alineadas para reducir
aún más la turbulencia, sirviendo al mismo tiempo c omo superficies
colectoras de gotas de líquido.
La eficiencia de separación en esta sección, depende principalmente
de las propiedades físicas del gas y del líquido, del tamaño de las
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gotas de líquido suspendidas en el flujo de gas y del grado de
turbulencia.
.
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Descripción de un Separadorr
Sección de extracción de niebla:
En esta parte del separador se utilizan el efecto de
choque y/o la fuerza centrífuga como mecanismos de
separación. Mediante estos mecanismos se logra quelas pequeñas gotas de líquido, se colecten sobre una
superficie en donde se acumulan y forman gotas más
grandes, que se drenan a través de un conducto a la
sección de acumulación de líquidos o bien caen contra
la corriente de gas a la sección de separaciónprimaria.
El dispositivo utilizado en esta sección, conocido como
extractor de niebla, está constituido generalmente por
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un conjunto de veletas o aspas; por alambre
entretejido, o por tubos ciclónicos.
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Descripción de un Separadorr
Recolección de las fases líquidas
Está constituida por la parte inferior del separador que actúa como
colector, posee control de nivel mediante un flotador para manejar
volúmenes de líquidos obtenidos durante la operación.
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Funciones de los Separadoress
Las funciones que debe cumplir un separador son:
1. Hacer una primera separación de fases entre los hidrocarburos de la
mezcla.
2. Cuando el proceso de separación ocurre entre la fase gaseosa y
líquida, la función del separador será: Refinar el proceso de separación
mediante la recolección de partículas líquidas atrapadas en la fase
gaseosa, y partículas del gas atrapadas en la fase líquida.
3. Liberar parte de la fase gaseosa que haya quedado atrapada en la
líquida
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4. Descargar por separado la fase líquida y gaseosa, que salen del
separador, con el objetivo de evitar que se vuelvan a mezclar, lo que
haría que el proceso de separación sea de una baja eficiencia.
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Funciones de operación de los Separadoreses
Para que un separador pueda cumplir con sus funciones
debe satisfacer lo siguiente:
• Controlar la energía del fluido al entrar al separador
• Las tasas de flujo deben responder a ciertos rasgos de
volumen
• La turbulencia que ocurren en la sección ocupada por el
gas debe ser minimizada
• La acumulación de espuma y partículas contaminantes
deben ser eliminadas
• Las salidas de los fluidos deben estar previstas de los
controles de presión
• Las regiones de acumulación de sólidos deben tener
prevista la remoción de estas fases
• El separador debe tener válvulas de alivio
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• El recipiente debe estar provisto de manómetros,
termómetros, controles de nivel, etc.
• El separador debe tener bocas de visitas
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Clasificación de los Separadoress
Se clasifican en función de:
Número de fases a separar
Forma Geométrica
Ubicació n
Presió n de Operació n
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Separadores
Bifásic
os.
Separ
adores
Trifásic
os.
Separadores Tetrafásicos.
Separadores
Verticales
Separado
res
Horizontales Separadores
Esférico.
Separadores de Entrada,
Separadores en Serie, Paralelo
Separadores Tipo Filtro, Tipo Tanque de
Venteo (Flash), Tipo Centrífugo,
Separadores Tipo Depuradores
Separadores de goteo en línea
Torre de Destilación
Separadores de alta, media y baja presión
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Segú n las fases a separar
Separadores Bifásicos
Estos separadores, tiene como
principal objetivo separar
fluidos bifásicos, tales como
Gas y Petróleo, Agua y
Petróleo.
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Segú n las fases a separarr
Separadores Trifásicos
Losseparadores trifásicos
se diseñan para separar tres
fases, constituidas por el gas
y las dos fases de los líquidos
inmiscibles (agua y petróleo),
es decir, separar los
componentes de los fluidosque se producen en un pozo
petrolero.
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Separadores Trifá sicosos
Vista General del EquipoÁnodos de Sacrificio Sistema de Difusor de
EntradaDesmister desarenadores
Tubos de Fuego
BafflesSistema de
Desarenadores
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Segú n las fases a separarar
Separadores Tetrafásicos
En cuanto a losseparadores
tetrafásicospodemos decir que
en los mismos se ha previsto
adicionalmente, una sección para
la sección de espuma que suele
formarse en algunos tipos de
fluidos
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Segú n la forma Geométricaa
Separadores Verticales
a) Placa desviadora
b) Demister
c) Sección de recolección de
líquido del Demister
d) Canducto de drenaje del
demister
Gas
Lí quido
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Segú n la forma Geométricaa
Separadores Horizontales
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Segú n la forma Geométricaa
Separadores Esféricos
Este diseño puede ser muy eficientede punto de vista de contención de
presión, pero debido a su capacidad
limitada de oleada líquido y
dificultades con la fabricación
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Segú n la Ubicacióónn
Separadores de Entrada
Estos equipos están ubicados a la
entrada de la planta, para recibir
los fluidos en su condición original,
cruda; obviamente en este caso
será necesario esperar la
posibilidad de recibir impurezas enel fluido
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Segú n la Ubicaciónn
Separadores en Paralelo
Estos separadores que están
colocados en paralelo. En este
caso la separación se realiza en
forma simultánea
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Segú n la Ubicaciónn
Separadores en Serie
Gas
T1,, P1
T2,, P2
Petróleoó Ta, Pa
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Segú n la Ubicaciónn
Depuradores de Gas
La principal, función del depurador es
remover los residuos líquidos de una
mezcla, que tiene predominio de partículas
gaseosas, para ello en su diseño tienen
elementos de impacto para remover las
partículas líquidas.
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Depuradores de
Gas
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Segú n la Ubicaciónn
Separadores Tipo Filtro
Este tipo de separador, por lo
general tiene dos
compartimientos. Uno de ellos esun filtro coalescente, el cual se
utiliza para la separación primaria
del líquido, que viene con el gas.
Mientras, el gas fluya a través de
los filtros, las partículas pequeñas
del líquido, se van agrupado, paraformar moléculas de mayor
tamaño. Una vez que la moléculas
se han hecho de mayor tamaño,
son con cierta facilidad empujadas
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por la presión del gas hacía el
núcleo del filtro, y por ende
separadas del gas
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Segú n la Ubicaciónn
Separadores Centrífugos
Estos separadores se
utilizan para separar
partículas sólidas y
líquidas de la corriente
de gas
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Segú n la Ubicaciónn
Torre de Destilació n
Este envase permite separar un fluido envarios componentes de composiciones
deseadas. Para ello se utilizan procesos de
equilibrio térmico basado en las constantes
de equilibrio líquido- vapor. Por lo general,
las torres de destilación poseen platos en
los cuales se establecen flujos en dos
direcciones el gas en ascenso y el líquido
en descenso.
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Segú n la Ubicaciónn
Separadores Tipo Tanque de
Venteo.
Estos son separadores que seutilizan para separar el gas que se
produce cuando se reduce la
presión del líquido.
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Segú n la Ubicaciónn
Tipo de Goteo en Línea
Estos equipos se instalan en tuberías quemanejan fluidos con una alta relación
Gas- líquido El objetivo es remover el
líquido libre y no necesariamente todo el
líquido contenido en la corriente gaseosa.
Luego, los equipos de goteo en línea
permiten la acumulación y separación del
líquido libre.
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Segú n la Presión de Operaciónn
T1,, P1
T2,, P2
Petróleoó T3,, P3 Ta, Pa
Condensado
(+Gas) (40-60ºAPI)
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Separadores Horizontales
Ventajas Desventajas
Por lo normal se emplean cuando la
relación gas- líquido es baja.
Requieren de poco espacio vertical
para su instalación.
Requieren menor diámetro que un
separador vertical, para una capacidad
dada de gas.
Manejan grandes cantidades de
líquido, optimizando el volumen de
operación requerido.
Cuando existen variaciones a nivel de
la fase pesada afectan la separación
de la fase liviana.
Ocupan mucho espacio horizontal.
Es difícil la remoción de sólidos
acumulados.
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Separadores Esféricos
Ventajas Desventajas
Más compactos que los horizontales o
los verticales, por lo que se usan en
plataformas costa afuera.
Son más fáciles de limpiar que los
separadores verticales.
Los diferentes tamaños disponibles los
hacen el tipo más económico parainstalaciones individuales de pozos de
alta presión.
Tienen un espacio de separación muy
limitado.
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Descripción de los internos de unn
Separadorr
Deflectores
Se emplean para producir un cambio
en la cantidad de movimiento o de
dirección del flujo de la corriente deentrada, y así producir la primera
separación mecánica de las fases.
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Deflectores
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Descripción de los internos de unn
Separadorr
Distribuidores de entrada
Tienen ranuras ú orificios, por los
cuales salen las dos fases a una baja
velocidad. Ayudan a distribución pareja
de las fases del área disponible de
flujo, que favorece a la separación de
las mismas.
Ciclones
La separación mecánica se efectúa por
la fuerza centrifuga que actúa sobre
las partículas al provocar el
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movimiento giratorio sobre la corriente
de alimentación.
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Descripción de los internos de unn
Separadorr
Eliminador de niebla tipo malla
Retienen las partículas líquidas hasta que
adquieren un tamaño suficientemente grande
como para que el peso supere tanto la tensiónsuperficial como la acción de arrastre
producida por el gas.
Eliminador de niebla tipo aleta
Consisten en un laberinto formado por láminas
de metal colocadas paralelamente, con una
series de bolsillos recolectores de líquido
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Descripción de los internos de unn
Separadorr
Eliminador de niebla tipo Ciclón
Producen la separación debido a un cambio
en la cantidad angular de movimiento de la
corriente bifásica.
Rompe vórtices
Es bueno incluirlos en los separadores para
prevenir que se desarrolle un vórtice cuando
la válvula control de líquidos esta abierta.
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Ayuda a prevenir que el gas sea nuevamente
arrastrado.
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Descripción de los internos de unn
Separadorr
Placas rompe espumas
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.
Rompe olas
Para evitar la propagación de las
ondulaciones y los cambios de nivel en
d ó l d l d d
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dirección longitudinal que son producidos
por la entrada súbita de tapones de líquido
dentro del separador.
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Descripción de los internos de unn
Separadorr
Tuberías internas
Pueden ser adecuadas tanto para los
separadores verticales y horizontales. 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
SISTEMA DE SAND JETDETALLES
BOQUILLAS DE
INYECCION
TUBO COLECTOR DE RESIDUOS
MANIFOLD
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Problemas de Operación de loss
Separadoress
Crudos espumosos
Presencia de arenas
Parafinas
Emulsiones
Corrosión
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Problemas de Operación de loss
Separadoress
Crudos espumosos
Dificultad para controlar el nivel del líquido.
Problemas en la separación del líquido del gas.
Probabilidad que el gas y el líquido salgan del
separador junto con la espuma y con ello causarconsiderables pérdidas económicas.
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Problemas de Operación de loss
Separadoress
Presencia de arenas
Taponamiento de los dispositivos
internos del separador.
Erosión, corte de válvulas y líneas.
Acumulación en el fondo del separador.
SISTEMA DE SAND JET
DETALLES
BOQUILLAS DE
INYECCION
TUBO COLECTOR DE RESIDUOS
MANIFOLD
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Problemas de Operación de loss
Separadoress
Parafinas
La parafina en los separadores de petróleo y gas reduce su
eficiencia y puede hacerlos inoperables llenando parcialmente el
recipiente y/o bloqueando el extractor de mezcla y las entradas defluido. Puede ser removida efectivamente utilizando vapor o
solventes.
Emulsiones
La presencia de emulsiones crea problemas en los separadores de 3fases. Se pueden usar los delmulsificantes para romper la emulsión.
Corrosión
Losfluidosproducidosdelpozopuedensermuycorrosivosycausar
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Los fluidos producidos del pozo pueden ser muy corrosivos y causar
la falla temprana del equipo. Los dos elementos más corrosivos son
Dióxido de Carbono y el Sulfuro de Hidrogeno.
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Problemas operacionales típicos aa
tomar en cuenta en el diseñoo
Formación de espuma
Se observan en mezcla vapor–líquido o vapor–líquido–líquido. El métodomás económico de eliminar el problema es incorporar deflectores deespuma, agregar longitud extra al recipiente o usar aditivos químicos.
Flujo de avanceAlgunas lineas de flujo bifásico muestran la tenden cia a un tipo de flujoinestable, de oleaje, que se denomina flujo de avance. Obviamente lapresencia del flujo avance requiere incluir placas rompe olas en elseparador.
Materiales pegajosos
Tal es el caso de crudos parafinosos, pueden presentar problemasoperativos, debido al ensuciamiento o incrustación de los elementosinternos. Para controlar este inconveniente comúnme nte se utilizanaditivos químicos.
Presencia y acumulación de sólidos
Puedesercontroladasinstalandotuberíasdelavado(siaplica)boquillas
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Puede ser controladas instalando tuberías de lavado (si aplica), boquillasde limpieza por inyección de líquidos, boquillas de remoción de sólidos,inclinación de recipientes horizontales, aberturas para la limpieza etc.
P á I i ll
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Pará metros que Intervienen en elel
Diseño de los Separadoress
ASPECTOS A EVALUAR
a.- La energía que posee el fluido al entrar al separador, debe de ser controlada
b.-Las tasas de flujo, tanto de la fase líquida, como de la gaseosa, deben deencontrarse dentro del rango establecido por el separador. Si, esto se cumple se
puede asegurar que el fluido es controlado por las fuerzas de gravedad, las cuales
actúan sobre el fluido y se establece un equilibrio interfásico líquido- vapor
c.- Las turbulencia que ocurren fundamentalmente en la sección ocupada por la fase
gaseosa, debe de ser minimizada, antes que cause problemas en el proceso deseparación, y por ende problemas a la hora de evaluar la eficiencia.
d.- La acumulación de espuma y contaminantes debe de ser controlada.
e-Lassalidasdelseparadordelasfaseslíquidasygaseosasdebenderealizarse
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e. Las salidas del separador de las fases líquidas y gaseosas, deben de realizarse
de tal forma, que no vuelvan a encontrase. Además a la salida de los fluidos del
separador debe de tener controles, de presión y de nivel de los fluidos.
P á t It i ll
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Pará metros que Intervienen en elel
Diseño de los Separadoress
ASPECTOS A EVALUAR
f.- En el separador se debe tener prevista la eliminación de partículas sólidas,
cuando estas se hayan acumulado
g.- En el separador se tiene que tener prevista el control de la presión, para lo cual
es recomendable la instalación de válvulas de alivio . También se recomienda
instalar manómetros, termómetros, controles de nivel,boca de visitas, de tal forma
que se pueda revisar en forma rápida el separador.
h.- Para el correcto diseño de un separador se deben conocer y manejar los
parámetros que afectan el comportamiento del sistema a separar. Se deben
analizar exhaustivamente las propiedades del fluido, las cuales derivan en el
Comportamiento de las fases. Se debe tener en cuenta que tanto las propiedades
delgas,comolasdellíquidoactúandentrodelseparador,yactúanenforma
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del gas, como las del líquido actúan dentro del sepa rador, y actúan en forma
directa sobre el diseño del separador.
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Servicio a prestar
Es muy importante tener en cuenta, que el comportamiento de una gota de fluido en
estado líquido, estará en función del tipo de separador a utilizar. Es decir, que una
gota líquida en un separador de posición vertical tendrá un comportamiento diferente,
que si el separador fuera de posición horizontal.
Separador Separador
Vertical Horizontal
FuerzasDell Gas
Flotaciónlión
Gravedad
Resultantel
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Composición del fluido que se va a separar:
Para un correcto diseño se debe manejar en forma clara el concepto de
equilibrio de fases, separación instantánea, ya que será la única
manera, en que se pueda manejar la cantidad de líquido y gas a separarbajo las condiciones de presión y temperatura de operación.
.
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Diagrama de Fases
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Composición del fluido que se va a separar:
Para evaluar el funcionamiento de un sistema de separación en etapas, es necesario
efectuar cálculos de equilibrio vapor- líquido y de balance de materiales en cada etapa
de separación. Esto permite conocer las cantidades de gas y de líquido separadas encada etapa, así como los parámetros necesarios para s eleccionar las presiones de
separación óptimas para los fines que se pretendan.
Constantes de Equilibrio (Keq).
a.- Ley de Raoult.
b.- Ley de Dalton,
Composición de las fases
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Composición del fluido que se va a separar:
CALCULOS DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO
1.- En Base a la Presión de Convergencia:
Este parámetro puede definirse, como la presión a la cual todos los valores de la
constante de equilibrio vapor- líquido tienden a la unidad a la temperatura del
sistema. Esto significa, que es la presión para un sistema a una temperatura dada,
cuando ya no es posible la separación de las fases gaseosas y líquidas.
2.- En Base a la fugacidad:
La fugacidad (f) es una forma común para expresar la (KI). La fugacidad es un
concepto termodinámico difícil de definir en términos físicos. Es una función de
energía libre.
3.- En Base a Ecuaciones de Estado:
Estasecuacioneshansidoutilizadasenmuchostrabajosdeingenieríaengeneral;
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Estas ecuaciones han sido utilizadas en muchos trabajos de ingeniería en general;
en la ingeniería petrolera se han aceptado como una herramienta bastante útil para
diagnosticar el comportamiento de fases de los fluidos.
P á I lD d
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Presión y temperatura de operación.
Afectan la operatividad del separador, además que i nfluyen en
forma directa en la mayoría de los otros parámetros , que definen
la eficiencia del proceso de separación.
A la presión óptima se obtiene:
a.- Máxima producción de petróleo
b.- Máxima gravedad API del crudo
c.- Mínima relación gas - petróleo
d Mínimofactorvolumétricodelpetróleo
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d.- Mínimo factor volumétrico del petróleo
P á t It i lDiñ d
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Velocidad critica del gas:
Velocidad máxima del gas a la cual las fuerzasrzas dede
gravedad controlan el movimiento del gas,, yy porpor
consiguiente promueve la caída de las gotas del líquidolíquido..
V C = K r L - r gr
g
ρL: densidad del Líquido en condiciones de operación, lbs/pie3
ρg: densidad del gas en condiciones de operación, lbs /pie3
K: Constante de Souders y Brown
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P á t It i lDiñ d
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Constante de Souders y Brown (K):
Es el valor que acerca o aleja las predicciones del funcionamientoento realreal
deldel sistema. Se adapta de acuerdo a las mejoras tecnoló gicas
introducidasucidas aa loslos diseños.
Consideraciones:a.- K = 0,35 a 100 lpcm, y disminuye 0,01 por cada 100 lpcm(Asociaciónsociación dede Productores y Procesadores de Gas de E.U.A).
b.- Depende de la relación tasa másica del líquido y del gas en elel
separadorseparador (Wll /Wg).
Separadores (Wll /Wg) < 0,1K = 0,35
Verticales 0,1 1,0K = 0,2
Separadores 04
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Separadores 0,4 < K < 0,5
Horizontales
P á t It i lDiñ d ll
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Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
Separadoresres
Consideraciones separadores horizontales:
2,5 < L/D < 4,0 K = 0,404,0 < L/D < 6,0 K = 0,50
L/D > 6,0 K = 0,50 [L/L ]0,5,5
base
L: longitudli dell separador (minin.. 7,5,5 pies)pies)
D: diámetroi dell separador (pies)i
“K varía de acuerdo con los diferentes diseñadores o fabricantes”
Separadores NATCO; PEERLES EPRCO (0,125
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Horizontales r g r g 20 r g 20
ParámetrosqueIntervienenenelDiseñodeloslos
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Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
Separadoreses
Velocidad Critica del Gas (con espuma):Es necesario asumir consideraciones para tomar en cuenta latendenciaencia aa lala formación de espuma.a.- asumir V /10.
diseñoi
Velocidad de diseño según CE-Natcotco
P r e s i ó n d e o p e r a
c i ó n ( l p c m )
600
400
200100
80
60
40
20CrudoEspumoso
C Convencio
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rudo
nal
..3 ..4 ..6 ..81 2 4 6 8 10 20 4040
Velocidad de diseño (pies/seg)
ParámetrosqueIntervienenenelDiseñodee
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Pará metros que Intervienen en el Diseño dee
los Separadoress
Tasa de flujo volumétrico del gas:
P T Q = QCN
CN
( Z )
P T CN
r g
=(P )(g g )(28,9625)
(10,732)(T )( Z )
Área de la sección transversal para el flujo de gass::
Velocidad Crítica (Vc)Caudal (Q) (m/s)
(m3
/s)
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Q
= Amin.g
Vc
ParámetrosqueIntervienenenelDiseñodeloslos
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Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
Separadoresres
Determinación diámetro interno del separador:r:
Para los Separadores Verticales:
D =
4 * A
pSe redondea al diámetro comercial, por arriba, máscercano.
Para los separadores Horizontales:
Procedimiento de Tanteo: se asume un valor de la relación Leff/D
Asumir un diámetro y a partir de la relación F24 Leff/D calcular la
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y p
Longitud y luego calcule el área vertical entre elNBBL y el NAAL
ParámetrosqueIntervienenenelDiseñodelosos
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Pará metros que Intervienen en el Diseño de losos
Separadoreses
Determinación de la tasa volumétrica de liquido:o:
Para los Separadores Verticales y Horizontales:
Qliq = Wl
r lQliqliq: tasa Volumétrica de Liquido, pie
3 /s
ρL: densidad del Líquido en condiciones de operación,, lbs/pielbs/pie33
Wll: Tasa másica liquida, lb/s
Determinación del volumen de retención de liquido:ido:
Para los Separadores Verticales:
Vret = 60 *Qliq *Tret Vret: Volumen de Retención,ó, pie
3
Tret: Tiempo de Retención,ó, m
Qliqliq: Tasa Volumétrica de Liquido,, pie3 /s
Para los Separadores Horizontales: Suponer una longitud L
costurastura – –aa – – costura de un recipiente. Las longitudes comunes
comienzan concon 2,252,25 mm (7,5 pie) y aumentan
en incrementos de 75 cm (2,5 pie).
Vret = Al * L Vret: Volumen de Retención,ó, pie 3
L l it d d l d i
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L: longitud del separador,, pieAl: Area disponible para el liq,,
pie2
ParámetrosqueIntervienenenelDiseñodeloslos
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Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
Separadoresres
Determinación del tiempo de retención del liquido:ido:Esta parte se diseña sobre la base del lapso que un pequeño volumen del líquidopermanece en el separador, el cual se denomina tiempo de retención y debe ser tal que
permita la salida del gas atrapado en el fluido. Para unSeparador Trifásico, el tiempo de
retención debe ser suficiente para hacer posible la separación del crudo en el agua yviceversa.
Ecuación de StokesStokes::
100100--300300 micronesmicrones
V P = (18,5)( D2 )(r - r )
P12
m
1 micronron == 1010--44 cmcm
d
t =d max.
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t reten. = V P
ParámetrosqueIntervienenenelDiseñodeloslos
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Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
Separadoresres
Determinación del tiempo de retención del liquido::
Consideraciones de Diseño:
1.- Volumen de operación
2.- Tiempo de residencia de operación
3.- Tiempo de respuesta o de intervención del operad
or 4.- Volumen de emergencia5.- Nivel bajo–bajo de líquido
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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sq s ss
Separadoresres
Salidali de gass
Entradat de fluidofli
Petróleotl
NAALAAL
NALAL
NBLNBL
NBBLNBBL
Salidali de Crudo
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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q
Separadoresres
Tiempo de residencia de operación
ParámetrosqueIntervienenenelDiseñodeloslos
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Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
Separadoresres
Determinación del tiempo de retención del liquido:ido:
Para los separadores verticales dos fases:
• treten..=1,5 min., para destilados y petróleo crudo con gra vedadd ≥≥ 40ºAPI40ºAPI..
• treten..=3 min., para petróleos crudos espumosos con graved adad
APIAPI entreentre 25 y 40º.
• treten..=5 min., para petróleos crudos espumosos con graved add
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fasesfases líquidas. Los separadores verticales no trabajan bien enservicioicio dede trestres fases, de modo
que siempre que el espacio lo permita deberán usarseseparadoresseparadores horizontales.
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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q
Separadoresres
Determinación del tiempo de retención del liquido:ido:
Para los separadores horizontales de dos fases:
Vl Tret: Tiempo de Retención, s
t reten.
= Vl: Volumen de Retención de Liquido, pie3
60 *Ql 3
Ql: Tasa volumétrica de Liquido , pie/s
Ajustar (L), cuando sea necesario, para que de una relación (L/D) entre2,5 y 6 Este es el rango aceptado por la Norma PDVSA. Para
separadores Horizontales bifásicos.
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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Separadoresres
Determinacion de las boquillas de procesos
Boquilla de entrada separador vertical y horizontal:
a.La boquilla de entrada debe estar aproximadamente a dos tercios de la
altura de la carcaza por encima de la costura inferior cabezal–carcaza.
b.La boquilla de entrada debe estar equipada con un dispositivo deflector
para “rotar” la entrada al separador, para una mejor desgasificación dellíquido.
c.Para determinar la velocidad permisible en la boquilla, de tal forma que
la mezcla entre en el separador, corresponde al 80% de la velocidad de
erosión. La experiencia indica, que la velocidad re al del fluido en la
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boquilla no debe exceder de un valor máximo igual a30 (P/s).
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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Separadoresres
Determinacion de las Boquillas de Procesos
Boquilla de salida Líquidos y Gas del Separador Vertical y Horizontal:izontal:
Se determina en función de las recomendaciones esta blecidas por PDVSA
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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Separadoresres
Determinacion de la altura en Separadores Verticalesrticales::
Para los Separadores Verticales Altura entre el NAAL - NBBL:
H NAAL- NBBL = Vrl
A
Hl: Altura de Liquido, pie
Vrl: Volumen de Retención de Liquido, pie3
A: Área de sección transversal, pie 2
Para los Separadores Verticales Altura entre el NAAL – FONDO::
H FONDO- NAAL = H NAAL- NBBL+ h NBBLLa distancia mínima desde el nivel bajo–bajo de líq uido, si se tiene uninterruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo de líquid o, (o nivel bajo, si no setiene un interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo) , hasta la boquilla de
salida del líquido es 230 mm mínimo (9 pulg). Este criterio aplicará tanto parat b ti l h i tl
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tambores verticales como horizontales.
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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Separadoresres
Determinación de la altura en separadores verticaleales:s:
Para los Separadores Verticales Altura entre el NAAL – Boquilla de Entrada:ada:
Separadores con entrada tangencial H NAAL- BOQUILLA = D +150mm(6")
Separadores sin entrada Tangencial
H NAAL- BOQUILLA
= dp
Para los Separadores Verticales Altura entre la Boquilla - Malla o líneaea tangentetangente superior:
Para el caso de tambores verticales sin entrada tangencial horizontal y sin malla, usar
un mínimo de 920 mm (aprox. 3.0 pies), o 0.5 veces el diámetro del tambor (lo que sea
mayor), entre la boquilla de entrada y la línea tangente superior ( hboq–tan ).
Para el caso de tambores verticales sin entrada tangencial horizontal y con malla, usar
unmínimode610mm(aprox2pies)o05veceseldiámetrodeltambor(loquesea
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un mínimo de 610 mm (aprox. 2 pies) o 0.5 veces el diámetro del tambor (lo que sea
mayor) entre la boquilla de entrada y el fondo de la malla ( hboq–Malla ).
Pará metros que Intervienen en el Diseño de loslos
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Separadoresres
Determinación de la altura en separadores verticaleles:s:
Altura total efectiva
Leff
= H fondo- NAAL
+ H NAAL - BOQUILLA
+ D p
+ H malla
+ E malla
+ H o
Salidali de gas
Entradat
de
fluidofli
Ho (distanciaiia entre ell topo de lala mallalla yy lala salidasalida deldel gas)gas)
EMALLA (espesor de lala malla)ll
H boquillailla - Mallalla
Dp
HNAAL--BOQUILLAI
HFONDO--NALL
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Salidali de Crudo
Pará metros que Intervienen en el Diseññoo
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de los Separadoreses
Internos recomendados según el tipos de separadodorr
Sit d C tl l S d
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Sistema de Control en los Separadoress
Sistemas de Control
Básicos
1.- Válvula de control de nivel.
2.- Válvula de control de
presión.
3.- Sistema de alivio.
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Separadores Trifásicosos
Domo Diferencial
Difusor de Entrada
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Separadores Trifásicosos
PLACA DEFLECTORA
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Separadores Trifásicosos
Domo de Pesión Diferencial
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Separadores Trifásicosos
Sand - Jet
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Separadores Trifásicosos
SISTEMA DE SAND - JET
SISTEMA DE SAND JET
DETALLES
BOQUILLAS DE
INYECCION
TUBO COLECTOR DE RESIDUOS
MANIFOLD
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Separadores Trifásicosos
Proceso Sand - Jet
LOUVA CHEK BAFFLE
SISTEMA DE SAND JET REMOCION DE RESIDUOS DE SUPERFICIE DETUBOS DE FUEGO
S d Tfá
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Separadores Trifásicosos
Ubicación Física de los Anodos
ANODOS
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ANODOS
S d Tifái
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Separadores Trifásicosos
Anodo de Sacrificio
RESISTENCIA
S d Tifái
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Separadores Trifásicosos
Demister de Gas
DEMISTER SALIDA GAS
S d Tifái
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Separadores Trifásicosos
Caja de Demister, Salida de gas
18” 18”
SALIDA DE GAS
16”
INGRESO 8 INGRESO 9”
GAS 8GAS
” ” 33”
32” 2” Diámetro
SALIDA
LIQUIDO
S d Tifái
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Separadores Trifásicosos
DEMISTER SALIDA DE GAS
TOPESALIDA
S d Tifái
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Separadores Trifásicosos
Baffles
ENTRADA CRUDO LOUVA CHEK BAFFLE SALIDA
GAS
OIL DIVERTER BAFFLE
HEAT RETAINER BAFFLE
OIL WEIR BAFFLE
SALIDA AGUA
SALIDA
PETROLEO
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S d Tifái
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Separadores Trifásicosos
Tubos de fuego desde el quemador
SeparadoresTrifásicosos
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Separadores Trifásicosos
Tipos de Lama