3. SEPARACION

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SEPARACION

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Separadores

Por que realizar la separación de fluidos?

Fases de separación:

• Gas

• Hidrocarburos líquidos

• Agua o no hidrocarburos

• Sólidos


Factores que influyen en la separación?

• Caudales de Fluido

• Presión y temperatura de operación

• Propiedades físicas de los fluidos

• Presencia de impurezas

• Tendencia a espumar

• Presencia de corrosivos


Tipos de Separadores

Según el número de Fases:

• Bifásicos

• Trifásicos


• Más grandes en diseño

• Maneja baches de gran volumen

• Funcionamiento y diseño simple

• Operación sencilla

• Más baja presión de operación

Líquidos/Sólidos Gas

Gas

Liquidos Sólidos

Entrada

Liquidos Sólidos

Separadores Bifásicos


• Altas Presiones de Operación

• Incrementa la complejidad del diseño

• Complejo para ajustar los parámetros de operación.

Separadores Trifásicos


Tipos de Separadores

Según el diseño:

• Verticales

• Horizontales

• Ciclónicos


• Alta concentración de sólidos

• Uso de fuerza centrifuga

Separadores Ciclónicos


Comparación Separadores H/V

Consideración Horizontal VerticalEficiencia de Separación ☻Manejo de sólidos ☻Capacidad (= diámetro) ☻Espacio para instalación ☻Alto GOR ☻Facilidad de Inspección / Mantenimiento ☻Flexibilidad/ Adaptabilidad a operación ☻


Componentes externos separador


Válvula de Seguridad

Dispositivos de alivio de presión


Medición de Crudo:

Medidores de Turbina

Medidores de Flujo


Medición de Crudo:

Medidor Floco

Medidores de Flujo


Medición de Crudo:Medidor Rotron

Medidores de Flujo


Medición de Gas:Medidores Daniels (+ Cartas Barton)

Medidores de Flujo


Cartas Barton

Medidores de Flujo


Termómetros

Medición de Temperatura


Control de presión

Medición / Control de Presión


Control de nivel de líquidos

Medición / Control de Nivel


Mirillas de vidrio

Medición / Control de Nivel


Componentes internos separador

A: Inlet Baffle B: Coalescing Pack C: Vertical Baffles D: Vortex Breakers E: Oil Level Displacement Element F: Mist Extractor


Separación de liquidos del gas (Extractor de Niebla)

Demister


Vane Packs


Separación de liquidos

Vertical Bafles


Rompedores de Vortice

Vortex Breaker


Boquillas de lavado (Para lavar los solidos), Para separadores bifasicos.

Manejo de solidos


Dimensionamiento de Separadores

Desarenador


Separadores Verticales de Dos Fases

1. Seleccionar el tiempo de retención (en minutos) para la fase líquida (tr). En la mayoría de las aplicaciones se ha encontrado que es suficiente con tiempos de retención entre 30 segundos y 3 minutos, para asegurar la correcta aproximación al equilibrio entre las fases. Cuando existe alta tendencia a la formación de espuma, se aceptan tiempos de retención de hasta cuatro veces los valores mencionados.



Tiempo de Retención

Gravedad API Crudo Tiempo (min)> 35 API 1

20 – 35 API 1 – 210 – 20 API 2 – 4


2. Calcular el diámetro mínimo (dmín) para la caída de las gotas de aceite a través del gas. Para la separación de las gotas de hasta 100 micrones se usa la expresión simplificada:

KP

TZQd gmín

5042



K es una constante que depende de las propiedades del líquido y del gas y del tamaño de la gota a ser separada del gas. Se define como:

gasdellidadcompresibi deFactor psiaoperación,dePresión

MMscfdgas,deFlujoRoperación,deaTemperatur

pulg ,recipiente del mínimo Diámetro:Donde

ZP

QTd

g

mín



De acuerdo a las densidades del gas (g), del líquido (l) y del coeficiente de arrastre de la ley de Stokes (CD). Para la separación de las gotas de hasta 100 micrones, K se puede aproximar de acuerdo a diagramas estandarizados que se ajustan a las siguientes correlaciones de acuerdo a la gravedad API de la fase orgánica a separar:

2/1

D

gl

g CK



específicaGravedadcon:Donde

STPSx

100983.02676.02581.01512.00299.0

201063.02749.02606.01462.00268.0

301142.02822.02631.01412.00237.0

401221.02895.02657.01362.00206.0

234

234

234

234

APISixxxxK

APISixxxxK

APISixxxxK

APISixxxxK



3. Se selecciona un diámetro estándar para el recipiente, mayor a dmín. Usando el tiempo de retención se determina la altura del volumen de líquido en el separador mediante la restricción:

12.02 lrQthd

pulg ), a(mayor doselecciona estándar Diámetro

pulglíquido, de Altura:Donde

mínddh



4. Las tolerancias que corresponden a la sección de separación del gas, al extractor de niebla y al espacio por debajo de la descarga del líquido; se usan para calcular la longitud entre costuras.

pulgPara

pulgPara

3612

40

3612

76

ddhL

dhL

SS

SS

piecosturas, entre Longitud:Donde SSL



5. Se repiten los dos anteriores pasos con diferentes diámetros estándar de recipientes, para seleccionar la combinación apropiada entre diámetro y longitud, sabiendo que se recomienda en este caso que la relación de alargamiento del recipiente (12LSS/d) se encuentre entre 3 y 4.



Ejercicio 1:

Dimensionar un separador de dos fases vertical para una corriente a 60 ºF y 1000 psia que tiene un flujo de gas de 10 MMscfd con una gravedad específica de 0.6 y 2000 bpd de líquido con 40 ºAPI. El factor de compresibilidad para este gas se calculó como 0.84.



1. Se selecciona tr=2 min

2. La relación S*P/T es 1.1538 y K se calcula aproximadamente como 0.264. De esta manera se calcula un diámetro mínimo del recipiente de 24.1 pulg.

5. La iteración sobre los pasos 3 y 4 arroja la siguiente tabla:



De la anterior tabla se puede observar que de acuerdo al criterio de relación de alargamiento, el separador más apropiado es el número 2, con un diámetro de 30 pulgadas y una longitud entre costuras de 9.4 pies.


N° d (pulg) h (pulg) LSS (pie) 12LSS/d1 24 57.9 11.2 5.62 30 37 9.4 3.83 36 25.7 8.5 2.84 42 18.9 8.4 2.3


Separador Horizontal de Tres Fases


1. Seleccionar los tiempos de retención (en minutos) para las fases acuosa (tr)w y orgánica (tr)o. Es común usar tiempos de retención entre 3 y 30 minutos dependiendo de los datos de laboratorio o de campo. Si no se dispone de esta información, se sugiere el uso de 5 -10 minutos para el diseño.



Tiempo de Retención

Gravedad API Crudo Tiempo (min)> 35 ◦API 3 – 5 < 35 ◦API100+ ◦F 5 – 1080+ ◦F 10 – 20 60+ ◦F 20 – 30



2. Calcular el espesor máximo de la capa orgánica que permite la coalescencia y separación de las gotas de agua en el tiempo (tr)o.

2)()(00128.0)( mor

máxo

dSth

cp orgánica, fase la de Viscosidadmicrones separan, se que gotas las de mínimo Diámetro

aceite el y agua del sespecífica gravedades las entre Diferenciapulgorgánica, capa la de máximo Espesor:Donde

m

máxo

dSh )(



Para separación de gotas de hasta 500 micrones:

)()(

320)(St

h ormáxo



3. Calcular la fracción de la sección transversal del recipiente ocupada por la fase acuosa.

wwroor

wrww

QtQttQ

AA

)()()(

5.0

bpd agua, de Flujobpd aceite, de Flujo

agua elpor ocupada ansversalsección tr la deFracción :Donde

w

o

w

QQAA



4. Determinar la relación entre el espesor de la fase acuosa y el diámetro del recipiente (ho)máx/dmáx. Normalmente se efectúa mediante diagramas estandarizados que se ajustan a la siguiente ecuación:

496.01033.2632.6189.15766.12)( 234

AA

AA

AA

AA

dh wwww

máx

máxo



5. Despejar el diámetro máximo del equipo (dmáx, pulg), determinado por el espesor máximo de la fase orgánica.

6. Calcular la restricción de capacidad de gas (separación de las gotas de hasta 100 micrones).

K se define de la misma manera que para separadores verticales de dos fases.

KP

TZQLd geff

42

pulg ), a (menor estándar Diámetro

pie,separación la

para efectiva Longitud:Donde

máx

eff

dd

L



7. Calcular la restricción de tiempo de retención para el aceite y el agua.

orowrweff tQtQLd )()(42.12



8. Determinar si gobierna la capacidad de gas o el tiempo de retención de los líquidos. Para diámetros estándar de recipientes menores al diámetro máximo calculado anteriormente, se calculan las longitudes efectivas de acuerdo a cada una de las dos restricciones, siendo la restricción gobernante aquella que arroja los mayores valores.



9. Calcular la longitud entre costuras de acuerdo a la restricción gobernante.

líquido el controla si

gas el controla si

effSS

effSS

LL

dLL

34

12



10. Para diferentes diámetros estándar de recipientes menores al diámetro máximo calculado anteriormente, seleccionar la combinación apropiada entre diámetro y longitud, sabiendo que se recomienda en este caso que la relación de alargamiento del recipiente (12LSS/d) se encuentre entre 3 y 5.



Ejercicio:

Dimensionar un separador de tres fases horizontal para una corriente a 90°F y 100 psia, que tiene un flujo de gas de 5 MMscfd con una gravedad específica de 0.6, 5000 bpd de aceite de 30 °API y 10 cp, junto con 3000 bpd de agua libre de gravedad específica 1.07. Suponga tiempos de retención pasa las dos fases líquidas de 10 minutos.



2. La gravedad específica del aceite se calcula a partir de la gravedad API mediante:

De esta manera se calcula un espesor máximo de la capa orgánica (ho)máx de 62 pulgadas.

3. La fracción de la sección transversal ocupada por la fase acuosa es entonces: Aw/A=0.1875

5.1315.141

API

So



4. La relación entre el espesor de la fase acuosa y el diámetro del recipiente es: (ho)máx/dmáx=0.25

5. Por lo tanto, el diámetro máximo del recipiente es: dmáx=247.7 pulg

6. Si el factor de compresibilidad es 0.9, la restricción de capacidad de gas se calcula como 147.6



7. La restricción de tiempo de retención para el aceite y el agua se calcula como 113600

8. Se encuentra que la restricción gobernante es la correspondiente al tiempo de retención para el aceite y el agua

10. La iteración sobre los pasos 8 a 10 arroja la siguiente tabla:



De la anterior tabla se puede observar que de acuerdo al criterio de relación de alargamiento, los separadores más apropiados son los números 2, 3 y 4 con diámetros de 72, 78 y 84 pulgadas y longitudes entre costuras de 29.2, 24.9 y 21.5 pies respectivamente.


N° d (pulg) Leff (pie) LSS (pie) 12LSS/d

1 60 31.6 42.1 8.42 72 21.9 29.2 4.93 78 18.7 24.9 3.84 84 16.1 21.5 3.15 96 14.0 18.7 2.56 102 12.3 16.4 2.1

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