seleccion y diseño de separadores bi y trifasicos

7/24/2019 seleccion y diseo de separadores bi y trifasicos

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Dimensionamiento de Separadores Bifsicos

Parmetros que Intervienen en el Diseo del Separador

Para los efectos de diseo de un separador se deben considerar losparmetros que afectan el comportamiento del sistema.

En primer lugar se deben tomar en cuenta las propiedades de los

fluidos, las cuales derivan el comportamiento de las fases que se

separan cuando la mezcla de hidrocarburo entra al recipiente.

Entonces, las caractersticas del gas ! del lquido dentro de la

unidad intervienen de manera directa en el dimensionamiento.

Dentro de estas propiedades tenemos"

#iscosidad del gas #iscosidad del aceite

Densidad relativa del gas.

$ravedad %PI del aceite

&actor de compresibilidad del gas


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De igual manera debemos considerar los parmetros de

operaci'n bsicos que de igual manera intervienen de manera

directa en el dimensionamiento. Dentro de estos parmetros

tenemos"

Presi'n.

(emperatura.

$asto de $as.

$asto de %ceite. $asto de %gua )de ser requerida*.

Parmetros a Determinar para el Dimensionamiento de

Separadores

Es fundamental determinar ciertas caractersticas geom+tricas

para obtener una separaci'n eficiente de los fluidos provenientes

del pozo, por lo tanto se necesita definir"


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apacidad de gas.

apacidad de lquido.

Dimetro del separador. -ongitud del separador.

Dimensi'n de las boquillas de entrada ! salida del separador.

-as caractersticas de dimensionamiento deben satisfacer lasnecesidades de producci'n tomando en cuenta el menor costo

posible, para tal fin es ms recomendable aumentar la longitud

que el dimetro.


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Separadores orizontales /ifsicos

Para el dimensionamiento de los separadores horizontales bifsicoses necesario seleccionar una longitud de costura a costura ! un

dimetro. Esta selecci'n debe satisfacer las caractersticas para la

capacidad de gas que permitir a las gotas de lquido caer desde el

gas hasta la zona de volumen de lquido, mientras que el gas

atraviesa la longitud efectiva del separador. De igual manera debe

proveer un tiempo de retenci'n suficiente para que el lquido se

separe del gas.

En el diseo de separadores intervienen muchos parmetros, se

requiere unos datos de entrada, los cuales permiten el desarrollo deuna serie de clculos, que nos llevan a obtener varios separadores

que cumplen con las e0igencias de operaci'n. De este grupo de

separadores debemos elegir +l mas adecuado econ'micamente.


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Datos de entrada:

Presi'n 1 p )psia*

(emperatura 1 ( )2&* $asto de aceite 1 3o)/l4da*

$asto de gas 1 3g)55PD*

Densidad relativa del gas 1 $Eg $ravedad %PI del aceite (amao de gota 1 dm)micr'n*. Si no es dato se suponen 677

micrones.

Secuencia de calculo:

Paso 1 - Calcular mediante cualquier mtodo disponible el

factor de compresibilidad del gas (z) (Standing & atz!

Sarem! "all & #arboroug$! %rill & %eggs! etc)


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Paso ' - Calcular la iscosidad del gas

Empezamos por determinar el peso molecular del gas.

-uego la densidad del gas

Donde"

p 1 presi'n )psia*

( 1 temperatura )28*

9g

1 densidad del gas )lb4pie:*

Se transforma la densidad a unidades .$.S.

;..):*

;..)


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-uego se calculan los parmetros %, /, .

= finalmente se calcula la viscosidad del gas

;..)>*

;..)?*


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Paso - Calcular el coeficiente de arrastre * la +elocidad de

asentamiento! mediante el siguiente mtodo iterati+o

-a velocidad de asentamiento es la velocidad con la que el aceite

se desprenda de la fase continua, en este caso el gas, ! vienedada por la siguiente ecuaci'n"

;..)@*

omo no conocemos el coeficiente de arrastre )D* ! +ste

depende del nAmero de 8e!nolds del proceso de asentamiento, el

cual a su vez depende de la velocidad de asentamiento, el clculo

de ambas variables se hace por el siguiente m+todo iterativo"


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Se supone un valor de Dsup 1 7.:> ! calculamos #tsup con la

ecuaci'n )@*.

-uego se debe calcular el BAmero de 8e!nolds )8e* por medio

de la siguiente ecuaci'n"

;..)C*

on este valor de 8e se calcula el valor de Dcalc usando lasiguiente ecuaci'n"

;..)*

-uego con este valor se calcula el valor de #tcalc con la mismaecuaci'n )@*. Si 7.776 entonces los valores de Dcalc ! #tcalc

seran los valores reales de estas variables, de lo contrario, se

tendr que repetir la secuencia a partir del clculo de 8e con la

ecuaci'n )C*.


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Paso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()

Este parmetro posee gran relevancia al momento de predecir el

comportamiento de los fluidos dentro del recipiente. F es una

constante que depende de las propiedades del gas ! el lquido ! eltamao de la gota de lquido a ser separada del gas. #iene dada

por la siguiente ecuaci'n"

;..)G*


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Paso . - Calcular tabla de capacidad de gas

-a capacidad de gas del separador est dada por el dimetro del

recipiente ! la longitud efectiva de separaci'n ! se calcula con la

siguiente ecuaci'n"

Donde"


p 1 presi'n )psia*

3g 1 gasto de gas )55PD*

z 1 factor de compresibilidadd 1 dimetro del separador )pulgadas*

-eff 1 longitud efectiva del separador )pies*

;..)67*


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Se procede a calcular el dimetro base por la siguiente ecuaci'n"

-a relaci'n longitudHdimetro )8* permitir seleccionar el

separador que garantice su 'ptimo funcionamiento, de menor

tamao ! por ende el ms bao costo. Este parmetro es

comAnmente usada para el diseo entre los rangos de : ! >. -actte es igual a dJ-eff.

Enseguida se calcula la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff* ! la

-ongitud costuraHcostura )-ss* para el dimetro base ! enmAltiplos de @ plg con las ecuaciones"

;..)66*

;..)6


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De esta forma se obtendr una tabla de capacidad de gas"

d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R=12(Lss/d)

d1=dbase

d2=

dbase+6

d3=d2+6

dn=dn-1+6 R>4Paso / - Calcular tabla de capacidad de aceite

-a capacidad de lquido est relacionada con el tiempo retenci'n,

el cual es el tiempo suficiente para lograr el equilibrio entre la

fase lquida ! la fase gaseosa a la temperatura ! presi'n de

separaci'n. -os tiempos de retenci'n recomendados son"

API del Aceite Tiempo de retencintr(min)

>40 1 a 2

25-40 1 a 3

< 25 y/o espumoso 3 a 12


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-a capacidad de lquido del separador se calcula mediante la

siguiente ecuaci'n"

Donde"

3l1 gasto de lquido )bpd*

d 1 dimetro )pulgadas*

-eff1 longitud efectiva )pie*

tr1 tiempo de retenci'n )min*

De igual manera que se hizo para la capacidad de gas, calculamos

la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff* ! la -ongitud costuraH

costura )-ss* para el dimetro base ! en mAltiplos de @ plg conlas ecuaciones"

;..)6:*

;..)6>, 6?, 6@*


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Kbtenemos entonces la (abla de capacidad de lquido, suponiendo

tiempos de retenci'n en los rangos recomendados"

tr d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R=12(Lss/d)

3 d1=dbase

3 d2= dbase+6

3 d3=d2+63 dn=dn-1+6

2 d1=dbase

2 d2= dbase+6

2 d3=d2+6

2 dn=dn-1+6

1 d1=dbase

1 d2= d

base+6

1 d =d +6


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omparamos las longitudes obtenidas por la capacidad de gas !

la capacidad de lquido, va a predominar en el diseo la longitud

ma!or, debido a que tomando esta longitud se garantiza que la

fase que tiene una longitud menor, se separe !a que el separador

tendr ma!or longitud.

&inalmente seguimos escalando el dimetro del separador de @

en @ hasta encontrar el de dimetro menor que tenga una 8 entre

: ! >. Ese separador ser el apropiado para separar nuestra

mezcla gasHlquido a las condiciones de operaci'n especificadas.

Paso 0 2scalar * seleccionar el separador adecuado

Paso 3 Calculo del di4metro de la boquilla de entrada

Primero se calcula el gasto de gas a condiciones de operaci'n"

;..)6C*


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Donde"

3g1 gasto de gas )pie:4da Lcs*

9g1 densidad de gas )lb4pie:*

3gop1 gasto de gas a condiciones de operaci'n )pie:

4seg*-uego calculamos la Densidad de la mezcla"

Donde"

3o1 gasto de aceite )pie:4seg*

9o1 densidad del aceite )lb4pie:*

9mezcla1 densidad de la mezcla )lb4pie:*

Enseguida calculamos la velocidad del fluido en la boquilla"

#boq1 velocidad de la boquilla )pie4seg*

;..)6*

;..)6G*


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-a m0ima velocidad permitida en esta boquilla es de :7 pie4seg,

si es ma!or se trabaa con :7 pie4seg.

&inalmente se calcula el Dimetro de la boquilla"

Mboq

1 dimetro de la boquilla )pie*

Paso 5 Calculo del di4metro de la boquilla de salida de gas

alculamos la #elocidad del gas en la boquilla"

;..)


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= el Dimetro de la boquilla de salida de gas estar dado por"

;..)


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Separadores #erticales /ifsicos

En los separadores verticales se debe mantener un dimetro

mnimo que permita a las gotas de lquido separarse del gas en

movimiento. El tiempo de retenci'n de lquido requiere una

combinaci'n especfica de dimetro ! altura para el volumen de

lquido. ualquier dimetro ma!or al mnimo requerido para la

capacidad de gas puede ser utilizado.

Datos de entrada: Presi'n 1 p )psia*

(emperatura 1 ( )2&*

$asto de aceite 1 3o)/l4da*

$asto de gas 1 3g)55PD* Densidad relativa del gas 1 $Eg $ravedad %PI del aceite

(amao de gota 1 dm)micr'n*. Si no es dato se suponen 677

micrones.


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En el dimensionamiento de separadores gasHlquido vertical, los

siguientes pasos se realizan igual que como se hace para el

dimensionamiento de separadores gasHlquido horizontal"

Paso 1 - Calcular el factor de compresibilidad (8)

Paso ' - Calcular la +iscosidad del gas


asentamientoPaso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()

Paso . - Calcular la capacidad de gas! para determinar el

di4metro base del separador

;..)*


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Donde"


p 1 presi'n )psia*

3g

1 gasto de gas )55PD*

z 1 factor de compresibilidad

d 1 dimetro del separador )pulgadas*

Paso / - Calcular la capacidad de l7quido con el di4metro base!

para obtener la altura de l7quido

;..)


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Nna vez que se tengan determinados el dimetro ! la altura de

lquido, procedemos a calcular la longitud de costura a costura

del separador"

Donde"

-ss

1 -ongitud costuraHcostura )pies*

;..)


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Paso 0 Seleccionar el separador adecuado

Si el valor obtenido de 8 es menor que tres ):*, se toma como

dimetro mnimo el de la capacidad de gas, !a que es el dimetro

base necesario para separar el gasto de gas especificado.

Si el valor de 8 es ma!or que tres ):*, se genera la tabla de

capacidad de lquido a partir del dimetro mnimo ! para

dimetros ma!ores con una variaci'n de seis en seis ! suponiendotiempos de retenci'n en los rangos recomendados"

El separador seleccionado ser el de dimetro menor que tenga

una 8 entre : ! >.


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tr d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R=12(Lss/d)

3 d1=dbase

3 d2

= dbase

+6

3 d3=d2+6

3 dn=dn-1+6

2 d1=dbase

2 d2= dbase+6

2 d3=d2+6

2 dn=dn-1+6

1 d1=dbase

1 d2= dbase+6

1 d3=d2+6

1 dn=dn-1+6

-a determinaci'n de las boquillas de entrada ! salida del

separador se hacen de la misma manera que se hace para un

separador horizontal bifsico.


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Separadores (rifsicos orizontales

Datos de entrada:

Presi'n 1 p )psia*


$asto de aceite 1 3o)bpd*

$asto de gas 1 3g)55pcd*

$asto de agua 1 3O)bpd*

Para el dimensionamiento de los separadores horizontales se

necesita seleccionar una longitud de costura a costura ! un

dimetro. Esta selecci'n debe satisfacer las caractersticas para la

capacidad de gas que permitir a las gotas de lquido caer desde

el gas hasta la zona de volumen de lquido, mientras que el gas

atraviesa la longitud efectiva del separador. De igual manera debe

proveer un tiempo de retenci'n suficiente para que los lquidos)aceite ! agua* se separen.


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Densidad relativa del gas 1 $Eg

Densidad relativa del agua 1 $EO $ravedad %PI del aceite

#iscosidad del aceite 1 o)cp*

(amao de gota 1 dm)micr'n*

(iempo de retenci'n del aceite 1 tro)min*

(iempo de retenci'n del agua 1 trO)min*

En el dimensionamiento de los separadores horizontales trifsicos

los siguientes pasos se realizan igual que como se hace para el

dimensionamiento de separadores gasHlquido horizontal"

Paso 1 - Calcular el factor de compresibilidad (z)Paso ' - Calcular la +iscosidad del gas


asentamiento

Paso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()


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di4metro base del separador

Donde"


p 1 presi'n )psia*

3g1 gasto de gas )55pcd*

z 1 factor de compresibilidad

d 1 dimetro del separador )pulgadas*

-eff 1 longitud efectiva del separador )pie*

El dimetro base del separador est dado por"

Donde 8 es igual a : ! -a ctte es igual a dJ-eff.

;..)


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Enseguida se calcula la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff*

para el dimetro base ! en mAltiplos de @ plg con la ecuaci'n"

;..):7*

De esta forma se obtendr una tabla de capacidad de gas"

d (plg) Lf( pie)

d1=dbase

d2=

dbase+6

d3=d2+6

dn=dn-1+6Paso / - Calcular la retenci9n de l7quido

;..):6*


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Donde"

3o1 gasto de aceite )bpd*

3O1 gasto de agua )bpd*

tro1 tiempo de retenci'n del aceite )min*trO1 tiempo de retenci'n del agua )min*

alculamos la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff* ! la

-ongitud costuraHcostura )-ss* para el dimetro base ! en

mAltiplos de @ plg con las ecuaciones"

De esta manera generamos la tabla para la retenci'n de lquido.

;..):


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d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R

d1=dbase

d2= dbase+6

d3=d2+6

dn=dn-1+6

d1=dbase

d2= dbase+6

d3=d2+6

dn=dn-1+6

d1=dbase

d2= dbase+6

d3=d2+6

dn=dn-1+6


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omparamos las longitudes obtenidas por la capacidad de gas !

la retenci'n de lquido, va predominar en el diseo la longitud

ma!or, debido a que tomando esta longitud se garantiza que la

fase, que tiene una longitud menor se separe !a que el separador

posee ma!or longitud.

De la tabla obtenida seleccionamos el separador de dimetromenor que tenga una 8 entre : ! ?.

Paso 3 Calcular el di4metro de la boquilla de entrada

Primero se calcula el gasto de gas a condiciones de operaci'n"

Donde"

3g1 gasto de gas )pieQ4da L cs*

9g1 densidad de gas )lb4pieQ*

3gop1 gasto de gas a cond. Kp. )pieQ4seg*;..)::*


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-uego calculamos la Densidad de la mezcla"

3gop1 gasto de gas a cond. Kperaci'n )pie:4seg*


3O1 gasto de agua )pie:4seg*

9g1 densidad de gas )lb4pie:*9o1 densidad del aceite )lb4pie

:*

9O1 densidad de agua )lb4pie:*

9m 1 densidad de la mezcla )lb4pie:*

Enseguida calculamos la velocidad del fluido en la boquilla"

#boq

1 velocidad de la boquilla )pie4seg*

;..):>*

;..):?*


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-a m0ima permitida es de :7 pie4seg, si es ma!or se trabaa con

:7 pie4seg.

&inalmente se calcula el Dimetro de la boquilla"

Mboq1 dimetro de la boquilla )pie*

Paso 5 Calcular el di4metro de la boquilla de salida de gas

alculamos la #elocidad del gas en la boquilla"


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= el Dimetro de la boquilla de salida de gas estar dado por"

Paso 16 Calcular el di4metro de la boquilla de salida de

lquido


3O1 gasto de agua )pie:4seg*

Mbso1 dimetro de la boquilla de salida de aceite )pie*

-a velocidad para la salida de lRquido )#bl* est entre 6 ! :

pie4seg, normalmente se trabaa con el valor de < pie4seg.


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Separadores (rifsicos #ertical

Datos de entrada:

Presi'n 1 p )psia*


$asto de aceite 1 3o)bpd*

$asto de gas 1 3g)55pcd* $asto de agua 1 3O)bpd*

Densidad relativa del gas 1 $Eg

Densidad relativa del agua 1 $EO$ravedad %PI del aceite#iscosidad del aceite 1 o)cp*

(amao de gota 1 dm)micr'n*

(iempo de retenci'n del aceite 1 tro)min*

(iempo de retenci'n del agua 1 trO)min*


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En el dimensionamiento de los separadores verticales trifsicos

los siguientes pasos se realizan igual que como se hace para el

dimensionamiento de separadores horizontales trifsicos"

Paso 1 - Calcular el factor de compresibilidad (z)

Paso ' - Calcular la +iscosidad del gas


asentamientoPaso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()


di4metro base

( 1 temperatura )T8*

p 1 presi'n )psia*

3g 1 gasto de gas )55pcd*

d 1 dimetro del separador

)pulgadas*


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alculamos el dimetro base para el aceite

3o1 gasto de aceite )bpd*

d 1 dimetro del separador )pulgadas*U$E 1 $EOH $Eo

1 viscosidad del aceite )cp*

Paso / - Calcular la retenci9n de l7quido

3o 1 gasto de aceite )bpd*

3O 1 gasto de agua )bpd*

tro 1 tiempo de retenci'n del aceite )min*

trO 1 tiempo de retenci'n del agua )min*d 1 dimetro de separador )pulgadas*

ho V hO 1 altura de lquido )pulgadas*


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alculamos longitud de costura a costura

= calculamos la relaci'n de longitud


Si el valor obtenido de 8 es menor que tres ):*, se toma como

dimetro mnimo el de la capacidad de gas, !a que es el dimetro

base necesario para separar el gasto de gas especificado.

Si el valor de 8 es ma!or que tres ):*, se genera la tabla de

capacidad de lquido a partir del dimetro mnimo ! para

dimetros ma!ores con una variaci'n de seis en seis.


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El separador seleccionado ser el de dimetro menor que tenga

una 8 entre 6.? ! :.

d (plg) ho+hw( plg)

Lss(pie) R=12(Lss/d)

d1=dbase

d2= dbase+6

d3=d2+6

dn=dn-1+6

d1=dbase

d2= dbase+6

d3=d2+6

dn=dn-1+6

d1=dbase

d2= dbase+6

d3=d2+6

dn=d

n-1+6


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2;ercicio Separador

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