Separadores Bifasicos

PROCESOS Rev. 2FE DE ERRATA

FE DE ERRATA_2.DOCX/11/06/2009/AA/pa 1 de 5 INEDON

Título GUÍA PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LOS SEPARADORES

BIFÁSICOS N° 903-HM120-P09-GUD-065 Fecha OCT. 08 Revisión 0 ERRATA 1 (corrección del 11 de junio de 2009): Sección 10.4.1.3. “Diámetro de las Conexiones para Servicio y Mantenimiento”, literal A) “Drenajes” Los Cuadros 11A y 11B serán corregidos como se muestra a continuación:

Cuadro 11A. Tamaño de conexiones de drenaje para recipientes horizontales (unidades USC).

Diámetro interno del separador

Longitud del separador

0 ft a

5 ft

5,1 ft a

10 ft

0,1 ft a

20 ft

20,1 ft a

30 ft

30,1 ft a

40 ft

40,1 ft a

50 ft

[ft] Tamaño de la conexión de drenaje [NPS]

2,5 a 2,9 1½ 1½ 1½ 1½ 1½ 1½

3,0 a 4,9 1½ 1½ 1½ 2 2 3

5,0 a 10,0 1½ 2 3 3 3 3

10,1 a 15,0 2 3 3 4 4 4

15,1 a 20,0 3 3 3 4 4 4



Cuadro 11B. Tamaño de conexiones de drenaje para recipientes horizontales

(unidades métricas).



0 m a

1,52 m

1,53 m a

3,05 m

3,06 m a

6,01 m

6,02 m a

9,14 m

9,15 m a

12,19 m

12,20 m a

15,24 m

[m] Tamaño de la conexión de drenaje [NPS]

0,76 a 0,88 40 40 40 40 40 40

0,89 a 1,49 40 40 40 50 50 80

1,50 a 3,05 40 50 80 80 80 80

3,06 a 4,57 50 80 80 100 100 100

4,58 a 6,01 80 80 80 100 100 100 Sección 10.4.1.3. “Diámetro de las Conexiones para Servicio y Mantenimiento”, literal B) “Venteos” El literal y el Cuadro 12 serán corregidos como se muestra a continuación: Las dimensiones de las conexiones para venteos que requieren los separadores consideran: a) La MPOP externa (de vacío) o la presión de diseño si la MPOP no es

conocida. b) El tamaño del drenaje disponible. Lo anterior desea prevenir que se exceda la MPOP externa al equipo y prevenir que el equipo colapse por vacío, considerando la pérdida de espesor por corrosión permitida y el drenaje del agua de una prueba hidrostática. El Cuadro 12 y Cuadro 13 muestran los tamaños nominales de los venteos para recipientes verticales y horizontales.



Cuadro 12. Tamaño de conexiones de venteo para recipientes verticales.

MPOP externa del separador

Tamaño nominal del

drenaje

Altura desde el suelo hasta el top del separador

0 ft a 100 ft (0 m a 30,5 m)

0 ft a 100 ft (0 m a 30,5 m)

Tamaño nominal del venteo

[psia (bara)] [NPS (DN)] [NPS (DN)] [NPS (DN)]

0 a 1,5 (0 a 0,10)

1½ (40) 1½ (40) (a)

2 (50) 1½ (40) (a) 3 (80) 2 (50) 3 (80)

4 (100) 3 (80) 3 (80)

6 (150) 4 (100) 6 (150)

8 (200) 6 (150) 6 (150)

1,51 a 5 (0,11 a 0,34) (b)

1½ (40) 1½ (40) (a) 2 (50) 1½ (40) (a) 3 (80) 1½ (40) 2 (50)

4 (100) 2 (50) 3 (80)

6 (150) 3 (80) 4 (100)

8 (200) 4 (100) 6 (150)

5,1 a 14,7 (0,35 a 1,01)

1½ (40) 1½ (40) (a)

2 (50) 1½ (40) (a) 3 (80) 1½ (40) 1½ (40)

4 (100) 1½ (40) 1½ (40)

6 (150) 2 (50) 3 (80)

8 (200) 3 (80) 3 (80) Notas: (a) Según el Cuadro 10, los recipientes verticales no tienen drenajes correspondientes

para la altura desde el suelo de esta columna. (b) Si se desconoce el valor de la MPOP externa, use el tamaño de venteo

correspondiente al rango de 1,51 psia a 5 psia (de 0,11 bara a 0,34 bara).



Cuadro 13. Tamaño de la conexión del venteo para recipientes horizontales.


Tamaño nominal del drenaje

Tamaño nominal del venteo

[psia (bara)] [NPS (DN)] [NPS (DN)]

0 a 1,5 (0 a 0,10)

1½ (40) 1½ (40)

2 (50) 1½ (40)

3 (80) 2 (50)

4 (100) (a) 3 (80)

1,51 a 5 (0,11 a 0,34) (b)

1½ (40) 1½ (40)

2 (50) 1½ (40)

3 (80) 1½ (40)

4 (100) (a) 2 (50)

5,1 a 14,7 (0,35 a 1,01)

1½ (40) 1½ (40)

2 (50) 1½ (40)

3 (80) 1½ (40)

4 (100) (a) 2 (50) Notas: (a) Según el Cuadro 11, los recipientes horizontales no requieren drenajes

mayores de NPS 4 (DN 100). (b) Si se desconoce el valor de la MPOP externa, use el tamaño de venteo

correspondiente al rango de 1,51 psia a 5 psia (de 0,11 bara a 0,34 bara).

ERRATA 2: Sección 10.5 “Casquetes (Cabezales)” Los literales A) y B) serán corregidos como sigue: A) Casquetes de disco (tapas planas) y bridados:

No son usados para presiones de diseño mayores a 101 psig (7 barg).

B) Casquetes de elípticos 2:1 y hemisféricos:



Son siempre usados para una presión de diseño mayor de 101 psig (7 barg).

Las correcciones serán incorporadas en la siguiente revisión del INEDON.

INEDON

PROCESOS 903-HM120-P09-GUD-065 Rev. 0

GUÍA PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LOS SEPARADORES BIFÁSICOS

903-HM120-P09-GUD-065.DOCX/20/10/2008/AA/pa 1 de 144 INEDON

FECHA OBJETO ELABORÓ Iniciales

REVISÓ Iniciales

APROBÓ Iniciales/Cargo

OCT. 08 Emisión Original RV/PS/AA ABA ABA/GP

Este Documento Sustituye a la: - “Guía de Diseño de Separadores Bifásicos”, N° 903-P3100-P09-GUD-065, REV. 0,

ABR. 07.

- “Guía de Diseño de Tanques de Asentamiento”, N° 903-P3100-P09-GUD-068, REV. 0, FEB. 08.

INEDON




Í n d i c e

Página

1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 10 2. OBJETIVOS ..................................................................................................... 10 3. USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ................................................ 11 4. PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA .............................................................. 11 5. INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA ......................................... 11 6. ACRÓNIMOS Y SIGLAS .................................................................................. 12 7. MEMORIA DE CÁLCULO ................................................................................ 13 8. LECCIONES APRENDIDAS ............................................................................ 15 9. DEFINICIONES ................................................................................................ 15 10. SEPARADORES GAS-LÍQUIDO ...................................................................... 30 10.1. Principios de Separación .................................................................................. 30 10.1.1. Momento Lineal ................................................................................................ 30 10.1.2. Asentamiento Gravitatorio ................................................................................ 30 10.1.3. Coalescencia .................................................................................................... 31 10.2. Componentes de un Separador ....................................................................... 32 10.2.1. Sección de Separación Primaria ...................................................................... 32 10.2.2. Sección de Separación Secundaria.................................................................. 32 10.2.3. Sección de Separación Terciaria ...................................................................... 34 10.2.4. Sección de Recolección de Líquido.................................................................. 34 10.2.5. Elementos Auxiliares ........................................................................................ 35 10.3. Dimensionamiento de los Separadores Gas-Líquido ....................................... 37 10.3.1. Consideraciones Básicas ................................................................................. 37 10.3.1.1. Diámetro de la Partícula de Líquido ................................................................. 37 10.3.2. Selección del Separador .................................................................................. 38 10.3.2.1. Extractores de Niebla ....................................................................................... 42 10.3.2.2. Volumen Retenido de Líquido .......................................................................... 49 10.3.2.3. Velocidad Terminal de las Partículas ............................................................... 51 10.3.2.4. Velocidad Crítica del Gas ................................................................................. 53 10.3.2.5. Casos Especiales ............................................................................................. 55 10.3.3. Procedimiento de Cálculo ................................................................................. 57 10.3.4. Dimensionamiento de los Separadores Verticales ........................................... 59 10.3.5. Dimensionamiento de los Separadores Horizontales ....................................... 65 10.4. Especificación de los Internos y los Elementos Auxiliares ............................... 79 10.4.1. Especificación de las Boquillas ........................................................................ 79 10.4.1.1. Tipo de Boquilla de Entrada ............................................................................. 80 10.4.1.2. Diámetro de las Conexiones Principales de Procesos ..................................... 83 10.4.1.3. Diámetro de las Conexiones para Servicio y Mantenimiento ........................... 86

INEDON




10.4.1.4. Diámetro de las Conexiones de los Instrumentos ............................................ 92 10.4.1.5. Nomenclatura de las Boquillas ......................................................................... 93 10.4.2. Especificación de los Extractores de Neblina ................................................... 96 10.4.2.1. Extractores de Neblina Tipo Malla de Alambre ................................................ 96 10.4.2.2. Extractores Tipo Vanes .................................................................................. 101 10.4.3. Especificación del Rompe Vórtice .................................................................. 103 10.4.3.1. Plato Plano ..................................................................................................... 103 10.4.3.2. Rejilla .............................................................................................................. 104 10.5. Casquetes (Cabezales) .................................................................................. 105 10.6. Hoja de Cálculo .............................................................................................. 106 10.7. Hoja de Datos ................................................................................................. 106 10.7.1. Formato de Hoja de Datos para los Recipientes ............................................ 106 10.7.2. Formato para el Bosquejo .............................................................................. 118 10.7.3. Elaboración de la Hoja de Datos .................................................................... 119 10.8. Evaluación de los Separadores Existentes .................................................... 120 10.8.1. Información Requerida ................................................................................... 120 10.8.2. Desarrollo de la Evaluación ............................................................................ 120 10.8.3. Consideraciones ............................................................................................. 121 11. TANQUES DE ASENTAMIENTO ................................................................... 122 11.1. Tamaño de las Gotas de Agua y Tiempo de Residencia ................................ 125 11.2. Tipos de Tanques de Asentamiento ............................................................... 126 11.2.1. Tanques Verticales ......................................................................................... 126 11.2.2. Tanques Horizontales ..................................................................................... 128 11.2.3. Tanques Horizontales Electrostáticos ............................................................ 129 11.3. Determinación del Diámetro de los Tanques de Asentamiento ...................... 130 11.4. Procedimiento para el Dimensionamiento de los Tanques de Asentamiento . 132 11.5. Ejemplo de Cálculo ......................................................................................... 133 11.5.1. Dimensionamiento de un tanque de asentamiento horizontal ........................ 133 11.5.2. Dimensionamiento de un tanque de asentamiento vertical ............................ 136 12. REFERENCIAS .............................................................................................. 138

ANEXO 1 – HOJA DE CÁLCULO PARA LOS SEPARADORES GAS-LÍQUIDO ......................................................................................................... 140 ANEXO 2 – CÁLCULO DE VOLUMEN PARCIAL EN RECIPIENTES HORIZONTALES ............................................................................................ 141 ANEXO 3 – HOJA DE DATOS PARA LOS SEPARADORES ........................ 144

INEDON




LISTA DE SÍMBOLOS

Símbolo Definición Unidades

A Área superficial de la malla [ft2/ft3]

a Aceleración centrífuga del flujo de gas [lb/(ft·s2)]

AD Área transversal entre el deflector y la pared del recipiente [ft2]

Ahe Área superficial de los casquetes [ft2]

ALLL Área transversal hasta LLL en los separadores horizontales [ft2]

ALLLL Área transversal hasta LLLL en los separadores horizontales [ft2]

ANLL Área transversal hasta NLL en los recipientes [ft2]

AP Área proyectada de la partícula en la dirección del movimiento [ft2]

AV Área transversal de la sección de flujo del gas en los separadores horizontales [ft2]

AS Área transversal desde el tope del recipiente hasta el nivel alto – alto [ft2]

Ash Área superficial de la carcasa [ft2]

AT Área total de la sección transversal [ft2]

b Espacio entre los deflectores del vane [in]

CD Coeficiente de arrastre Adimensional

D Diámetro del recipiente [ft]

d0 Tamaño inicial de la gota [µm]

DF Diámetro de los filamentos en los extractores tipo malla [in]

df Tamaño final de la gota [µm]

DG Diámetro inicial para cumplir con la máxima velocidad crítica [ft]

dg Diámetro de la boquilla de salida de gas [in]

DL Diámetro inicial para almacenar el volumen de líquido deseado [ft]

INEDON




LISTA DE SÍMBOLOS


dl Diámetro de la boquilla de salida de líquido [in]

dm Diámetro de las gotas de agua [µm]

Dp Diámetro de la partícula de líquido [ft]

dT Diámetro del tanque de asentamiento [in]

E Eficiencia de la conexión Adimensional

EF Fracción de la eficiencia de impacto en un sólo alambre Adimensional

F Fracción del área del separador ocupada por el líquido Adimensional

FD Fuerza de arrastre Adimensional

fd Fracción de volumen de la fase dispersa Adimensional

FF Fuerza de flotación [lbf ]

FG Fuerza gravitacional [lbf ]

g Aceleración de gravedad local [lbf ]

gc Constante dimensional [ft/s2]

h Altura de la sección de coalescencia [in]

HC Distancia entre la línea de tangente y el extremo del casquete [ft]

HD Distancia para el flujo de gas en separadores verticales [ft]

HF Distancia entre el extremo superior del extractor de niebla y el tope del recipiente [ft]

HHLL Distancia entre el nivel normal de líquido y el nivel alto [ft]

HHHLL Distancia entre el nivel alto de líquido y el nivel muy alto [ft]

HLIN Distancia entre HLL y la línea central de la boquilla de entrada [ft]

HLLL Distancia entre el nivel muy bajo de líquido y el nivel bajo [ft]

HLLLL Distancia entre el fondo del separador o la línea tangente y el nivel muy bajo de líquido [ft]

INEDON




LISTA DE SÍMBOLOS


HNLL Distancia entre el nivel bajo de líquido y el nivel normal [ft]

HT Altura total de los separadores verticales [ft]

HV Distancia entre el tope del recipiente y HHLL en los separadores horizontales [ft]

j Parámetro empírico siempre mayor a 3 y depende de la probabilidad de rebote por separado de las gotas antes de que la coalescencia ocurra

Adimensional

K Constante empírica usada para el cálculo de la velocidad crítica del gas [ft/s]

KD Constante empírica usada para el cálculo de la velocidad crítica del gas, para separadores horizontales con malla [ft/s]

Ki Número de separación por impacto inercial Adimensional

KM Factor de corrección de Stokes-Cunningham Adimensional

KS Constante para el cálculo de la velocidad de asentamiento de las gotas [ft4·cP/(lb·min) ]

KT Parámetro empírico que depende del sistema en particular Adimensional

L Longitud de los separadores horizontales [ft]

LC Longitud de la sección de coalescencia [ft]

LD Longitud para el extractor en los separadores horizontales [ft]

LEF Longitud efectiva de separación por gravedad en los separadores horizontales [ft]

LG Longitud requerida para la separación gas-líquido [ft]

LL Longitud requerida para el volumen de líquido de operación [ft]

Lmin Longitud mínima necesaria para una buena separación gas-líquido [ft]

LSS Longitud entre las costuras (soldadura del casquete) del recipiente. Véase la Figura 2. [ft]

n Número de deflectores colocados en el banco de vanes Adimensional

INEDON




LISTA DE SÍMBOLOS


P Presión manométrica de operación del separador [psig]

PD Presión manométrica de diseño para la estimación del peso del recipiente [psig]

q Calor de entrada [BTU/h]

QG Flujo volumétrico del gas a las condiciones de operación [ft3/s]

QL Flujo volumétrico del líquido a las condiciones de operación [ft3/h]

QH Flujo volumétrico del líquido pesado a las condiciones de operación [ft3/h]

Qm Flujo volumétrico de la mezcla gas-líquido a la entrada del separador a las condiciones de operación [ft3/s]

QO Flujo de crudo (petróleo) [BPD]

Re Número de Reynolds Adimensional

S Esfuerzo permitido [psig]

SGO Gravedad específica del crudo en relación al agua Adimensional

T Temperatura de operación del separador [°F]

tc Espesor de corrosión [in]

tD Espesor del extractor de niebla [ft]

tHLL Tiempo de residencia entre el nivel normal de líquido y el alto [min]

tHHLL Tiempo de residencia entre el nivel alto de líquido y el alto – alto [min]

the Espesor del casquete [in]

tLLL Tiempo de residencia entre el nivel muy bajo de líquido y el bajo [min]

tLLLL Tiempo de residencia entre el fondo del separador o la línea tangente y el nivel muy bajo de líquido [min]

INEDON




LISTA DE SÍMBOLOS


tHLL Tiempo de residencia entre el nivel normal de líquido y el alto [min]

tr Tiempo de residencia del líquido en el separador [min]

(tr)O Tiempo de residencia en el tanque de asentamiento [min]

tS Tiempo de surge de líquido en el separador [min]

tsh Espesor de la carcasa [in]

tt Tiempo de coalescencia [min]

u Velocidad relativa entre la partícula y el fluido [ft/s]

uc Velocidad crítica del gas [ft/s]

uD Velocidad del gas a través del extractor en los separadores horizontales [ft/s]

uG Velocidad del gas dentro del separador [ft/s]

uL Velocidad a través de la boquilla de salida de líquido [ft/s]

uM Velocidad de la mezcla gas-líquido a la entrada del separador [ft/s]

ut Velocidad terminal o de asentamiento libre de la partícula [ft/s]

utc Velocidad centrífuga del gas dentro del banco de vanes [ft/s]

uta Velocidad de descenso de las gotas de agua en relación a la fase continua de crudo [ft/s]

VHHLL Volumen de líquido entre el nivel alto y el muy alto [ft3]

VHLL Volumen de líquido entre el nivel normal y el alto [ft3]

VNLL Volumen de líquido entre el nivel bajo y el normal [ft3]

VLLL Volumen de líquido entre el nivel muy bajo y el bajo [ft3]

VLLL Volumen de líquido entre el fondo del recipiente o línea tangente y el nivel muy bajo [ft3]

W Peso estimado del recipiente [lb]

INEDON




LISTA DE SÍMBOLOS


WG Flujo másico del gas [lb/s]

WL Flujo másico del líquido [lb/s]

WV Longitud de cada deflector en el banco de vanes [in]

LISTA DE SÍMBOLOS GRIEGOS


ΔSG Diferencia entre la gravedad específica del petróleo y el agua Adimensional

ΔT Incremento de temperatura [°F]

λ Fracción líquida en la mezcla en la entrada del separador Adimensional

μC Viscosidad de la fase continua [cP]

μCP Viscosidad dinámica de la fase continua de petróleo [cP]

μG Viscosidad dinámica del gas a las condiciones de operación [cP]

μL Viscosidad dinámica del líquido a las condiciones de operación [cP]

φ Parámetro utilizado para calcular la velocidad crítica [ft/s]

θ Ángulo de los deflectores del vanes [ ° ]

ρG Densidad del gas a las condiciones de operación [lb/ft3]

ρL Densidad del líquido a las condiciones de operación [lb/ft3]

ρM Densidad de la mezcla gas-líquido a la entrada del separador a las condiciones de operación [lb/ft3]

Este INEDON muestra solamente las unidades de medición habitualesen los EUA, debido a que todas las referencias usadas para lasecuaciones, usan esas unidades.

INEDON




1. INTRODUCCIÓN

La Disciplina de Procesos tiene como responsabilidad el dimensionamiento y la evaluación de los separadores bifásicos durante las diferentes fases de un Proyecto. El concepto de “separador bifásico” es usado en este INEDON para agrupar a: • Los separadores gas-líquido.

• Los tanques de asentamiento para la separación de dos fases líquidas. Ambos tipos de equipos tienen información en común, principalmente sobre la teoría de separación. El personal de la Disciplina de Procesos, involucrado en el dimensionamiento o la evaluación de los separadores bifásicos, requiere estar familiarizado con los criterios usados en inelectra.

2. OBJETIVOS Los objetivos principales de este INEDON son suministrar la información necesaria para: • La comprensión del objetivo y funcionamiento de los separadores

bifásicos así como de los elementos auxiliares asociados a los mismos: boquillas, extractores de neblina y rompe vórtices.

• La selección del tipo de separador según el proceso, los parámetros, las

consideraciones y los criterios involucrados en el dimensionamiento. • El dimensionamiento o la evaluación de los separadores y de los

elementos auxiliares. • El dimensionamiento básico de los tanques de asentamiento. • La evaluación de separadores existentes, requerida debido a cambios

propuestos en las condiciones de operación, del fluido, etc.

INEDON




3. USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA

I. Los criterios especificados por el Cliente tienen prioridad sobre los

indicados en este INEDON. Si las especificaciones del Cliente carecen de algún criterio, el Líder de Procesos en el Proyecto solicita la aprobación del Cliente para usar los criterios mostrados aquí.

II. El usuario de este INEDON tiene la obligación de utilizar la revisión más

actualizada de la normativa (normas, códigos, estándares, especificaciones, Leyes, etc.) nacional e internacional usada en el Proyecto; así como, solicitar al Cliente o ente gubernamental correspondiente, la normativa local usada en el país donde se construye la instalación.

4. PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA

Procedimientos de gestión de la calidad relacionados con este INEDON: Ingeniería (HM010) 903-HM010-A90-TEC-003 Equivalencia de Términos entre Centros de

Ejecución Gestión de la Calidad (HM060) 903-HM060-G09-ADM-914 Elaboración y Actualización de Instrucciones de

Trabajo Procesos (HM120) 903-P3100-P09-ADM-901 Bases de Diseño 903-P3100-P09-ADM-906 Diseño y Especificación de Equipos

5. INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA Instrucciones de Trabajo relacionadas con este INEDON: Procesos (HM120) 903-HM120-P09-GUD-013 Bases y Criterios de Diseño 903-HM120-P09-GUD-015 Guía para la Elaboración de los Balances de

Procesos

http://ineweb/inedon/HM010/903-HM010-A90-TEC-003.pdf�

http://ineweb/inedon/HM060/903-HM060-G09-ADM-901.pdf

http://ineweb/inedon/HM120/903-P3100-P09-ADM-901.pdf�


http://ineweb/k3100proceso/IntranetProcesos2008/Manual/INEDON/903-HM120-P09-GUD-013.pdf�


INEDON




903-HM120-P09-GUD-025 Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación

903-HM120-P09-GUD-041 Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión

903-P3100-P09-GUD-052 Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo903-HM120-P09-GUD-054 Guía para la Selección de los Materiales de

Construcción 903-P3100-P09-GUD-067 Dimensionamiento de Líneas de Transporte con

Flujo Multifásico 903-P3100-P09-GUD-069 Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión 903-HM120-P09-GUD-071 Guía para los Cálculos de Despresurización Ingeniería Mecánica (HM130) 903-HM130-M01-ESP-041 Especificación para el Diseño y Fabricación de

Recipientes a Presión 903-P3030-M01-TEC-046 Bases y Criterios de Diseño – Equipos Mecánicos Automatización y Control (HM160) 903-HM160-I01-GUD-100 Guía para la Elaboración de Matrices Causa-

Efecto 903-P3200-I01-GUD-033 Criterios de Diseño de Automatización y Control

Los Procedimientos y las Instrucciones de Trabajo están relacionados demanera directa: el INEDON es citado en este documento, o indirecta: elINEDON contiene información adicional para el usuario; pero no escitado en este documento.

6. ACRÓNIMOS Y SIGLAS

API American Petroleum Institute ASME American Society of Mechanical Engineers BME Balance de Materia y Energía: Material and Heat Balance BSW Basic Sediments and Water (Sedimentos Básicos y Agua) DBP Diagrama Básico de Procesos



http://ineweb/k3100proceso/IntranetProcesos2008/Manual/INEDON/903-HM120-P09-GUD-052.pdf





http://ineweb/3030mecanica/Documentos/903HM130M01ESP041/903-HM130-M01-ESP-041.doc�

http://ineweb/3030mecanica/Documentos/903P3030M01TEC046/903P3030M01TEC046.pdf�

http://ineweb/k3200instrumentacion/Inedones%20PDF/903-HM160-I01-GUD-100.pdf

http://ineweb/k3200instrumentacion/Inedones%20PDF/903-P3200-I01-GUD-033.%20Rev.0.pdf

INEDON




DMC Diagrama de los Materiales de Construcción (MOC: Material of Construction Diagram)

DN Diámetro Nominal [en milímetros] DTI Diagrama de Tuberías (Cañerías) e Instrumentación (PID: Piping and

Instrumentation Diagram) ESD Emergency Shutdown (Parada de Emergencia) GPSA Gas Processors Suppliers Association HdD Hoja de Datos (Data Sheet) HH Handhole (Pasa Mano) HHLL Nivel muy alto de líquido HLL Nivel alto de líquido INEDON inelectra documento normalizado LLL Nivel bajo de líquido LLLL Nivel muy de líquido MH Manhole (Pasa Hombre) NAP Niveles de Aprobación (de un Proyecto) NLL Nivel normal de líquido NPS Nominal Pipe Size: Tamaño Nominal de la Línea [en pulgadas] PDVSA Petróleos de Venezuela, S. A.

TL Línea de la tangente del casquete, la cual limita la sección cilíndrica del recipiente. Véase la Figura 2.

USC United State Customary (Units): (Unidades de Medición) Habituales en los EUA

7. MEMORIA DE CÁLCULO

La memoria de cálculo para el dimensionamiento de los separadores bifásicos es elaborada según el INEDON “Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo”, N° 903-P3100-P09-GUD-052. El siguiente contenido es usado en la memoria de cálculo para proveer suficiente información sobre el dimensionamiento del separador:


INEDON




A) Documentación mínima requerida:

a) Bases y Criterios de Diseño del Proyecto: este documento puede complementar la información de este INEDON.

b) BME o Simulación del Proceso: ayuda a conocer las características

de los fluidos involucrados con el separador. c) DBP: complementa a los dos documentos anteriores. d) DTI: el documento representativo de la Disciplina de Procesos, es el

que también muestra más información esquemática sobre el separador.

e) DMC (si existe en el Proyecto): permite conocer el requerimiento

preestablecido de los materiales de construcción para el separador. f) HdD del separador: si existe de una etapa anterior del Proyecto,

provee la información base que puede ser validada o revisada. Según la etapa y alcance del Proyecto, se pueden obtener del fabricante, de la Disciplina de Ingeniería Mecánica o de Procesos.

B) Códigos y estándares de diseño del separador. Ejemplo: ASME SEC VIII

DIV 1 [1]. Consulte al a Disciplina de Ingeniería Mecánica. C) Condiciones de operación:

a) Composición del fluido.

b) Presión.

c) Temperatura.

d) Fases del fluido en la línea de entrada.

e) Nivel de líquido en los recipientes. D) Dimensionamiento del separador:

a) Criterios de diseño.

b) Flujos de diseño.

INEDON




c) Requerimientos de los equipos aguas abajo.

E) Elaboración o revisión de la HdD. F) Documentación adicional según el INEDON “Guía para la Elaboración de

la Memoria de Cálculo”, N° 903-P3100-P09-GUD-052. G) Información del Cliente, de los fabricantes, otras Disciplinas, etc.

La ubicación, cantidad y detalle de la información depende de la etapa yalcance del Proyecto.

8. LECCIONES APRENDIDAS

Las Lecciones Aprendidas están disponibles a través de la página de intranet de Ingeniería. El sistema de Lecciones Aprendidas puede contener información adicional para el tema de este INEDON. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, establece los pasos para la identificación, captura, registro en el sistema, etc. de las Lecciones Aprendidas.

El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicaciónde Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, indica losiguiente “cuando no se encuentre evidencia del uso del Sistema deLecciones Aprendidas, se levantará una No Conformidad” durante unarevisión técnica.

9. DEFINICIONES

Agua Emulsionada (Emulsified Water) Agua que se encuentra en forma de pequeños glóbulos que tienden a permanecer en suspensión en otra fase líquida. Agua Libre (Free Water, Water Film) Agua en estado líquido procedente del reservorio o formada por condensación en un proceso y se asienta rápidamente por acción de la gravedad.


http://ineweb/portal_ing/portales/unidad_operaciones/division_ingenieria/�

http://ineweb/inedon/HM010/903-P3000-A20-ADM-917.pdf�

http://ineweb/inedon/HM010/903-P3000-A20-ADM-917.pdf�

INEDON




Agua y Sedimentos Básicos, BSW (Basic Sediments and Water) Cantidad de agua más otros sedimentos en relación con la fase continúa de crudo:

S WO SWBSW++

+=

Donde: W es el contenido de agua; S es el contenido de otros sedimentos; O es el contenido de crudo, todos en unidades consistentes. Balance de Materia (Masa) y Energía (Calor) (Mass or Material and Energy or Heat Balance) Documento donde se indican las características y propiedades principales de las corrientes del proceso, con sus condiciones de operación normales. Consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Balances de Procesos”, N° 903-HM120-P09-GUD-015. Bases de Diseño (Basis of Design) Documento elaborado conjuntamente entre el Cliente e inelectra. El documento establece la información básica del lugar del Proyecto, premisas y criterios de diseño especiales o particulares, requerimientos de operación, constructibilidad y mantenimiento, normativa para el Proyecto, y toda la información adicional en la cual se fundamenta la ejecución del Proyecto. Dependiendo del alcance del Proyecto y del documento, los usuarios pueden ser solo Procesos, varias o todas las Disciplinas. Consulte los INEDON “Bases de Diseño”, N° 903-P3100-P09-ADM-901, y “Bases y Criterios de Diseño”, N° 903-HM120-P09-GUD-013. Boquilla, Tobera (Nozzle) Elemento de un recipiente a presión para la conexión de líneas o instrumentos, generalmente, por medio de una brida (Figura 1).




INEDON




Figura 1.Boquilla en un recipiente. Casquete, Cabezal (Head) Tapa final de un recipiente cilíndrico (Figura 2). La forma más común en la industria es la elipsoidal (Figura 3) con una relación de 2:1, la cual es más económica, debido a que la altura del casquete es un cuarto del diámetro. La nomenclatura “TL/TL” indica que la medición de una longitud o altura es desde una línea de tangente hasta la otra. Véase también la Sección 10.5.

Figura 2. Casquete de un recipiente cilíndrico. Clasificación de Presión-Temperatura (Pressure-Temperature Rating) Las clasificaciones de presión-temperatura son las máximas presiones manométricas permitidas de operación para el material y la designación de la clase para un rango de temperaturas definidas [8]. Las clasificaciones más comunes son 150, 300, 600, 900, 1500, 2500. En varios INEDON de inelectra, la clasificación de presión-temperatura es denominada como “libraje” o “rating”.

Casquete (cabezal)

Línea de tangente, TL

Línea de costura (soldadura)

INEDON




Figura 3. Tipos de casquetes según el ASME SEC VIII Div 1 [1]. Comprador (Purchaser) La persona u organización que emite la orden y especificación al vendedor. En el caso de inelectra, el comprador puede ser el Cliente del Proyecto, inelectra propiamente, al ejecutar un Proyecto IPC o inelectra, en representación del Cliente del Proyecto, dependiendo de la modalidad de contratación. Condiciones Actuales (Actual Conditions) Presión y temperatura del fluido a las condiciones de operación (@ P y T). El término aplica a variables volumétricas como el flujo y la densidad. La designación “A” es de uso común en la industria. Ejemplos: ACF (Aft3), pie cúbico actual; Am3, metro cúbico actual.

Este INEDON usa el término de “condición actual” por ser común y paraevitar confusión; aunque la traducción correcta del inglés “actualcondition” es “condición real”.

Corrosión Permitida, Sobre Espesor o Tolerancia a la Corrosión (Corrosion Allowance) Cantidad lineal del espesor del material que es “sacrificada conscientemente” debido a los efectos de la corrosión, la erosión y la abrasión. El Cuadro 1 muestra los valores típicos de las corrosiones permitidas para las líneas y planchas de los equipos aplicables para un año de operación.

Elipsoidal Torisférico

Hemisférico Cónico Toricónico

INEDON




Un espesor de corrosión no es requerido cuando se utilizan aleaciones resistentes a la corrosión como los aceros inoxidables austeníticos y dúplex, o aceros al carbono recubiertos internamente con estas aleaciones. Consulte el INEDON “Guía para Selección de los Materiales de Construcción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054.

Cuadro 1. Valores típicos de corrosiones permitidas. Corrosión permitida

[mm] [in] [mm] [in]

0,00 0,00 1,59 0,063 (1/16)

0,25 0,01 2,54 0,100 (1/10)

0,76 0,03 3,17 0,125 (1/8)

1,27 0,050 (1/20) 6,35 0,250 (1/4) Diagramas Básicos de Procesos (Basic Process Diagrams) Término que incluye los Diagramas de Flujo de Procesos, los Diagramas de Flujo de Servicio y los Diagramas de los Materiales de Construcción. Consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas Básicos de Procesos”, N° 903-HM120-P09-GUD-023. Diagrama de los Materiales de Construcción (Material of Construction Diagram) Representación esquemática de los diferentes materiales de construcción usados para las líneas principales del proceso o de servicios y de los equipos. Consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas Básicos de Procesos”, N° 903-HM120-P09-GUD-023. Diagrama de Tuberías (Cañerías) e Instrumentación, Diagramas Mecánicos de Flujo (Piping and Instrumentation Diagram) Diagramas que describen la secuencia del proceso, su automatización y control, indicando todos los equipos, las líneas, la instrumentación, las lógicas de control y accesorios que los conforman. Consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación”, N° 903-HM120-P09-GUD-025.






INEDON




Diámetro Nominal (DN) y Tamaño Nominal de la Línea (NPS) (Nominal Diameter y Nominal Pipe Size) El sistema de medición métrico usa la abreviatura DN, en vez de Nominal Pipe Size (NPS); el Cuadro 2 muestra las equivalencias.

El ASME B36.10M [9] contiene valores de NPS hasta 80 (DN 2000) ytambién los valores en el sistema de medición métrico.

Cuadro 2. Equivalencias entre NPS y DN [9].

NPS DN NPS DN NPS DN NPS DN

1/8 6 2 50 10 250 26 650

1/4 8 2½ 65 12 300 28 700

3/8 10 3 80 14 350 30 750

1/2 15 3½ 90 16 400 32 800

3/4 20 4 100 18 450 34 850

1 25 5 125 20 500 36 900

1¼ 32 6 150 22 550 38 950

1½ 40 8 200 24 600 40 1000 Diseño (Design) Término que puede ser usado por el fabricante del equipo para describir varios parámetros presión de diseño, temperatura de diseño o velocidad de diseño. Algunas Normativas (por ejemplo: API STD 617 [5]) indican que el término “diseño” debería ser usado solamente por el diseñador y fabricante del equipo y no en las especificaciones del comprador. Dispersión (Dispersion) Es una emulsión inestable que se puede separar en sus fases originales en un período razonable de tiempo de reposo. Emulsión (Emulsion) Sistema estable de dos fases, que consta de dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales, es dispersado en el otro en forma de glóbulos. La

INEDON




fase dispersa, discontinua o interna es el líquido desintegrado en glóbulos. El líquido circundante es la fase continua o externa. La estabilidad de una emulsión se puede alterar ya que esta posee energía de interface termodinámicamente inestable. La desestabilización se lleva a cabo a través de tres mecanismos, floculación, coalescencia y sedimentación, definidos seguidamente: A) Floculación:

Es el acercamiento macroscópico de las gotas dispersadas que favorece la cohesión compactándolas y generando una película intergota.

Figura 4. Acercamiento macroscópico de gotas de agua dispersadas. B) Coalescencia:

Es la ruptura de la película intergota y la formación de una sola gota de mayor tamaño, producto del rearreglo geométrico correspondiente.

Figura 5. Formación de una gota de agua de mayor tamaño.

CRUDO

AGUA

CRUDO AGUA

INEDON




C) Sedimentación:

Es la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas de agua suspendidas cuya densidad es mayor que la del crudo. Este mecanismo de separación es el que se emplea en los tanques de asentamiento.

Figura 6. Proceso de separación de dos fases inmiscibles. Estampe U del ASME (ASME U Stamp) Indicativo que un recipiente a presión tiene que ser o está diseñado, fabricado y probado según las especificaciones del código ASME [1]. Instrumentos de Medición del Nivel de Líquido (Liquido Level Measurement Instruments) Dispositivos usados para determinar la ubicación la interface de dos fluidos, los cuales tienen densidades diferentes. Los principales tipos de instrumentos de medición de nivel son: A) Presión diferencial (Figura 7).

Es el más usado, donde la presión estática del líquido (o una de las fases líquidas) origina una presión diferencial que es usada para indicación de la altura del nivel de líquido.

B) Desplazador (Figura 8).

Un dispositivo es usado según el Principio de Arquímedes, el cual afirma que un objeto total o parcialmente sumergido en un fluido estático, es empujado con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto. La detección del peso aparente del desplazador, es inferido a la medición del nivel de líquido.

CRUDO

AGUA

CRUDO

AGUA

CRUDO

AGUA

CRUDO

AGUA

INEDON




Figura 7. Transmisor de nivel tipo presión diferencial y simbología en el DTI.

Figura 8. Transmisor de nivel tipo desplazador (externo) y simbología en el DTI.

Transmisor

Desplazador

Transmisor

Celda de ΔP

INEDON




C) Flotador (Figura 9).

Un dispositivo tiene una densidad menor que el fluido (por ejemplo: la fase líquida en un separador gas-líquido), esto origina que flote sobre dicho fluido, la ubicación del flotador es usada para la medición del nivel.

D) Radar (Figura 10).

El principio básico es la emisión de microondas hasta la superficie el líquido, el tiempo que tarda en regresar la onda hasta el instrumento es inferido a la altura del líquido.

Figura 9. Transmisor de nivel tipo flotador (externo) y simbología en el DTI.

Transmisor

Flotador

INEDON




Figura 10. Transmisor de nivel tipo radar y simbología en el DTI.

Los criterios para la selección, especificación e instalación de losinstrumentos de nivel son establecidos en el INEDON “Criterios deDiseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200-I01-GUD-033.

Presión Externa (Negativa, Vacío) (External Pressure) Presión que experimenta el recipiente desde el exterior, lo cual equivale a una presión de vacío. Si la unidad de presión es manométrica, su valor numérico es negativo.

Presión Interna (Positiva) (Internal Pressure) Presión que experimenta el recipiente desde el interior. Si la unidad de presión es manométrica, su valor numérico es positivo. Separador (Separator) Recipiente presurizado o no, usado para la separación de las fases del fluido en una corriente del proceso, con el objetivo de enviar cada fase por separado a otro equipo. Dependiendo de su ubicación en el proceso, algunos separadores tienen nombres específicos como: • Depurador de Gas (Gas Scrubber):

Ubicado en la succión de los compresores y en la alimentación de gas combustible hacia los equipos de intercambio de calor con fuego (por ejemplo: un horno).

Transmisor

Emisor/Receptor

Rayos de ondas


INEDON




• Tambor de Reflujo (Reflux Drum):

Recipiente usado para la acumulación del reflujo de las torres de destilación.

• Receptor de Baches de Líquido (Slug Catcher): Ubicado al final de las líneas de producción y al comienzo de las facilidades de recepción, operan con grandes cantidades de líquido a intervalos irregulares. Consulte el INEDON “Guía para la Selección de los Materiales de Construcción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054.

• Tambor Separador de Líquidos de Alivio (Relevo) (Knockout Drum):

Recipiente para la separación de los fluidos de alivio: gas y líquido. El gas puede ser enviado a un equipo final de alivio y venteo para la disposición. Los líquidos pueden ser enviados a fosas de quema, tanques para almacenamiento, retornados al proceso, etc. Para fines de este INEDON, se designa KO Drum al separador de alivio. Consulte también el INEDON “Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-041.

Sistema de Parada (Shutdown System) Sistema que controla las acciones de parada de los equipos o de los procesos en respuesta a una condición de peligro. El INEDON “Guía para la Elaboración de Matrices Causa-Efecto”, No. 903-HM160-I01-GUD-100, describe los siguientes sistemas de parada: 1) Parada de Emergencia (ESD, por las siglas en inglés de Emergency

Shutdown).

2) Parada de Proceso (PSD, por las siglas en inglés de Process Shutdown).

3) Parada de Unidad (USD, por las siglas en inglés de Unit Shutdown). Tanques de Almacenamiento (Storage Tanks) Recipientes de gran capacidad (generalmente mayor a 38 m3 ≈ 240 barriles) capaces de almacenar un fluido por varias horas o días. Estos tanques no se consideran como parte de la planta, sino fuera del límite de batería. Generalmente su capacidad se mide en las mismas unidades que el transporte




http://ineweb/k3200instrumentacion/Inedones%20PDF/903-HM160-I01-GUD-100.pdf

INEDON




que lleva la alimentación a una planta [22]. Se les consideran tanques de asentamiento cuando son colocados aguas abajo de los separadores bifásicos y trifásicos de la planta, a fin de suministrar el tiempo de residencia necesario para eliminar las trazas de agua en el crudo. Temperatura Mínima de Diseño del Metal (Minimum Design Metal Temperature) Mínima temperatura esperada en servicio para el metal [1], excepto cuando se permiten temperaturas más bajas según el ASME SEC VIII Div 1. La temperatura mínima de diseño del metal marcada en la placa de identificación corresponde a una presión coincidente con la MPOP. Basado en lo anterior, la temperatura mínima de diseño del metal es la temperatura límite que el material de un recipiente o línea puede soportar a la presión de diseño sin requerir una prueba de impacto. Tubería para la Conexión de los Instrumentos de Nivel (Stand Pipe) Sección de tubería (cañería) usado para colocar las conexiones de los instrumentos de nivel para indicación (local o sala de control) y para el sistema de control (Figura 11). Los principales requerimientos para la tubería de conexión de los instrumentos de nivel son establecidos por la Disciplina de Automatización y Control en el INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200-I01-GUD-033.

Figura 11. Ejemplo en un DTI de la tubería para la conexión de los instrumentos de nivel.

Tubería para la conexión de los instrumentos de nivel

Recipiente


INEDON




Unidades de Medición de Presión

El Sistema Internacional (SI) de medición establece que las unidades depresión no llevan la letra “a” para valores absolutos ni “g” para valoresmanométricos. Actualmente, los estándares estadounidenses tambiénestán comenzando a usar el SI, especialmente cuando son idénticospara la ISO. El SI indica que la palabra “presión” es calificadaapropiadamente. Ejemplo: presión absoluta de 10 kPa. Sin embargo,este INEDON aún emplea las unidades barg, bara, psia, psig, etc. hastaque el uso del SI esté más generalizado.

Figura 12. Relación entre las presiones absolutas y manométricas (adaptado de [11]).

Visor de Nivel (Level Gauge) Dispositivos usados para la indicación local del nivel de líquido. Los tipos más empleados son: A) Transparentes.

El nivel de líquido es observado en un dispositivo de material transparente.

Presión de cero absoluto – Vacío perfecto Pre

sión

bar

omét

rica

o pr

esió

n ab

solu

ta

Cualquier presión por encima de la atmosférica

Nivel de presión atmosférica (variable)

Vacío Cualquier presión por debajo de la atmosférica

Presiónmanométrica

Presiónabsoluta

Ejemplos:

1 atm 14,7 psia 1,01 bara

0 atm 0 psia 0 bara

0 psig 0 barg

−14,7 psig −1,01 barg

0,5 atm 7,4 psia 0,51 bara−7,4 psig −0,51 barg

2 atm 29,4 psia 2,03 bara14,7 psig 1,01 barg

Pre

sión

abs

olut

a =

m

anom

étric

a +

pres

ión

baro

mét

rica

INEDON




B) Con reflejo (reflex).

Tiene un vidrio con prismas reflectantes en la superficie interna, la cual refleja la luz que incide en la su superficie y permite la indicación del nivel del líquido para fluidos transparentes.

C) Magnético. Un flotador magnético es usado para mover indicadores, los cuales rotan su posición en la medida que se desplaza el flotador (Figura 13). Los indicadores tienen diferentes colores en ambos lados para visualizar el nivel del líquido.

Figura 13. Visor de nivel tipo magnético (ABLE Instruments & Controls).

Figura 14. Símbolo en el DTI para los visores (indicadores locales) de nivel.

Indicadores

Flotador

INEDON




Los criterios para la selección, especificación e instalación de los visoresde nivel son establecidos en el INEDON “Criterios de Diseño deAutomatización y Control”, N° 903-P3200-I01-GUD-033.

10. SEPARADORES GAS-LÍQUIDO

Los separadores gas-líquido son un tipo de tambor o recipiente empleado con frecuencia en procesos para disociar corrientes formadas por varias fases, las cuales pueden ser una fase gaseosa y una líquida (separadores bifásicos), o una fase gaseosa y dos fases líquidas inmiscibles (separadores trifásicos).

10.1. Principios de Separación Los principios empleados para obtener la separación física de las fases son principalmente la fuerza de gravedad, la fuerza centrífuga y el choque (diferencia de momentos entre las fases). Un separador puede emplear uno o más de estos principios, dependiendo de las características de los fluidos, las condiciones del proceso y el grado de eficiencia en la separación que se desee obtener.

10.1.1. Momento Lineal El momento lineal de un cuerpo es el producto de su masa por la velocidad con que se mueve y es una medida de la tendencia del cuerpo a resistirse al cambio en su movimiento. Dos fases de diferentes densidades tienen distinto momento [12], por lo tanto, si una corriente formada por dos fases cambia de dirección abruptamente, un mayor momento no permite que las partículas de la fase “pesada” cambien de dirección tan rápidamente como las de la fase “liviana”, por lo que ocurre la separación. Este es el principio físico que rige la separación en la sección primaria del separador.

10.1.2. Asentamiento Gravitatorio Las partículas líquidas suspendidas en la corriente de gas se encuentran sometidas a distintas fuerzas como son la fuerza de gravedad, la fuerza de arrastre del gas y la fuerza de flotación (Figura 15). Las partículas de líquido suspendidas en la corriente gaseosa sólo pueden separase de ésta si la fuerza de gravedad, que actúa sobre ellas, es mayor que la fuerza de arrastre ejercida por el flujo de gas alrededor de las mismas [12]. Este es el principio físico bajo el cual se diseña la sección secundaria del separador.


INEDON




Figura 15. Fuerzas sobre una partícula líquida en una corriente de gas.

10.1.3. Coalescencia El fenómeno de coalescencia es el proceso a través del cual pequeñas partículas de líquido se unen entre sí como consecuencia de un choque, formando gotas de mayor tamaño. Este es el principio físico empleado en la sección terciaria del separador. Existen partículas de líquido muy pequeñas suspendidas en la corriente gaseosa que no pueden separarse fácilmente por gravedad [12]. La remoción de estas partículas es por medio de dispositivos de coalescencia, en donde las partículas arrastradas por el gas entran al dispositivo y chocan contra éste, para unirse y formar gotas de mayor tamaño que posteriormente puedan caer por gravedad. Entre los dispositivos de coalescencia más comunes se encuentra el extractor de neblina de malla de alambre (wire mesh) y el paquete de venas (vanes). En el caso de emplear la fuerza de gravedad, el dimensionamiento de los separadores gas-líquido está basado en la teoría de la dinámica de partículas, la cual estudia el movimiento de una partícula esférica a través de un medio continuo. Esta teoría es considerada para las gotas líquidas presentes en la fase gaseosa, para las burbujas de gas que se encuentran en el líquido, y en el caso de separadores trifásicos, para las gotas disueltas entre las fases líquidas. Sin embargo, para los principios de separación restantes y para la determinación de otras muchas variables del proceso (como puede ser el tiempo de residencia de líquido dentro del recipiente), existen pocos fundamentos teóricos y por lo general se toman en cuenta consideraciones empíricas basadas en la experiencia.

Fuerza de Gravedad

Fuerza de arrastre delGas, la cual origina una

Fuerza de flotación(Principio de Arquímedes)

Partícula Líquida

Corriente de gas

INEDON




10.2. Componentes de un Separador

Los separadores gas-líquido están formados por cuatro secciones distintas y diversos internos y elementos auxiliares. Los separadores presentan cuatro secciones principales [12] y [4]: • La sección de separación primaria donde el momento rige la separación. • La sección de separación secundaria o de asentamiento gravitatorio. • La sección de separación terciara o de coalescencia. • La sección de recolección de líquido. En la Figura 16 y Figura 17 se muestran las secciones antes mencionadas para separadores con orientación vertical y horizontal, respectivamente.

10.2.1. Sección de Separación Primaria En esta sección se separa la mayor cantidad de líquido libre en la corriente de entrada al separador. Está formada por el “elemento de choque” que puede ser la boquilla de entrada prolongada a través de un codo de 90° o de deflectores (baffles), o también puede ser un distribuidor, que obliga a la corriente de entrada a cambiar de dirección abruptamente, tomando ventaja de la diferencia de momento entre las fases para producir la separación. La selección del dispositivo es en base a los criterios de dimensionamiento para el servicio del separador [17]. Esto se explica con mayor detalle en la Sección 10.4.1.1.

10.2.2. Sección de Separación Secundaria Esta sección es conocida como la sección de asentamiento gravitatorio. Es diseñada para aprovechar la fuerza de gravedad en la separación de partículas líquidas dispersas en la corriente gaseosa, cuyo tamaño por lo general se encuentra entre 150 µm y 2000 µm de diámetro. Esta sección consiste en una porción del recipiente a través de la cual se desplaza el gas a una velocidad relativamente baja con poca turbulencia, con la finalidad de que la velocidad de caída de las partículas sea superior a la proporcionada por el arrastre de gas y se separe la mayor cantidad posible de gotas líquidas. Por lo general, ocupa la mayor porción del recipiente (en especial en los separadores verticales), ya que se requieren de distancias aceptables que proporcionen el espacio necesario para la caída de las partículas.

INEDON




Figura 16. Componentes de un separador vertical bifásico.

Figura 17. Componentes de un separador horizontal bifásico.

Salida delLíquido

LG LT LT

LC

I

Sección de separación secundaria

Drenaje

Sección de recolección de líquido

Rompe vórtice

Boca de visita

Salida del Gas

Válvula de alivio

Medidor de presión

Sección de separación de primaria

Sección de separación terciaria

Medición del nivel de líquidoEntrada

Boca de visita

Salida delLíquido

Entrada

Rompe vórtice

Drenaje

Sección de recolección de

líquido

Medidor de presión

Válvula de alivio Salida del Gas

Sección de separación terciaria

Sección de separación secundaria

Sección deseparación de

primaria

LG LT LT

LC

I Medición del nivel de líquido

INEDON




La eficiencia de esta sección depende de las propiedades del líquido y del gas, del tamaño de las partículas para separación y del grado de turbulencia de la corriente gaseosa [4]. En algunos diseños se utilizan deflectores para reducir la turbulencia y disipar la espuma; estos deflectores también actúan como colectores de líquido reduciendo la distancia que recorren las gotas cuando son removidas de la fase gaseosa.

10.2.3. Sección de Separación Terciaria Conocida también como la sección de coalescencia, se utiliza para separar las partículas más pequeñas dispersas en la corriente de gas cuyo tamaño por lo general se encuentra entre los 10 µm y 150 µm de diámetro, aunque en ocasiones pueden separarse incluso gotas menores a 10 µm. Estas partículas pequeñas que se encuentran en la fase gaseosa son conocidas como neblina o niebla (mist), por lo que comúnmente a los equipos de esta sección se les denomina extractores de niebla (mist extractors). Estos dispositivos se basan en la generación de colisiones de las partículas líquidas sobre una superficie, para luego producir la coalescencia de las mismas y su posterior caída por gravedad hacia el fondo del recipiente. Los dispositivos son colocados cerca de la salida del gas y luego de la sección de asentamiento gravitatorio, y por lo general consisten en mallas de alambre tejido (wire mesh) o una serie de canales de choque (vanes), según sea su aplicación. Los criterios para la selección de los mismos se encuentran en la Sección 10.3.2.1. Los principales equipos que no requieren una sección de separación terciaria son: • Los recipientes de acumulación de aire de instrumentos y separadores,

cuando aguas arriba tienen instalados filtros para la remoción de las partículas de líquido, por ejemplo: gotas de lubricante provenientes del compresor.

• Los separadores que tienen instalado aguas abajo un “eliminador de niebla en línea”.

10.2.4. Sección de Recolección de Líquido

En esta sección se recogen todas las porciones extraídas en la sección primaria, secundaria y terciaria; y posee suficiente capacidad para almacenar la cantidad de líquido que se desee, además de prever excesos en la entrada (ej. los tapones de líquido) y proporcionar el espacio necesario para una eficiente separación de las burbujas de gas presentes en el líquido. En el caso de

INEDON




separadores trifásicos, esta sección es conocida como Sección de Decantación y suministra suficiente tiempo de residencia para que la separación de las gotas dispersas en cada fase ocurra. En algunas ocasiones cuando se esperan pequeñas cantidades de líquido, los separadores horizontales son provistos de un barril adicional en la parte inferior del recipiente, donde se almacenan las porciones de líquido provenientes de la parte superior del mismo [4].

10.2.5. Elementos Auxiliares Además de las secciones anteriormente mencionadas, un separador puede presentar elementos adicionales como son: A) Eliminadores de vórtices (rompe-vórtices): son colocados en las boquillas

de salida de líquido con la finalidad de prevenir la formación de remolinos y la penetración del gas a través de los mismos (por ejemplo: en la succión de un bomba). Los tipos de rompe-vórtices y los criterios de diseño de los mismos son mostrados en la Sección 10.4.3.

B) Instrumentos de control de líquido: los separadores podrían estar

provistos con uno o más controladores de nivel. En los bifásicos, usualmente un controlador en la sección de acumulación de líquido activa una válvula de descarga para mantener los requerimientos de nivel exigidos. En los separadores trifásicos, un controlador de nivel normal y un controlador de interface pueden ser empleados en conjunción con deflectores, botas o compartimientos para mantener los niveles necesarios; igualmente, pueden ser añadidos visores para contribuir en el control manual y en la supervisión del proceso. Para las conexiones de instrumentos con el recipiente se requieren boquillas cuyo diámetro mínimo es de 2 in (50 mm).

C) Sistemas de alivio y venteo: están formados por medidores de presión en

el recipiente, válvulas de seguridad, boquillas para venteo y sus respectivos sistemas de líneas. Estos sistemas se encargan de enviar el gas contenido en el recipiente a sistemas recolectores para descargarlo fuera del equipo, durante emergencias (ej. un incendio). Todos los tipos de separadores son provistos con servicios protectores de sobre presión de acuerdo a los requerimientos del código ASME [1] o las especificaciones del Cliente.

D) Drenajes: son empleados para descargar grandes cantidades de líquido

contenido en el recipiente en caso de emergencias, o bien sólidos acumulados en el fondo del separador.

INEDON




E) Eliminadores de ondas: se emplean en separadores horizontales de gran

longitud, en los cuales las oscilaciones en el nivel de líquido afectan en gran proporción el volumen del mismo y por lo tanto la eficiencia del proceso. Consisten en deflectores (Figura 18) colocados en la interface gas-líquido en posición perpendicular al flujo de gas.

Figura 18. Deflectores de ondas. F) Bocas de visita, pasa hombres o entrada hombre (manholes, manways):

son utilizadas para supervisión, mantenimiento del recipiente y posibles reparaciones en caso de fallas. Son colocadas a un lado del separador, aunque en separadores verticales se agregan algunas a diversas alturas del mismo y en ocasiones incluso en el tope del recipiente. Por lo general, son circulares y con la implementación de agarraderos para facilitar la inspección.

G) Bocas de manipulación manual (handholes): se utilizan con la finalidad de

operar cualquier elemento dentro del recipiente directamente por el personal.

También se recomienda dotar al recipiente de boquillas para servicios diversos (utility connections), ejemplo para la inyección de agua de servicio o de vapor de agua. El conjunto de las secciones y los accesorios que conforman al separador se presentan en la Figura 16 y Figura 17, para separadores verticales y horizontales bifásicos, respectivamente.

Deflector

INEDON




10.3. Dimensionamiento de los Separadores Gas-Líquido

10.3.1. Consideraciones Básicas

El dimensionamiento de un separador se realiza conociendo una serie de parámetros, criterios y consideraciones relacionadas con la teoría utilizada para la realización de los cálculos y con la experiencia operacional de los separadores.

10.3.1.1. Diámetro de la Partícula de Líquido La eficiencia de cualquier tipo de separador depende principalmente del diámetro de la partícula de líquido. Este término usualmente es referido como el diámetro promedio o equivalente de gotas líquidas presentes en la corriente de gas. Para su determinación, se requiere en principio de un muestreo del gas a estudiar, para luego llevar a cabo un análisis experimental con la finalidad de obtener la distribución y el tamaño de las partículas. Sin embargo, muchos de los métodos empleados para partículas sólidas resultan inexactos para partículas líquidas [18], por lo que existen muy pocas técnicas que permitan estimar el diámetro de las gotas necesario para el dimensionamiento del separador. Como guía preliminar, puede obtenerse un estimado de los rangos característicos del diámetro de partícula producido por diferentes mecanismos; en el Cuadro 3 se muestran estos intervalos.

Cuadro 3. Diámetros de partículas producidos por diversos mecanismos ([18], [2], [16]).

Mecanismo o proceso Diámetro de la partícula [µm]

Condensación por reacción química 0,1 a 1,0

Procesos de condensación con niebla 0,1 a 30

Evaporación en una superficie 5 a 800

Flujo anular en dos fases en la tubería del ducto 10 a 2000

Columnas de platos o lechos empacados 8 a 700

Sistemas de aspersión 30 a 1000 Debido a los problemas de medición para el tamaño de las gotas y a que con frecuencia el Cliente o la Disciplina de Procesos no dispone de datos experimentales, los cálculos son realizados bajo suposiciones empíricas,

INEDON




fijando el diámetro de partícula que se desea retener para conseguir un buen funcionamiento de los equipos aguas abajo del separador.

Cuadro 4. Diámetros de partículas para retención [7].

Función del equipo Diámetro de la partícula para retención

Depurador en la succión de compresores y a la entrada de expansores o turbinas. de 8 µm a 10 µm

Separador de gas combustible Separador gas-agua

de 10 µm a 40 µm

Suministro de líquido a: - una columna, - otro separador, - un horno. Tambor de reflujo. Separador entre unidades de alta y baja presión (flash drum)

de 150 µm a 300 µm

KO Drum de 400 µm a 500 µm

10.3.2. Selección del Separador Los separadores bifásicos pueden emplear tres configuraciones: verticales, horizontales y esféricos. Cada tipo presenta ventajas específicas, y la selección generalmente está basada en los resultados requeridos y las consideraciones económicas. Los separadores de tipo esférico, por ejemplo, ofrecen un arreglo económico y compacto capaz de trabajar a grandes presiones, sin embargo debido a su limitada capacidad de líquido y dificultades para su fabricación, constituyen una configuración poco utilizada en la industria. Los separadores verticales y horizontales son los empleados frecuentemente debido a sus ventajas operacionales y bajo costo. Una comparación preliminar entre ambos, requerida al momento de su selección, es mostrada en el Cuadro 5. Por otra parte, basado en la experiencia, las aplicaciones típicas para los separadores verticales son [13]: • Separadores a la succión de compresores y entre etapas de compresión

(suction scrubber).

INEDON




• Separadores aguas arriba de hornos. • Tambores de vaporización (flash drums). • Tambores para tratamiento de gas combustible. Para los separadores horizontales, los servicios típicos son los siguientes [13]: • Separadores de gas-agua. • KO Drums. • Tambores de reflujo. • Tambores de vapor para servicios de calderas (steam drums). • Receptores de baches de líquido (slug catchers).

Cuadro 5. Comparación entre separadores verticales y horizontales.

Verticales Horizontales

Se usan generalmente para corrientes con altas relaciones gas-líquido.

Se emplean para corrientes con baja o media relación gas-líquido.

La eficiencia de separación es menor, ya que la separación de las gotas ocurre en un régimen de flujo en contracorriente.

La separación de las gotas ocurre en un régimen de corrientes cruzadas, lo que genera mayor eficiencia de separación.

Para una determinada separación, requieren de mayores diámetros.

Por lo general, necesitan menores diámetros.

Presentan mayor capacidad de operación con grandes oscilaciones de líquido (oleadas) sin afectar la eficiencia del proceso.

Son muy sensibles a cambios bruscos en el nivel de líquido, pudiendo trabajar con pocas oscilaciones del mismo sin que se afecte la eficiencia del proceso.

Requieren pocas exigencias para el control de nivel del líquido.

El control de nivel del líquido es un factor crítico en el proceso.

Pueden manejar cantidades aceptables de sólidos con un solo sistema de drenaje.

Manejan cantidades limitadas de sólidos con la adición de numerosos ductos de drenaje para evitar

INEDON




Cuadro 5. Comparación entre separadores verticales y horizontales.

Verticales Horizontales deposición.

No son aptos para líquidos que requieren una gran superficie para desgasificar.

Aptos para líquidos operables con grandes superficies desgasificantes (por ejemplo: un flash drum para servicio de aminas).

No son recomendables para corrientes espumantes.

Aptos para sistemas con superficie espumante.

Ocupan menos espacio, por lo que se recomiendan para operaciones en plataformas.

Ocupan mayor espacio, aunque se recomiendan cuando hay limitaciones de altura.

Presentan problemas de mantenimiento y supervisión debido a sus alturas.

Presentan mayor facilidad para trabajos de mantenimiento y supervisión.

Por lo general, presentan un costo mayor.

Menor costo.

Con ayuda del Cuadro 5 y los servicios típicos nombrados anteriormente, se lleva a cabo la selección del tipo de configuración para el separador. Posteriormente, se determina si se requiere extractor de niebla (mist extractor), lo cual está en función del servicio del separador, los requerimientos de proceso de los equipos aguas abajo del mismo, y la posibilidad de disminuir el tamaño del recipiente gracias a la mayores velocidades de gas permitidas. Por lo general, se considera que para la remoción de partículas menores a 150 μm o para obtener una cantidad de líquido menor a 0,1 gal/MMPCS en la salida de gas [12], se emplean extractores de neblina. Sin embargo, cualquiera sea el tipo de extractor utilizado, en determinadas circunstancias éstos podrían presentar problemas o ser insuficientes para el grado de separación requerido, siendo necesaria la utilización de otros elementos especiales. Ejemplos: A) Ciclón:

Elemento que emplea la fuerza centrífuga para separar líquidos y sólidos del gas (Figura 19). Son utilizados cuando se espera una gran cantidad de sólidos presentes en la corriente de entrada o para presiones de operación muy altas (mayores a 1100 psig [75,8 barg]), aunque tienen la

INEDON




desventaja que presentan grandes pérdidas de presión y una eficiencia de remoción bastante baja de partículas líquidas cercanas a los 10 µm.

B) Cartuchos de filtrado: Son empleados para operar con grandes cantidades de sólidos y obtener una alta eficiencia de remoción de partículas líquidas (100 % de partículas mayores de 8 µm) y sólidas (99 % de partículas mayores de 10 µm). Los separadores están formados por una sección de filtración (Figura 19), una sección de asentamiento gravitatorio, una sección de extractores y una sección adicional de recolección de líquido en la parte inferior del recipiente. Por lo general, los cartuchos de filtrado son sustituidos cuando una pérdida de presión de 10 psi (0,7 bar) es observada, y se sugiere un valor de 25 psi (1,7 bar) como pérdida de presión máxima permitida [10]. Tienen la desventaja que presentan alto costo y requieren de mantenimientos frecuentes.

Figura 19. Separadores con (a) ciclón en la entrada; (b) con cartuchos de filtrado.

Entrada

Salida del gas

Salida del líquido

Entrada

Salida del gas

Salida del líquido

Salida del líquido

(a) (b)

Ciclón

Cartuchos de filtrado

Bandeja de recolección de líquido

INEDON




C) Otros equipos:

Cuando se requieren muy altas eficiencias de separación (como la remoción de partículas menores de un micrómetro) se sugieren equipos como lavadores tipo Venturi y precipitadores electrostáticos. Éstos constituyen equipos similares a los separadores normales gas-líquido con la adición de un elemento externo para favorecer la separación, que puede ser el empleo de un líquido limpiante que se pone en contacto con el gas para arrastrar las partículas líquidas o bien la adición de cargas electrostáticas, respectivamente. La principal desventaja de estos equipos es su elevado costo y las dificultades presentadas en su fabricación.

El dimensionamiento de los separadores con los elementos descritosanteriormente, por lo general se reserva a los fabricantes, debido a queel dimensionamiento está basado en consideraciones empíricas y laausencia de ecuaciones estándares que describan el comportamiento delos fluidos dentro de los mismos.

10.3.2.1. Extractores de Niebla

Existen dos tipos de extractores de niebla ampliamente utilizados en la industria: la malla de alambre tejido (wire mesh) y los canales o laberintos (vanes). El funcionamiento de los mismos se presenta en la Sección 10.4.2. Las principales características de cada uno se describen a continuación: A) Extractores tipo malla (Figura 20):

Están formados por un arreglo de filamentos o alambres tejidos con un diámetro de 0,006 in (150 µm) a 0,011 in (280 µm), de tal manera que el gas fluye alrededor de los alambres ocasionando que las partículas líquidas choquen (impacto inercial), se adhieran por tensión superficial, se lleve a cabo la coalescencia de las gotas y se formen partículas más grandes y más pesadas que eventualmente caen por gravedad. En la Figura 21 se muestra como las pequeñas partículas de líquido se separan de la corriente de gas como consecuencia de atravesar un extractor de malla de alambre.

INEDON




Figura 20. Extractor de neblina tipo malla [20].

Figura 21. Remoción de las partículas líquidas con un extractor de neblina tipo malla (adaptado de [3]).

Las gotas más pequeñas fluyen con el gas alrededor del alambre

El gas fluyealrededor del

alambre

Alambre (metal,

plástico o vidrio)

Las gotas capturadas se unen y caen hacia el fondo del separador

Las gotas más grandes chocan contra el alambre y se adhieren a este.

INEDON




La eficiencia de remoción depende de: • El diámetro de partícula de retención.

• La velocidad del gas.

• La diferencia de densidades entre el líquido y el gas.

• Las viscosidades de los fluidos.

• La tensión superficial del líquido.

• La carga de líquido presente en el gas. La velocidad del gas a través del extractor es uno de los factores más importantes en el diseño, ya que si se opera a muy bajas velocidades sólo las partículas muy grandes chocan con los filamentos, mientras que las más pequeñas fluyen alrededor de los mismos con el gas y no son extraídas. A muy altas velocidades sin embargo, las partículas adheridas a los filamentos podrían ser arrastradas de nuevo por la corriente de gas ocasionando efectos todavía más perjudiciales. La malla puede estar dispuesta en posición vertical u horizontal en el separador (Figura 22), aunque se ha encontrado que la orientación vertical es menos eficiente [10]. Estos tipos de extractores por lo general, presentan alta eficiencia de remoción de partículas cercanas a los 10 µm de diámetro, poca pérdida de presión (alrededor de 1 in (25 mm) de agua) y capacidad de operación con cargas de líquido de hasta 1 gal/(min·ft2) [2]. Entre sus desventajas se encuentran: alta factibilidad del taponamiento con sólidos (como ceras y residuos), problemas de corrosión con sustancias líquidas tales como ácidos (debido a los pequeños diámetros de los filamentos), y disminución en la eficiencia de separación trabajando con líquidos muy viscosos, presencia de espuma y presiones de operación superiores a 1100 psig (75,8 barg).

INEDON




Figura 22. Configuración de los separadores: (a) vertical con extractor horizontal, (b) vertical con extractor vertical, (c) horizontal con extractor vertical, (d) horizontal con extractor horizontal (adaptado de [2]).

Vertical con extractor horizontal

(flujo vertical de gas)

Línea de drenajecon sello de líquido

Flujo del gas

Vertical con extractor vertical (flujo horizontal de gas)

Horizontal con extractor vertical(flujo horizontal de gas)

Horizontal con extractor horizontal(flujo vertical de gas)

Soporte

INEDON




B) Extractores con vanes (Figura 23):

Consisten en canales que separan partículas del gas, basándose al igual que los extractores tipo malla en el mecanismo de impacto inercial. El gas pasa a través de un camino con constantes variaciones de dirección, ocasionando que las partículas líquidas debido a su mayor momento tiendan a desplazarse en líneas rectas, choquen con la superficie del extractor, se adhieran y sean transportadas posteriormente a la sección de recolección de líquido a través de un sistema de drenaje (downcomer). En la Figura 24 se muestra el mecanismo de separación de las partículas líquidas a través de un extractor con vanes.

Figura 23. Extractor de neblina tipo vanes [20]. La eficiencia de remoción depende de los mismos factores que para los extractores tipo malla, así como los requerimientos para la velocidad del gas. Sin embargo, en el caso de las vanes es posible operar con mayores velocidades de gas sin que ocurra nuevo arrastre de las partículas, debido a la mayor eficiencia en el sistema de drenaje. El banco de vanes puede trabajar en configuración vertical u horizontal (Figura 22), aunque por lo general es más eficiente el tipo vertical. Las ventajas de este tipo de extractor sobre el tipo malla son: posibilidad de operar con moderadas cantidades de sólido sin que ocurra taponamiento, mayor capacidad para cargas líquidas (hasta 2 gal/(min·ft2)) [2], mayor eficiencia de operación con líquidos muy viscosos y moderados sistemas espumantes, mínima pérdida de presión (alrededor de 15 mm de agua, relevante en servicios de vacío), menores problemas de corrosión, y oportunidad de disminuir el diámetro del recipiente aun más debido a las mayores velocidades permitidas del gas. Su principal desventaja es su mayor costo y su menor eficiencia (por lo general 100 % de las partículas cercanas a 40 µm). Sin embargo, la eficiencia puede aumentarse con la

INEDON




adición de bolsillos o ganchos en las paredes de las venas para favorecer la extracción de las partículas líquidas. En la Figura 25 se muestran ejemplos de todos los tipos de vanes.

Figura 24. Remoción de las partículas líquidas con un extractor de neblina con vanes (adaptado de [3]).

Figura 25. Tipos de vanes.

Sin bolsillos

Con bolsillos simples

Con bolsillos dobles

Flujo

El gas y las partículas delíquido son obligadas a

cambiar de direcciónvarias veces al atravesarlos canales del extractor

El momento de las gotasmás grandes las mantiene

viajando en direcciónrecta chocando y

adhiriéndose al extractor

Las gotas atrapadas se unen hasta formar

gotas suficientementegrandes para caer

INEDON




En ocasiones, cuando se desean altas eficiencias de separación y la carga de líquido es un factor crítico en la especificación, pueden emplearse modelos especiales como son mallas con filamentos más finos, mallas con avanzados sistemas de drenaje, o bien un arreglo de malla y vanes, donde la malla opera en condiciones de inundación de líquido, actuando como elemento coalescedor de las partículas más grandes que luego son eliminadas por las venas. El Cuadro 6 muestra una comparación de tamaños y otras variables en separadores gas-líquido: A) Separador vertical.

a) Sin extractor de niebla:

• Se requiere un diámetro mayor para obtener una menor velocidad del gas.

• El tamaño de las partículas para retención es mayor. b) Con extractor de niebla tipo malla y vanes:

• Se requiere un diámetro menor porque el extractor permite una velocidad mayor del gas.

• Se requiere una altura total mayor para ubicar del extractor.

• El tamaño de las partículas para retención es menor.

• La pérdida de presión es menor para el extractor tipo vanes. B) Separador horizontal.

a) Sin extractor de niebla:

• Se requiere un menor diámetro y longitud porque no es existe ub requerimiento adicional para la instalación del extractor.

• El tamaño de las partículas para retención es mayor.

INEDON




b) Con extractor de niebla tipo malla y vanes:

• Se requieren un diámetro mayor y longitud para la instalación del extractor.

• El tamaño de las partículas para retención es menor.

• La pérdida de presión es menor para el extractor tipo vanes.

Cuadro 6. Comparación de separadores gas-líquido sin extractor de niebla, y con extractores tipo malla y vanes.

Tipo de separador Sin extractor

Con extractor Tipo malla Tipo vanes

Vertical Diámetro [mm] 1067 762 762

Altura (TL/TL) [mm] 2667 3429 3429

Pérdida de presión [in H2O] --- 0,117 0,015

Retención de partículas [µm] > 150 > 10 > 40

Horizontal Diámetro [mm] 1219 1676 1676

Longitud (TL/TL) [mm] 3353 4267 4267

Pérdida de presión [in H2O] --- 0,825 0,002

Retención de partículas [µm] > 150 > 10 > 40

10.3.2.2. Volumen Retenido de Líquido El volumen de líquido dentro del separador depende del tiempo de residencia o retención de líquido y del caudal del mismo, de acuerdo a la siguiente relación [10]:

rLL tQV ⋅= Ec. 1 El valor del tiempo de residencia es una función de los requerimientos de control o emergencia, y de condiciones del proceso como pueden ser el servicio del separador y los equipos presentes aguas abajo del mismo. En el Cuadro 7 se presenta una guía de los tiempos de residencia para consideración en algunos servicios específicos.

INEDON




Cuadro 7. Tiempos de residencia sugeridos para distintos servicios y entre los

distintos niveles de operación, [23] y [21].

Servicio del Separador Tiempo de residencia [min]

Suministro de líquido a una columna 5 (LLL-NLL) 3 (NLL-HLL)

Suministro de líquido a otro separador (o tanque) con bomba o a través de un intercambiador

5 (LLL-NLL) 2 (NLL-HLL)

Suministro de líquido a otro separador (o tanque) sin bomba


Suministro de líquido a un horno 10 (LLL-NLL) 3 (NLL-HLL)

Tambor de reflujo 3 (LLL-NLL) 2 (NLL-HLL)

Tambor de reflujo con acumulación de producto, cuyo tope alimenta a otra columna


Tambor de reflujo con acumulación de producto, cuyo tope alimenta a otro separador (o tanque) con bomba


Tambor de reflujo con acumulación de producto, cuyo tope alimenta a otro separador (o tanque) sin bomba


Tambor de reflujo con acumulación de producto, cuyo tope alimenta a otro separador (o tanque) pasado por intercambiador


Tambores de succión de compresores o entre etapas de compresión, y a la entrada de expansores o turbinas


3 (HLL-HHLL)

KO Drums 20 (LLL-NLL) 10 (NLL-HLL)

Separadores de gas combustible 2 (LLL-NLL) 3 (NLL-HLL)

Separadores de gas-agua 3 (LLL-NLL) 9 (NLL-HLL)

Separador entre unidades de alta presión y baja presión (Flash drum)


INEDON




Sin embargo, estos tiempos pueden modificarse de acuerdo a requerimientos especiales como pueden ser los siguientes: • Para recipientes con control manual, se sugiere un tiempo de 5 min a

7 min, tanto entre el nivel normal (NLL) y el bajo (LLL) como entre el nivel normal y el alto (HLL), de manera de proporcionar suficiente tiempo al operador para controlar el proceso.

• Cuando no se desea retener volúmenes de líquido dentro del recipiente o

bien las cantidades del mismo son muy pequeñas, considerarse al menos el volumen retenido para una altura de 12 in (300 mm) entre el LLL y el NLL y una altura de 6 in (150 mm) entre el NLL y el HLL, sugeridas como mínimas de acuerdo a criterios de control.

• Si se desea considerar niveles adicionales de control como nivel de

emergencia (HHLL) o nivel muy bajo (LLLL), se sugieren tiempos de residencia entre 0,5 min y 3 min a partir del nivel alto y el bajo respectivamente.

• Cuando se espera la presencia de espuma en el líquido de operación, se

añade un tiempo adicional de residencia para favorecer la separación gas-líquido que por lo general oscila entre 2 min y 5 min.

10.3.2.3. Velocidad Terminal de las Partículas

En la sección de separación secundaria o de asentamiento gravitatorio, las partículas líquidas dispersas en la fase de gas son sometidas a distintas fuerzas como es mostrado en la Figura 15.

c

GPDD g

uACF2

2ρ= Ec. 2

c

LLG g

gVF ρ= Ec. 3

c

LGF g

gVF ρ= Ec. 4

De esta manera, apenas la partícula comienza su descenso por la sección, acelera hasta que estas tres fuerzas se equilibran, después de lo cual continúa

INEDON




cayendo a una velocidad constante conocida como velocidad terminal o de asentamiento libre (ut). Igualando las Ec. 2, Ec. 3 y Ec. 4, y asumiendo partículas rígidas esféricas se tiene:

( )DG

GLPt C

gDuρ

ρρ3

4 −= Ec. 5

Para la determinación de la velocidad terminal, se observa de la Ec. 5 que se requiere conocer el coeficiente de arrastre (CD), el cual es función de la forma de la partícula que en este caso es esférica y el Número de Reynolds. De acuerdo al régimen de flujo, el coeficiente se calcula según las siguientes Leyes [10]: Ley de Stokes CD = 24 Re-1 0 < Re ≤ 2 Ec. 6

Ley Intermedia CD = 18,5 Re-0,6 2 < Re ≤ 500 Ec. 7

Ley de Newton CD = 0,44 500 < Re ≤ 200000 Ec. 8 Donde:

G

GtpuDμ

ρ1488Re = Ec. 9

El factor 1488 es debido a que todas las variables se ingresan en unidades inglesas, excepto por la viscosidad que se ingresa en centi Poise; es decir 1488 cP equivalen a 1 lb/(ft·s). Para evitar el método de tanteo en la obtención de la velocidad terminal, se opera con las Ec. 5 y Ec. 9 hasta obtener la relación:

( ) ( )2

382 1095,0

ReG

GLpGD

DC

μ

ρρρ −⋅= Ec. 10

Considerando los casos bordes (Re = 2 y Re = 500) se evalúan los valores límites de CDRe2 entre cada Ley, siendo éstos 48,82 y 110 000 respectivamente, para determinar el régimen que rige el movimiento de la partícula, calcular el coeficiente de arrastre y luego la velocidad terminal.

INEDON




Para el movimiento de burbujas de gas a través de líquidos, se aplican las mismas consideraciones que para partículas líquidas. La diferencia está en que se asume que la velocidad es mucho menor y el movimiento se lleva a cabo en régimen laminar (Ley de Stokes), quedando la velocidad terminal de la manera siguiente:

( )L

GLpt

gDu

μρρ

181488 2 −

= Ec. 11

Donde Dp es ahora el diámetro de las burbujas de gas. Aunque en el dimensionamiento de los separadores considera la separación de las burbujas de gas presentes en el líquido, por lo general este factor no es determinante a menos que muy altas viscosidades de líquido estén presentes, siendo mucho más crítica la separación de las gotas presentes en la fase de gas.

10.3.2.4. Velocidad Crítica del Gas La velocidad crítica se define como la velocidad de gas máxima que puede alcanzarse dentro del separador, tal que no ocurra arrastre de las partículas líquidas. Para el dimensionamiento, se asegura que el área para el flujo de gas permita operar a velocidades menores a la crítica, para obtener un buen funcionamiento del equipo. En el caso de separadores verticales sin extractor de niebla, la velocidad del gas es menor que la velocidad terminal de las gotas para que no ocurra un nuevo arrastre de las mismas; por lo general se considera aceptable entre el 75 % y el 100 % de la velocidad de terminal o de asentamiento. Para los demás casos, cuando la velocidad máxima está determinada por la eficiencia de separación a través del extractor (como en los separadores verticales con extractor), o en los separadores horizontales, donde el flujo de gas no se opone directamente al movimiento de las partículas y por lo tanto la relación permitida entre las velocidades de las gotas y del gas no es fácil de obtener, se emplea la correlación empírica propuesta por Souders y Brown [19] basada en la Ec. 5:

G

GLc Ku

ρρρ −

= Ec. 12

El factor K es un parámetro empírico que involucra todos los elementos que afectan la separación además de las densidades, como son: presencia de

INEDON




espuma, de sólidos, viscosidades de las dos fases, tensión superficial, presión de operación, grado de separación requerido, relación gas-líquido, etc. Una recopilación de distintos criterios sugeridos para este factor es mostrada en el Cuadro 8, considerando sólo separadores con extractores de niebla. Posteriormente, se muestran correcciones sugeridas por la Referencia [12] de acuerdo a la longitud del separador, presión de operación y diversos servicios específicos.

Cuadro 8. Valores sugeridos para el parámetro K [= ft/s]. Referencia

Separador GPSA [12] API [4] PDVSA [17]

ACS Industries

[2]

Vertical con extractor tipo

malla 0,18 a 0,35

0,12 a 0,24 para alturas hasta de

5 ft (1,5 m)

0,18 a 0,35 para alturas de 10 ft

(3 m) y mayores

0,35 para WL/WG < 0,1

0,25 para

0,1 < WL/WG < 1

0,20 para WL/WG > 1

0,15 a 0,32 con P para 1 a 10 psia (0,07 a 0,7

bara)

0,35 para P entre 10 y 100 psia

(0,7 a 7 bara)

0,27 a 0,32

para P entre 10 y 1000 psia

(0,7 a 70 bara)

Horizontal con extractor

tipo malla 0,40 a 0,50

0,40 a 0,50 para longitudes

menores a 10 ft (3 m)

0,40 a 0,50 x

(L/10) 0,56 para longitudes

mayores de 10 ft (3 m)

0,40 para 2,5 < L/D < 4,.0

0,50 para 4,0 < L/D < 6,0

Venas (flujo vertical) 0,50

Venas (flujo horizontal) 0,65

Las correcciones sugeridas por la Referencia [12] son las siguientes: • Separadores sin extractor de niebla, divida el parámetro K entre 2.

INEDON




• Operaciones con glicol y soluciones de aminas, multiplique K por un factor de 0,6 a 0,8.

• Separadores a la succión de compresores y a la entrada de expansores,

multiplique K por un factor de 0,7 a 0,8. • Evaporadores de hidróxido de sodio o cloruro de sodio, considere

K = 0,15. • Operaciones con vapor de agua como los separadores en calderas (steam

drums), considere K = 0,25. • Separadores horizontales iguales o mayores a 10 ft (3 m) de largo, utilice

el mismo factor de corrección que API, es decir, multiplicar K por (L/10)0,56.

• Operaciones en condiciones de vacío, considere K = 0,20. • Presiones de operación superiores a la atmosférica, se sugiere corregir el

parámetro K de acuerdo a los siguientes porcentajes del valor de diseño:

150 psia (10,3 bara) a 90 % 300 psia (20,7 bara) a 85 % 600 psia (41,4 bara) a 80 % 1150 psia (79,3 bara) a 75 %

También puede emplearse la siguiente correlación que ajusta los datos anteriores:

% de ajuste = 116,37 – 5,656 ln(P + 14,7 psi) Ec. 13

10.3.2.5. Casos Especiales Entre los posibles servicios y condiciones especiales que pueden presentarse en el dimensionamiento de un separador gas-líquido se encuentran: • Separadores ubicados en el interior de otro equipo de procesos, como

servicios en evaporadores y calderas, se considera el equipo en el que

INEDON




operen, por lo que su dimensionamiento es realizado con asesoría de los fabricantes.

• KO Drums (los cuales por lo general son horizontales y sin extractor),

cuando se requieren diámetros mayores a 12 ft (3,6 m) debido a la velocidad crítica del gas, puede emplearse un arreglo de dos salidas laterales ubicadas a los extremos del separador con la entrada dispuesta en la parte central del mismo, con la finalidad de reducir el diámetro.

Figura 26. KO Drum con dos boquillas de salida y una central para la entrada. • Operaciones que pueden presentar espuma, pueden ser empleados

platos paralelos, deflectores, equipos centrífugos, solventes químicos o equipos que proporcionen calor, con la finalidad de eliminarla. También puede aumentarse el volumen del separador en un tercio o bien incrementar el tiempo de residencia de líquido. De igual manera, han sido desarrolladas correlaciones empíricas para corregir el diámetro del separador para operaciones con líquidos espumantes. La presencia de espuma puede ocasionar dificultades en el control del proceso, ocupa gran cantidad de volumen en la sección de recolección de líquido disminuyendo el tiempo de residencia previsto para el mismo, y dificulta la separación de las burbujas de gas de la fase líquida. Como guía general, en servicios con hidrocarburos se espera presencia de espuma bajo las siguientes condiciones: relación gas-líquido menor a 2000 SCF/BBL,

División del flujo de entrada

Sección dimensionada con la mitad del flujo de gas

Sección dimensionada con la mitad del flujo de gas

INEDON




densidad del líquido menor a 40 °API y temperatura de operación menor a 160 °F (71 °C) [12].

10.3.3. Procedimiento de Cálculo

El dimensionamiento de los separadores gas-líquido, necesita conocer la presión de operación, la temperatura de operación, los flujos de líquido y gas, las propiedades físicas de cada fase (densidad y viscosidad), el grado de separación requerido (diámetro de partícula que se desea retener), el servicio del separador o los equipos presentes aguas abajo del mismo (para estimar el tiempo de residencia de líquido y los distintos niveles), y posibles problemas de operación como la presencia de sólidos, espuma, etc. La Figura 27 y Figura 28 muestran un resumen de los pasos requeridos para el dimensionamiento de los separadores gas-líquido verticales y horizontales, respectivamente. En el caso de una evaluación del separador, véase la Sección 10.8.

Figura 27. Resumen de los pasos para el dimensionamiento de un separador vertical.

Determinación de la velocidad crítica del gas

Sin extractor de niebla Con extractor de niebla

1

1a 1b

Determinación del diámetro del separador 2

Determinación de la altura del separador 3

Especificación de los internos y elementos auxiliares 4

INEDON




Figura 28. Resumen de los pasos para el dimensionamiento de un separador horizontal.

Determinación de la velocidad terminal de las gotas

Sin extractor de niebla Con extractor de niebla

1

1a 1b

Determinación del diámetro inicial separador 2

Determinación de la longitud requerida para el almacenamiento del líquido

3

Determinación de la longitud requerida para la separación gas-líquido

4

Determinación de la longitud del separador 5

Verificaciones del dimensionamiento 6

Optimización con el peso del recipiente 7

Especificación de los internos y elementos auxiliares 8

INEDON




10.3.4. Dimensionamiento de los Separadores Verticales

Las distancias requeridas para los separadores verticales con o sin extractor de niebla son mostradas en la Figura 29.

Figura 29. Separadores verticales: (a) con extractor, (b) sin extractor. El método de cálculo para separadores verticales bifásicos, se describe a continuación: 1) Determinación de la velocidad crítica del gas 1.A) Sin extractor de niebla. 1.A.1) Determine el diámetro de las partículas que se desea retener de acuerdo

a los criterios mostrados en la Sección 10.3.1.1.

Ht

TL

TL

Entrada

Salida del gas

LLLL

HLIN

HLLLL

HD

tDHF

LLL HLLL

NLL

HNLL

HLL

HHLL

HHLL

HHHLL

TL

TL

LLLL

HLIN

HLLLL

HD

LLL HLLL

NLL

HNLL

HLL HHLL

HHLL HHHLL

(a) (b)

HC HC

Salida del gas

Salida del líquido Salida del líquido

D D

Entrada

INEDON




1.A.2) Calcule el factor CDRe2:

( ) ( )2

382 1095,0

ReG

GLpGD

DC

μ

ρρρ −⋅= Ec. 14

1.A.3) Calcule el coeficiente de arrastre CD a través de los siguientes criterios

(provenientes de rearreglos en las Ec. 6, Ec. 7 y Ec. 8): CDRe2 < 48,82 CD = 576 (CDRe 2)-1

48,82 ≤ CDRe2 < 110000 CD = 64,6 (CDRe 2)-0,43

CD Re2 ≥ 110000 CD = 0,44

1.A.4) Calcule ut:

( )DG

GLPt C

gDuρ

ρρ3

4 −= Ec. 15

1.A.5) Use uc = 0,75·ut para un dimensionamiento conservador. 1.B) Con extractor de niebla. 1.B.1) Seleccione el valor del parámetro K de acuerdo al Cuadro 8. Por lo

general, resulta adecuado un valor de 0,35 con las correcciones propuestas por la Referencia [12].

1.B.2) Calcule uc:

G

GLc Ku

ρρρ −

= Ec. 16

2) Determinación del diámetro del separador 2.1) Calcule el diámetro interno requerido:

5,0

4

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

c

G

uQD

π Ec. 17

INEDON




2.2) Por lo general, los diámetros menores de 2 ft (0,6 m) no son

recomendables ya que presentan problemas de construcción, de mantenimiento y de operación (principalmente si se usan internos como deflectores y extractores).

2.3) Aproxime el valor del diámetro al siguiente múltiplo de 6 in (150 mm),

que por lo general corresponde a las medidas estándar.

Verifique con la Disciplina de Ingeniería Mecánica si ese estándares apropiado, el aumento a un múltiplo de 6 in (150 mm) puedeser evitado, si el separador se construye de planchas de metal cortadas según la solicitud el comprador.

2.4) Verifique que el diámetro del separador evita que la velocidad de líquido

sea tal que el arrastre de las burbujas de gas se lleve a cabo. Para ello, se considera que si se retiran burbujas mayores de 200 µm, el arrastre es despreciable. Empleando la Ley de Stokes para la velocidad de ascenso de las burbujas (Ec. 11), se obtiene que el diámetro del separador cumpla con la siguiente ecuación:

GL

LLQDρρμ−

≥ 553,0 Ec. 18

2.5) Si se espera presencia de espuma dentro del separador, la siguiente

correlación empírica es utilizada para verificar el diámetro:

1405022540

,,, ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⋅≥GL

LLQD

ρρμ Ec. 19

3) Determinación de la altura del separador 3.1) Determine la distancia mínima entre la línea tangente inferior y el nivel

bajo – bajo de líquido (LLLL) de acuerdo a los siguientes criterios [21]:

P < 300 psia (20,7 bara) y D ≤ 8 ft (2,4 m) HLLLL = 1,25 ft (380 mm) P < 300 psia (20,7 bara) y D > 8 ft (2,4 m) HLLLL = 0,5 ft (150 mm) P ≥ 300 psia (20,7 bara) HLLLL = 0,5 ft (150 mm)

INEDON




Verifique también que el nivel bajo de líquido evite la formación de burbujas de gas en la salida de líquido debido a la pérdida de presión en la boquilla. De esta manera, se cumple [11]:

guHH L

CLLLL 278,1

2≥+ Ec. 20

La velocidad de líquido a través de la boquilla (uL) se calcula de la siguiente manera:

2

124

3600

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅

=l

L

Ld

Q

uπ

Ec. 21

El diámetro de la boquilla de salida de líquido (dl) es calculado según se muestra en la Sección 10.4.1.2. La altura del casquete (HC) puede estimarse igual a D/4 (para el caso de casquetes elipsoidales 2:1) o bien tomarse igual a cero para hacer el dimensionamiento más conservador. Para HLLL, use como distancia mínima 0,5 ft (150 mm) entre el LLLL y el LLL.

3.2) Seleccione los tiempos de residencia de líquido entre los siguientes

niveles con ayuda del Cuadro 7 y sus posibles modificaciones:

• la línea de tangente inferior y el nivel muy bajo de líquido (tLLLL),

• nivel muy bajo y el bajo (tLLL),

• nivel bajo y el normal (tNLL),

• nivel normal y el alto (tHLL) y

• nivel alto y muy alto (tHHLL).

Luego, calcule estas distancias de acuerdo a las siguientes ecuaciones derivadas de la Ec. 1:

INEDON




2

4

60D

QtH

LLLL

LLL π

⋅= Ec. 22

2

4

60D

QtH

LNLL

NLL π

⋅= Ec. 23

2

4

60D

QtH

LHLL

HLL π

⋅= Ec. 24

2

4

60D

QtH

LHHLL

HHLL π

⋅= Ec. 25

Use como valores mínimos: • HLLL = 0,5 ft (150 mm),

• HNLL = 1 ft (305 mm),

• HHLL = 0,5 ft (150 mm) y

• HHHLL = 0,5 ft (150 mm).

3.3) Seleccione el tipo de entrada requerido en el separador como sección de

separación primaria, de acuerdo a los criterios presentados en la Sección 10.4.1.1. Luego, determine el diámetro de la boquilla de entrada (di) según se muestra en la Sección 10.4.1.2 y calcule la altura entre la línea central de ésta y el nivel más alto de líquido (HLIN), de acuerdo al siguiente criterio:

243,0 i

LINdDH += Ec. 26

INEDON




Use como valores mínimos [21]: HLIN = 1 + di/12 (con deflector o codo de 90º) HLIN = 1+ di/24 (con distribuidor)

3.4) Determine la distancia para la separación gas-líquido de acuerdo a los

siguientes criterios: Sin extractor de niebla: HD = D + di/24 Ec. 27

Con extractor de niebla: HD = 0,5D + di/24 Ec. 28

Use como mínimo para ambos casos: HD = 3 + di/24.

3.5) Si desea emplearse extractor de neblina, se incluye en la altura del

separador el valor del ancho del mismo (tD). Por lo general, los extractores tipo malla presentan un espesor de 4 a 6 in, mientras que las venas presentan de 6 in (150 mm) a 9 in (230 mm) en la mayoría de las aplicaciones. De igual manera, se considera una distancia apropiada entre el tope del extractor y la boquilla de salida de gas, de manera de obtener una buena distribución de gas a través de la misma. Para ello, se toma en cuenta los criterios presentados en la Figura 41 para las distintas posiciones de la salida de gas. Tomando la salida por el tope del separador y considerando una altura del casquete de D/4, se tiene que la distancia entre el tope del extractor y la línea tangente superior es [12]:

244g

FdDH −= Ec. 29

Use como mínimo: HF = 1 ft (305 mm). El término D/4 es para un casquete elipsoidal 2:1. El valor del diámetro de la boquilla de salida de gas es calculado según se muestra en la Sección 10.4.1.2.

3.6) Calcule la altura tangente-tangente del separador sumando todas las distancias obtenidas anteriormente:

HT = HLLLL + HLLL + HNLL + HHLL + HHHLL + HLIN + HD + tD + HF Ec. 30

INEDON




Si no hay extractor de niebla, tD y HF son iguales a cero. Por lo general, se consideran múltiplos de 3 in (75 mm) como medidas estándar para la altura tangente-tangente del separador.

3.7) Verifique que la relación HT/D se encuentre en el rango 2,5 a 6, que es

comúnmente aceptado como óptimo de acuerdo a criterios económicos y operacionales [17]. Si el valor es menor de 2,5, incremente la altura del separador en aquellas distancias consideradas como más críticas en el dimensionamiento (por lo general se incrementa HD) hasta obtener la relación deseada. Si el valor es mayor de 6, es conveniente emplear un separador horizontal debido a las grandes cantidades de líquido que se están considerando.

4) Especificación de los internos y elementos auxiliares

La especificación de los elementos como extractores de niebla, rompe-vórtices, boquillas de entrada (deflectores, codos de 90º y distribuidores) y boquillas de salida de gas y líquido, se presenta en el Sección 10.4.

10.3.5. Dimensionamiento de los Separadores Horizontales

Las distancias requeridas para los separadores horizontales son mostradas en la Figura 30.

Figura 30. Separador horizontal.

Entrada

L

LLLL

NLL

HLL

HHLL

HLLLL

HLLL

HNLL

HV

HHLL

HHHLL

tDHF

Salida del Gas

LLL

D

Salida del líquido

INEDON




El método de cálculo consiste en un procedimiento de ensayo y error de acuerdo a los siguientes pasos: 1) Determinación de la velocidad terminal de las gotas 1.A) Sin extractor de niebla. 1.A.1) Determine el diámetro de las partículas de líquido que se desea retener

de acuerdo a los criterios mostrados en la Sección 10.3.1.1. 1.A.2) Calcule el factor CDRe2:

( ) ( )2

382 1095,0

ReG

GLpGD

DC

μ

ρρρ −⋅= Ec. 31

1.A.3) Calcule el coeficiente de arrastre CD a través de los siguientes criterios

(provenientes de rearreglos en las Ec. 6, Ec. 7 y Ec. 8):

CDRe2 < 48,82 CD = 576 (CDRe2)-1

48,82 ≤ CDRe2 < 110000 CD = 64,6 (CDRe2)-0,43

CD Re2 ≥ 110000 CD = 0,44

1.A.4) Calcule ut:

( )DG

GLPt C

gDuρ

ρρ3

4 −= Ec. 32

1.B) Con extractor de niebla.

Para separadores horizontales con extractor de niebla, se considera que en la sección de separación secundaria o de asentamiento gravitatorio se retiran partículas iguales y mayores de 150 µm de diámetro, de manera que el extractor funcione de manera óptima sin excesivas cargas de líquido. Por ello, la velocidad terminal se calcula igual que para separadores sin extractor; pero se considera un diámetro de partícula de 150 µm para el dimensionamiento.

INEDON




2) Determinación del diámetro inicial del separador 2.1) Obtenga un estimado de la relación L/D de acuerdo a los siguientes

criterios basados en la presión de operación [21]:

0 < P ≤ 250 psig (17,2 barg) L/D = 3

250 (17,2 barg) < P ≤ 500 psig (34,5 barg) L/D = 4

P > 500 psig (34,5 barg) L/D = 5 2.3) Seleccione el valor del parámetro K de acuerdo al Cuadro 8. Por lo

general, resulta adecuado un valor de 0,50 con las correcciones de presión y servicios específicos propuestas por la Referencia [12]. Luego, calcule un factor φ que es utilizado para la velocidad crítica:

G

GLKρρρφ −

= Ec. 33

2.4) Seleccione los tiempos de residencia de líquido entre los niveles

siguientes con ayuda del Cuadro 7 y sus posibles modificaciones:

• la línea del fondo inferior y el nivel muy bajo (tLLLL),

• nivel muy bajo y el bajo (tLLL),

• nivel bajo y el normal (tNLL),

• nivel normal y el alto (tHLL) y

• nivel alto y muy alto (tHHLL) Determine el volumen de líquido que se desea retener entre los distintos niveles, según las siguientes ecuaciones derivadas de la Ec. 1:

60L

LLLLLLLLQtV ⋅= Ec. 34

60L

LLLLLLQ

tV ⋅= Ec. 35

INEDON




60L

NLLNLLQ

tV ⋅= Ec. 36

60L

HLLHLLQ

tV ⋅= Ec. 37

60L

HHLLHHLLQtV ⋅= Ec. 38

2.4) El diámetro necesario para almacenar el volumen de líquido deseado es

el siguiente:

( )( )

31

/4

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ++++=

FDLVVVVVD HHLLHLLNLLLLLLLLL

L π Ec. 39

Por lo general, como una estimación inicial resulta adecuado emplear un valor de F = 0,5 (suponiendo que la mitad del recipiente se encuentra ocupado por el líquido), aunque el valor de dicho factor puede modificarse de acuerdo a los requerimientos para almacenamiento de líquido.

2.5) El diámetro necesario para cumplir con la máxima velocidad crítica permisible es el siguiente:

( )( ) ( )

39,0

56,0 1/63,34

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−=

FDLQD G

Gπφ

Ec. 40

Para el valor del factor F, se usan las mismas consideraciones que en el paso anterior.

2.6) Seleccione el mayor valor entre DL y DG como el diámetro inicial del separador. Aproxime el valor del diámetro al siguiente múltiplo de 6 in (150 mm), que por lo general corresponde a las medidas estándar.

2.7) Es conveniente calcular el diámetro mínimo que podría presentar el

separador. Para ello, se emplea la Ec. 39 con un factor de F = 1 y la Ec. 40 con un factor de F = 0, seleccionando luego el mayor valor entre los dos diámetros obtenidos. Sin embargo, este diámetro cumple con el mínimo sugerido de acuerdo a requerimientos de control y óptimo

INEDON




funcionamiento del separador. Por lo general, se recomiendan como diámetros mínimos 5,5 ft (1,68 m) y 3,5 ft (1,07 m) con extractor y sin extractor de niebla respectivamente, aunque si se consideran niveles adicionales de líquido, se garantiza que para las distancias mínimas entre éstos y el nivel de líquido más próximo (0,5 ft [150 mm]) exista suficiente espacio en el separador sin que se violen las demás medidas mínimas en el recipiente.

3) Determinación de la longitud requerida para almacenamiento de

líquido 3.1) Calcule el área transversal total del separador:

2

4DAT

π= Ec. 41

3.2) Calcule la altura para el nivel muy bajo de líquido (HLLLL) de acuerdo al

siguiente criterio que garantiza la colocación de la instrumentación necesaria y la colocación del rompe vórtice [21]:

12750 +

=dHLLLL

, Ec. 42

Use como mínimo: HLLLL = 0,75 ft (230 mm). Al igual que en los separadores verticales, se verifica que el nivel muy bajo de líquido (LLLL), sea tal que evite la formación de burbujas de gas en la salida de líquido debido a la pérdida de presión en la boquilla. De esta manera, se cumple [11]:

guH L

LLLL 278,1

2≥ Ec. 43

La velocidad de líquido a través de la boquilla (uL) se calcula de la siguiente manera:

2

124

3600

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

=l

L

Ld

Q

uπ

Ec. 44

INEDON




El diámetro de la boquilla de salida de líquido (dl) es calculado según se muestra en la Sección 10.4.1.2.

3.3) Suponga la distancia entre el nivel muy bajo y el nivel bajo (HLLL). Use como mínimo: HLLL = 0,5 ft (150 mm). Calcule la relación (HLLL + HLLLL)/D y con la ecuación empleada para determinar las áreas de porciones de circunferencia obtener ALLL/AT, es decir [14]:

π

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +−

=D

HHD

HHD

HHD

HH

AA

LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL

T

LLL121221arccos

Ec. 45

Conocida AT de la Ec. 41, calcular ALLL.

La ecuación anterior y las siguientes permiten un cálculo rápidode las áreas y por ende de los volúmenes de líquido; pero noconsideran el aporte de volumen de los casquetes. Las ecuaciones son mantenidas como parte del INEDON, si esrequerido realizar cálculos “a mano”. Sin embargo, la Hoja de Cálculo del Anexo 1 tiene ecuaciones más detalladas que sí consideran el volumen de los casquetes, dichas ecuaciones estándescritas en el Anexo 2.

3.4) Estime la distancia entre el nivel muy alto de líquido y el tope del

separador (HV) tomando por lo menos el 20 % del diámetro (0,2D). Esta distancia cumple con los mínimos permitidos, es decir: HV = 3 ft (0,91 m) con extractor de niebla, y HV = 1 ft (305 mm) sin extractor de niebla [21].

3.5) Calcule la relación HV/D y de manera semejante a la Ec. 45 obtenga

AV/AT:

π

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅

=D

HD

HD

HD

H

AA

VVVV

T

V121221arccos

Ec. 46

Conocida AT de la Ec. 41, calcule AV.

INEDON




3.6) Calcule la longitud mínima tangente-tangente requerida para el

almacenamiento del volumen de operación, sin considerar los casquetes para un cálculo preliminar:

VT

HHLLHLLNLLLLLLLLLL AA

VVVVVL

−++++

= Ec. 47

Aproxime este valor al próximo múltiplo de 6 in (150 mm).

3.7) Asegure que la longitud calculada LL sea suficiente para almacenar los volúmenes deseados entre cada nivel de líquido, es decir que se cumple:

(ANLL – ALLL) LL ≥ VNLL Ec. 48

(AHLL – ANLL) LL ≥ VHLL Ec. 49 Para ello, se supone la distancia entre el nivel bajo y el normal (HNLL) y la distancia entre el nivel alto y el muy alto (HHHLL), para luego calcular la distancia entre el nivel normal y el alto (HHLL), verificando que no se sobrepase las altura de líquido permitida y que no se consideren distancias menores a las mínimas.

HHLL = D – (HLLLL + HLLL + HNLL + HHHLL + HV) Ec. 50

Luego, se comprueban las ecuaciones Ec. 48 y Ec. 49, calculando ANLL de manera semejante a la Ec. 45 pero sustituyendo el término

(HLLLL + HLLL)/D por (HLLLL + HLLL + HNLL)/D; y AHLL de manera semejante a la Ec. 45; pero sustituyendo el término (HLLLL + HLLL)/D por (HLLLL + HLLL + HNLL + HHLL)/D. Si no se cumplen estas ecuaciones, se modifican los niveles de líquido hasta donde sea posible (de acuerdo al rango permitido), y si alguna no se verifica entonces se incrementa la longitud LL hasta donde sea necesario.

INEDON




4) Determinación de la longitud requerida para la separación gas-

líquido 4.1) Calcule la velocidad del gas:

V

GG A

Qu = Ec. 51

4.2) Determine la longitud efectiva de separación (LEF), la cual se define

como la longitud necesaria para separar por gravedad las gotas de diámetro deseado. Para ello, se asume que el tiempo de residencia del gas en la sección de separación secundaria es igual o mayor que el tiempo que tarda una gota en caer desde el tope del recipiente hasta la interface gas-líquido. Es decir [21]:

t

VGEF

t

V

G

EF

uHuL

uH

uL

=⇒≥ Ec. 52

4.3) Determine la longitud necesaria para la colocación del extractor de

niebla (LD). En el caso de extractores tipo vanes, se recomienda considerar una distancia igual a 0,5·D entre el extractor y la boquilla de salida del gas. Para extractores de niebla tipo malla (dispuesta en posición horizontal), comúnmente se calcula la velocidad del gas a través de la malla (uD) basándose en un valor del factor K para separadores verticales del Cuadro 8 (designado como KD para diferenciarlo del factor K de la velocidad crítica). Por lo general, resulta adecuado un valor de 0,35 con las correcciones sugeridas por la Referencia [12].

L

GLDD Ku

ρρρ −

= Ec. 53

Luego, se calcula la longitud para la colocación del extractor considerando que la misma es de forma cuadrada:

D

GD u

QL = Ec. 54

INEDON




4.4) Calcule la longitud total requerida para la separación gas-líquido:

LG = LEF + LD Ec. 55 Aproxime este valor al próximo múltiplo de 6 in (150 mm). Si el separador no posee extractor de niebla, entonces LD = 0.

5) Determinación de la longitud del separador 5.1) Si LL < LG en un rango menor de 20 % (1 ≥ LL / LG ≥ 0,8), entonces la

longitud del recipiente (L) es igual a LG y sólo se añadirá un pequeño volumen adicional para el almacenamiento de líquido.

Si LL < LG en un rango mayor de 20 %, se sugiere incrementar el valor de HV y repetir el procedimiento desde el paso 3, aunque si HV se encuentra en el valor máximo posible (para cumplir con los requerimientos mínimos de nivel de líquido) entonces L = LG y se continúa con el procedimiento.

5.2) Si LL > LG en un rango menor de 20 % (1 ≤ LL / LG ≤ 1,2), entonces la

longitud del recipiente es igual a LL y el dimensionamiento se considera aceptable para la separación gas-líquido.

Si LL > LG en un rango mayor a 20 %, se sugiere disminuir el valor de HV y repetir el procedimiento desde el paso 3, aunque si HV es el mínimo permitido o se desea proporcionar mayor espacio de gas para cumplir con las verificaciones presentes en el paso 6, entonces L = LL y se continúa con el procedimiento.

6) Verificaciones del dimensionamiento 6.1) Se verifica que la longitud del separador sea suficiente para que la

mayor cantidad de burbujas de gas sea separada de la corriente de líquido. Considerando burbujas mayores de 200 µm, empleando la Ley de Stokes para la velocidad de ascenso de las burbujas (Ec. 11) y operando de manera semejante a la Ec. 46, podría verificarse que el largo del separador cumpla con la siguiente ecuación:

( )

( )( )VTGL

LLV

AAQHD

L−−

−≥

ρρμ

2424,0 Ec. 56

INEDON




6.2) Comprobar que la velocidad del gas a través del separador sea menor que la velocidad crítica, calculada según se explicó en la Sección 10.3.2.4. Puede considerarse:

Para L – LD < 10 ft (3,05 m): uc = φ Ec. 57

Para L – LD ≥ 10 ft (3,05 m): uc = φ 56,0

10⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ − DLL Ec.58

Si la velocidad crítica es menor que la velocidad del gas, incrementar HV hasta donde sea permitido. Si no puede incrementarse HV, entonces aumente el diámetro del separador a un múltiplo de 6 in (150 mm) y repita el procedimiento desde el paso 3.

6.3) Compruebe que la relación L/D se encuentra en los rangos apropiados de acuerdo a requerimientos económicos y de operación. Por lo general, un valor de L/D mayor a 6 se considera inaceptable, y en ese caso se incrementa el diámetro al próximo múltiplo de 6 in (150 mm) y repita el procedimiento desde el paso 3.

Un valor de L/D menor a 2,5 no resulta conveniente (con ciertas excepciones como los KO Drums, donde una relación de L/D = 2 puede ser aceptada), por lo que se sugiere disminuir el valor del diámetro al anterior múltiplo de 6 in (150 mm) y volver a calcular desde el paso 3. Si el diámetro no puede reducirse, para cumplir con los criterios de diámetros mínimos mostrados en el paso 2, entonces use una longitud que cumpla con el rango de L/D deseado.

6.4) Si se emplea extractor de niebla tipo malla, verifique que la distancia

entre la malla y la boquilla de salida de gas sea suficiente para obtener una buena distribución de gas, así como que el espacio de gas sea adecuado para montar una malla con la longitud requerida. Esto se traduce en las siguientes ecuaciones [2], [23]:

212

gD

F

dL

H−

≥ Ec. 59

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅≤ −

DHDL F

D 21cossen 1 Ec. 60

INEDON




Use como mínimo: HF = 1 ft (305 mm) y como valor máximo: HF = HV –1,5 – tD, donde tD es el espesor de la malla, entre 4 in (100 mm) y 6 in (150 mm) por lo general. La boquilla de salida de gas (dg) es calculada según se muestra en la Sección 10.4.1.2. Si no se cumple alguna de las ecuaciones Ec. 59 y Ec. 60, incremente HV hasta donde sea permitido. Si no puede incrementarse HV, entonces aumente el diámetro del recipiente a un múltiplo de 6 in (150 mm) y repita el procedimiento desde el paso 3.

6.5) Seleccione el tipo de entrada a utilizar en el separador como sección de separación primaria, de acuerdo a los criterios presentados en la Sección 10.4.1.1.

Luego, verifique que la distancia entre el nivel de líquido y el extremo del codo o del distribuidor sea mayor que la permitida, es decir:

5,012

5,1 +⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛≥ iV

dH Ec. 61

La boquilla de entrada (di) es calculada según se muestra en la Sección 10.4.1.2. Si no se cumple esta ecuación, incremente HV hasta donde sea permitido. Si no puede incrementarse HV, entonces aumente el diámetro del recipiente a un múltiplo de 6 in (150 mm) y repita el procedimiento desde el paso 3.

6.6) Si se espera presencia de espuma dentro del separador, la siguiente correlación empírica puede utilizarse para verificar el diámetro:

27,0

0434,0 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

≥GL

LL

LQD

ρρμ Ec. 62

Si no se cumple esta ecuación, puede incrementarse el diámetro al próximo múltiplo de 6 in (150 mm) y repita el procedimiento desde el paso 3.

INEDON




7) Optimización con el peso del recipiente Debido a que existen diversas combinaciones posibles de longitud y diámetro que cumplen con los criterios requeridos, se recomienda calcular el peso del recipiente hasta obtener el óptimo económico. Esta corrección es opcional y se utiliza solo como medio para calcular dicho óptimo; el peso real del recipiente es calculado por la Disciplina de Ingeniería Mecánica porque requiere el espesor real y la consideración del peso de las boquillas, internos, soportes, bocas de visita, rejillas, rompe vórtice, etc.

El peso calculado con las ecuaciones de este INEDON y las variables involucradas en el cálculo del mismo, no son válidaspara la estimación de costos o diseño de las fundaciones, asícomo otros cálculos realizados por la Disciplina de IngenieríaCivil.

Como guía para obtener de manera aproximada el peso del recipiente (sin considerar internos, boquillas, soportes, etc.), se sugieren los siguientes pasos:

7.1) Determine la presión de diseño (PD) según el Cuadro 9. Para mayor información, consulte el INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, No. 903-HM120-P09-GUD-013.

Cuadro 9. Presión de diseño de los recipientes.

Máxima presión de operación Presión de diseño

[psig] [barg] [psig] (barg)

Vacío Vacío Externa: 15 (1,03) / Interna: 50 (3,45)

0 a 25 0 a 1,7 50 (3,45)

26 a 250 1,8 a 17 Máxima presión de operación + 25 psi (1,7 bar)

251 a 1300 17,1 a 90 Máxima presión de operación + 10 %

1301 a 2000 90,1 a 138 Máxima presión de Operación + 100 psi (6,9 bar)

> 2000 > 138 Máxima presión de Operación + 5 %


INEDON




7. 2) Determine el espesor necesario para la carcasa, así como el área para

la misma [21]:

cD

Dsh t

PSEDPt +

−=

2,1212 Ec. 63

DLAsh π= Ec. 64

7.3) Estime el tipo de casquete requerido, según lo indicado en la Sección

10.5.

7.4) Después de seleccionado el tipo de casquete, calcule el espesor y el área para el mismo según las siguientes ecuaciones [21]: Casquetes elípticos 2:1:

cD

Dhe t

PSEDPt +

−=

2,0212 Ec. 65

209,1 DAhe = Ec. 66

Casquetes hemisféricos:

cD

Dhe t

PSEDPt +

−=

4,0412 Ec. 67

2571,1 DAhe = Ec. 68

Casquetes de disco o planos:

cD

Dhe t

PSEDPt +

−=

1,0062,1 Ec. 69

2842,0 DAhe = Ec. 70

La comparación del peso puede ser realizada con un espesor de corrosión (tc) de 1/8 in (3,2 mm), si se desconoce el valor requerido.

INEDON




Seleccione el valor del esfuerzo permitido (S) y la eficiencia (E) en las tablas presentes en el código ASME [1]. Los valores típicamente usados son: S = 17500 psig, E = 0,85.

7.5) Seleccione el mayor valor entre el espesor de la carcasa y el del casquete, y aproximarlo al próximo valor múltiplo de 1/16 in (1,6 mm). Designarlo con la letra t.

7.6) Estime el peso del recipiente considerando una densidad típica del acero

de 490 lb/ft3 (7850 kg/m3), de acuerdo a la siguiente ecuación [21]:

( )hesh AAtW 212ft

lb490 3 +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= Ec. 71

7.7) Después de calcular el peso del recipiente, se incrementa y se

disminuye el diámetro mientras sea posible al próximo múltiplo de 6 in (150 mm) y se repite el procedimiento desde el paso 3, siempre cumpliendo con las verificaciones y mínimos correspondientes. De esta manera, se obtienen diversas combinaciones de L y D y luego se selecciona el recipiente con el peso menor como el óptimo del dimensionamiento. Es altamente recomendable realizar una gráfica peso contra relación L/D para visualizar mejor el mínimo peso, como la mostrada en la Figura 31.

Figura 31. Ejemplo de la gráfica de peso vs la relación L/D.

3000

3500

4000

4500

5000

5500

1 2 3 4 5 6

Peso

del

sep

ador

, W[lb

]

Relación L/D

INEDON




8) Especificación de los internos y elementos auxiliares

La Sección 10.4 contiene los criterios para la especificación de los internos como extractores de niebla, rompe-vórtices, boquillas de entrada (codos de 90º y distribuidores) y boquillas de salida de gas y líquido.

10.4. Especificación de los Internos y los Elementos Auxiliares

El dimensionamiento de las boquillas de cualquier separador, considera los tipos de servicios y el diámetro de las boquillas tanto de entrada como de las salidas de gas y líquido.

10.4.1. Especificación de las Boquillas La especificación de las boquillas consiste en el dispositivo de entrada para separación primaria y el tamaño de todas las boquillas. En cuanto al tamaño mínimo, existen tiene tres referencias básicas: a) Según el código de diseño y fabricación del equipo. Para los recipientes a

presión y los tanques, el tamaño mínimo es generalmente de NPS 2 (DN 50). Consulte a la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

b) Establecido por la Disciplina de Procesos:

• Boquilla para la conexión de entrada, según la Sección 10.4.1.1.

• Boquillas para las salidas del gas y del líquido, según la Sección 10.4.1.2.

• Boquilla para la conexión de la línea de entrada al dispositivo de alivio de presión. La recomendación general es usar el mismo tamaño que dicha línea, la cual es dimensionada según el INEDON “Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-041.

• Boquillas para drenaje y venteo, según la Sección 10.4.1.3. c) Según el requerimiento de la Disciplina de Automatización y Control para

las conexiones de los instrumentos de nivel, presión y temperatura.



INEDON




En la medida de lo posible, se usa el tamaño mínimo, si no existe un requerimiento que exija un tamaño mayor.

10.4.1.1. Tipo de Boquilla de Entrada Dependiendo de la configuración del separador (vertical u horizontal) y las diversas características de operación, se sugieren diversos tipos de servicios en la entrada para utilizarse como sección de separación primaria, es decir, para separar el grueso de líquido presente en la corriente de gas. De esta manera, se recomiendan los siguientes criterios. A) Separadores verticales:

• Para separadores pequeños (D < 3 ft; 0,91 m) se sugiere emplear un codo de 90° (Figura 32).

Figura 32. Codo en la sección primaria de separación en un separador vertical.

• Para separadores muy grandes (D > 10 ft; 3 m), en condiciones de vacío o cuando se desea evitar arrastre de líquido (como en los separadores a la succión de compresores y a la entrada de expansores), se sugiere emplear un distribuidor (Figura 33) en la entrada de manera de obtener una mejor distribución del gas, una muy pequeña pérdida de presión, y evitar problemas operacionales con el líquido. Los distribuidores pueden estar dispuestos en forma de “T” o en línea recta, y pueden presentar orificios o ranuras por la parte superior para el flujo de gas. La especificación de los mismos por lo general se reserva a los fabricantes.

INEDON




Figura 33. Distribuidor de flujo en un separador vertical.

• En los casos restantes se recomienda utilizar un deflector, que por lo general presenta bajo costo y una eficiencia de operación aceptable. Sin embargo, para separadores trifásicos con grandes cantidades de flujo, se considera también la posibilidad de un distribuidor. En la Figura 34 se muestra la disposición de un deflector y las distancias sugeridas dentro de un separador vertical [21].

Figura 34. Dimensiones de un deflector de flujo en un separador vertical.

di

HHLL

di

di/2

di/2

Mín. 12”(305 mm)

Orificios

INEDON




B) Separadores horizontales:

• Para separadores gas-líquido operando con pequeñas y moderadas cantidades de flujo, se recomienda emplear codos de 90° apuntando hacia la tapa más cercana del separador (Figura 35). En el caso de codos de radio corto (que son los más empleados) la distancia entre el tope del separador y el extremo del codo es igual a 1,5 veces el diámetro de la tubería, mientras que la distancia mínima sugerida entre este último y el nivel máximo de líquido es de 6 in (150 mm). En algunas ocasiones, para proteger la pared del separador se recomienda la instalación de una placa de choque al frente de los codos, la placa por lo general presentan el doble del diámetro de la boquilla para las boquillas de hasta 4 in (100 mm), y 1,5 veces el diámetro de la boquilla para las boquillas de 6 in (150 mm) y más [13].

Figura 35. Codo en la sección primaria de separación en un separador horizontal.

• Para separadores bifásicos o trifásicos con grandes cantidades de

flujo, se sugiere utilizar un distribuidor semejante al descrito para separadores verticales. En algunas ocasiones, se prefiere emplear dos codos de 90° a cada extremo del separador con la salida en la parte central (Figura 36). La selección entre esta modalidad y el distribuidor, se basa en consideraciones económicas para las dos posibles opciones.

1,5 d

d

Placa de choque

INEDON




Figura 36. Separador con dos boquillas de entrada y una central para la salida del gas.

10.4.1.2. Diámetro de las Conexiones Principales de Procesos

El diámetro de las boquillas de entrada y salida del separador, son normalmente las mismas que las líneas de proceso a las cuales se conectan. Sin embargo, cuando se requieren boquillas más grandes, bien sea para evitar la formación de vórtices o bien para cumplir con los criterios de momentos permitidos, se emplea una conexión de transición que puede ser de una longitud de hasta 10 veces el diámetros de la boquilla, medidos desde la brida de conexión de la línea de proceso hasta la brida de la boquilla de entrada. Los criterios que se cumplen para las boquillas son los siguientes [23], [10]: A) Boquilla de entrada (excepto los KO Drums):

36002 ≤MM uρ Ec. 72 Sustituyendo en la ecuación anterior u = Q·A y rearreglando se obtiene:

21

604

12 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅≥

πρMM

iQ

d Ec. 73

B) Boquilla de entrada a los KO Drums:

504002 ≤MM uρ Ec. 74

INEDON




Sustituyendo en la ecuación anterior u = Q·A y rearreglando se obtiene:

21

52244

12 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅⋅≥

πρ

,MM

iQ

d Ec. 75

El cálculo de la densidad de la mezcla gas-líquido es:

GL

M QQQ +=3600

Ec. 76

ρM = ρLλ + ρG (1 – λ) Ec. 77

GL

L

QQQ

.3600+=λ Ec. 78

C) Boquilla de salida de gas (excepto los KO Drums):

36002 ≤GsGuρ Ec. 79 Sustituyendo en la ecuación anterior u = Q·A y rearreglando se obtiene:

21

604

12 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅≥

πρGG

gQ

d Ec. 80

D) Boquilla de salida de gas para los KO Drums:

504002 ≤MM uρ Ec. 81 Sustituyendo en la ecuación anterior u = Q·A y rearreglando se obtiene:

21

52244

12 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅⋅≥

πρ

,GG

gQ

d Ec. 82

INEDON




E) Boquilla de salida de líquido:

El diámetro de la boquilla de salida de líquido es tal que permita una velocidad máxima de aproximadamente 3 ft/s (1 m/s). Sustituyendo velocidad como flujo volumétrico entre área y operando se obtiene:

21

3412 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅≥

πL

lQd Ec. 83

Por lo general, cuando no se posee información sobre la línea de proceso con la que se conecta la boquilla, se toman como dimensiones preliminares las calculadas con los criterios anteriores, aproximando los valores a medidas estándar, como una estimación inicial para las medidas estándar, pueden tomarse múltiplos de 2 in (50 mm). Sin embargo, en la mayoría de los casos las boquillas presentan mayor diámetro, para evitar pérdidas excesivas de presión en las líneas de proceso a las que se conectan. Para las boquillas de los separadores horizontales, se recomienda considerar una distancia mínima entre el centro de éstas y la línea tangente más cercana. Esta distancia está en función de los refuerzos de las boquillas y requerimientos de fabricación, aunque sin embargo puede tomarse una distancia preliminar de 6 in (150 mm) más la mitad del diámetro de la boquilla [21], si no existe otro requerimiento de las Disciplinas de Ingeniería Mecánica o de Procesos.

Figura 37. Distancia preliminar para la boquilla de salida del líquido.

6 in (150 mm)

INEDON




10.4.1.3. Diámetro de las Conexiones para Servicio y Mantenimiento

Los diámetros de las conexiones para servicio y mantenimiento como drenaje y venteo e inyección de vapor de agua son establecidos según los siguientes cuadros. A) Drenajes:

Cuadro 10A. Tamaño de las conexiones de drenaje para recipientes

verticales (unidades USC).


Hidrocarburos y servicios químicos Otros servicios

Altura desde el suelo al tope del recipiente


5 ft a

100 ft

100,1 ft a

200 ft

2 ft a

25 ft

25,1 ft a

50 ft

Mayor de 50 ft


2,5 a 4,9 3 3 1½ 1½ 3

5,0 a 10,0 4 4 1½ 2 4

10,1 a 18,0 4 4 4 4 4

18,1 a 22,0 4 6 4 4 6

22,1 a 27,0 6 6 6 6 6

27,1 a 35,0 6 8 6 6 8

35,1 a 40,0 8 8 8 8 8

INEDON




Cuadro 10B. Tamaño de las conexiones de drenaje para recipientes verticales

[mm] (unidades métricas).


Hidrocarburos y servicios químicos Otros servicios



1,5 m a

30,50 m

30,51 m a

61 m

0,60 m a

7,62 m

7,63 m a

15,24 m

Mayor de

15,24 m

[m] Tamaño de la conexión de drenaje [DN]

0,76 a 1,51 80 80 40 40 80 1,52 a 3,05 100 100 40 50 100 3,06 a 5,49 100 100 100 100 100 5,50 a 6,71 100 150 100 100 150 6,72 a 8,23 150 150 150 150 150 8,24 a 7,62 150 200 150 150 200 7,63 a 12,19 200 200 200 200 200

Cuadro 11A. Tamaño de conexiones de drenaje para recipientes horizontales (unidades USC).



0 ft a

5 ft

5,1 ft a

10 ft

0,1 ft a

20 ft

20,1 ft a

30 ft

30,1 ft a

40 ft

40,1 ft a

50 ft


2,5 a 2,9 1½ 1½ 1½ 1½ 1½ 1½

3,0 a 4,9 1½ 1½ 1½ 2 2 3

5,0 a 10,0 1½ 2 3 3 3 3

10,1 a 15,0 2 3 3 4 4 4

15,1 a 20,0 3 3 3 4 4 6

INEDON




Cuadro 11B. Tamaño de conexiones de drenaje para recipientes horizontales

(unidades métricas).



0 m a

1,52 m

1,53 m a

3,05 m

3,06 m a

6,01 m

6,02 m a

9,14 m

9,15 m a

12,19 m

12,20 m a

15,24 m

[m] Tamaño de la conexión de drenaje [NPS]

0,76 a 0,88 40 40 40 40 40 40

0,89 a 1,49 40 40 40 50 50 80

1,50 a 3,05 40 50 80 80 80 80

3,06 a 4,57 50 80 80 100 100 100

4,58 a 6,01 80 80 80 100 100 150 Los recipientes con varios compartimientos internos, tienen conexiones de drenaje independientes para cada compartimiento.

Figura 38. Conexiones de drenaje en un separador con varios compartimientos.

D1 D2 D3

Compartimiento 1

Compartimiento 2

Compartimiento 3

INEDON




B) Venteos: Las dimensiones de las conexiones para venteos que requieren los separadores presentados se presentan a continuación, en función de la MPOP o la presión de diseño si la MPOP no es conocida. Esto es debido a que se desea prevenir exceder la MPOP externa al equipo.

Cuadro 12. Tamaño de conexiones de venteo para recipientes horizontales y verticales.


Tamaño nominal del

venteo Separador

Vertical Separador Horizontal

[psig (barg)] [NPS (DN)] [NPS (DN)] [NPS (DN)]

0 a 1,5 (0 a 0,10)

1½ (40) 1½ (40) 1½ (40)

2 (50) 1½ (40) 1½ (40)

3 (80) 2 (50) 2 (50)

4 (100) 3 (80) 3 (80)

6 (150) 4 (100) -

8 (200) 6 (150) -

1,51 a 5 (0,11 a 0,34)

1½ (40) 1½ (40) 1½ (40)

2 (50) 1½ (40) 1½ (40)

3 (80) 1½ (40) 1½ (40)

4 (100) 2 (50) 2 (50)

6 (150) 3 (80) -

8 (200) 4 (100) -

5,1 a 14,7 (0,35 a 1,01)

1½ (40) 1½ (40) 1½ (40)

2 (50) 1½ (40) 1½ (40)

3 (80) 1½ (40) 1½ (40)

4 (100) 1½ (40) 2 (50)

6 (150) 2 (50) -

8 (200) 3 (80) -

INEDON




C) Conexiones para vapor de limpieza:

Las conexiones para vapor de limpieza son usadas para todos los separadores con servicios de hidrocarburo, especialmente con servicio de desechos de hidrocarburos pesado. Los tamaños de las conexiones para vapor de limpieza son los siguientes:

Cuadro 13. Tamaño de conexiones para vapor de limpieza en recipientes horizontales y verticales.

Vol. del separador Fluido con > 40 °API Fluido con ≤ 40 °API

Diámetro nominal de la conexión de vapor [ft3 (m3)] [NPS (DN)] [NPS (DN)]

< 1000 (28,32) 1½ (40) 1½ (40)

1001 (28,33) a 5000 (141,58) 1½ (40) 2 (50)

5001 (141,59) a 10000 (283,17) 2 (50) 2 (50)

10001 (283,18) a 25000 (707,92) 2 (50) 3 (150)

25001 (707,93) a 40000 (1132,67) 3 (150) 3 (150)

> 40000 (1132,67) 3 (150) 4 (100) D) Orificios para inspección:

El Cuadro 14 muestra los requerimientos mínimos para los orificios para inspección (pasa manos, HH; y pasa hombres, MH). La cantidad total y el tamaño de los HH y MH dependen de los requerimientos de cada equipo y es una función del tamaño y la orientación. Ejemplos: • Un separador horizontal con varios compartimientos puede requerir

varios MH.

• Un MH mayor de 20 in (500 mm) puede ser requerido para la fácil remoción de los internos del equipo.

INEDON




• Un HH mayor de NPS 8 (DN 200) puede ser requerido para la fácil remoción de los internos del equipo, si no existe un MH.

Cuadro 14. Requerimientos mínimos para las conexiones de inspección.

Diámetro interno del separador (D)

Pasa manos (HH)

Pasa hombres (MH)

[in (mm)] Ctd. NPS (DN) Ctd. in (mm)

D ≤ 6 (150)

Dos conexiones removibles en las líneas, no menores de NPS ¾ (DN 20) [1].

N/R

12 (300) ≤ D < 16 (400) 1 8 (200) N/R

16 (400) ≤ D ≤ 20 (500) 1 a 8 (200) Del mismo D b, c

D > 20 (500) 1 a 8 (200) 1 20 (500) b, c

Notas: a El HH es usado, si se requiere inspección visual en alguna sección interna del separador

y la ubicación del MH no permite dicha inspección. b El ASME SEC VIII Div 1 [1] establece un mínimo de 16 in (400 mm) para un MH circular,

y de 12 in × 16 in (300 mm × 400 mm) para un MH elíptico. c El uso de MH de 24 in (600 mm) o mayor es recomendado cuando se requiere para

remoción de internos.

La parte UG-46 “Inspection Openings” del ASME SEC VIII Div 1 [1]contiene los requerimientos mínimos para el tamaño y cantidad delos HH y los MH. Sin embargo, se consideran poco prácticos parala mayoría de los casos.

El cambio del casquete superior por una tapa removible [1] es permitido si: a) El HH no puede ser instalado, la tapa tiene un tamaño igual o mayor

que el HH requerido y tiene una ubicación que permite visualizar dentro del equipo como se haría con el HH.

INEDON




b) El MH no puede ser instalado por falta de espacio, la tapa tiene un

tamaño igual o mayor que el MH requerido y tiene una ubicación que permite la inspección interna del equipo.

Esta opción es frecuente, en equipos de poco diámetro (por ejemplo: entre 16 in (400 mm) y 24 in (600 mm) con internos que requieren cambio periódico (por ejemplo: separadores con elementos para filtración).

La ubicación del MH en los bosquejos de la HdD (Sección 10.7.2 y Anexo 3) es una simplificación para la Disciplina de Procesos. La ubicación real es definida por las Disciplinas de Ingeniería Mecánica y Diseño Mecánico en función de la ubicación de las plataformas de acceso, espacio disponible, etc.

10.4.1.4. Diámetro de las Conexiones de los Instrumentos

Aunque la cantidad y el tamaño definitivo de las conexiones de los instrumentos de nivel, presión y temperatura son establecidos en conjunto con la Disciplina de Automatización y Control, la información siguiente es el requerimiento mínimo para la HdD del separador. A) Conexiones para los instrumentos de nivel.

Las opciones para las conexiones de los instrumentos de nivel pueden ser: • Con una tubería para las conexiones de los instrumentos de nivel

(conocido comúnmente por el vocablo en inglés de stand pipe) para la indicación (local o en sala de control) y por separado para el sistema de control (si es requerido). En este caso, la boquilla de conexión al equipo tiene un mínimo de NPS 2 (DN 50) según lo indicado en el INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200-I01-GUD-033.

• De conexión directa a las paredes del equipo, en este caso el

tamaño de las conexiones depende del tipo de instrumento de nivel, el Cuadro 15 muestra un resumen basado en el INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200-I01-GUD-033.



http://ineweb/k3200instrumentacion/Inedones PDF/903-P3200-I01-GUD-063. Rev.0.pdf�

INEDON




Cuadro 15. Resumen de los tamaños de las conexiones para los instrumentos de nivel, cuando están conectados directamente al equipo.

Tipo de instrumento

Tamaño de la conexión

[NPS (DN)] Información adicional

Diferencial de presión

Conexión superior: ½ (15)

Conexión inferior: 3 (80) a 4 (100)

Verifique el tamaño mínimo requerido en el Proyecto para las boquillas.

Desplazador 4 (100)

Flotador Varios Use NPS 2 (DN 50) hasta que el tamaño definitivo sea establecido por el fabricante del instrumento.

Radar 4 (100), 6 (150), 8 (200)

Use NPS 4 (DN 100) hasta que la Disciplina de Automatización y Control indique el tamaño requerido.

Visor de nivel 3/4 (20) Use NPS 2 (DN 50) o el tamaño mínimo requerido en el Proyecto.

B) Conexiones para los instrumentos presión y temperatura:

Use NPS 2 (DN 50) o el tamaño mínimo establecido en el Proyecto.

10.4.1.5. Nomenclatura de las Boquillas El Cuadro 16 muestra la nomenclatura para las boquillas de los recipientes, esto incluye los separadores gas-líquido, torres, columnas, tanques de asentamiento y de almacenamiento, etc. La Figura 39 muestra un ejemplo para el uso de la nomenclatura y su correspondencia con los servicios o instrumentos. Si se requiere más de una boquilla de un mismo servicio, se usan primero números para su identificación y luego letras. Ejemplos: • La tubería para los instrumentos de nivel (stand pipe) local y para control:

L2A/B y el instrumentos de nivel del ESD: L1A/B.

• Manómetro: P1, otros instrumentos para indicación de presión: P2, P3, etc.

INEDON




Cuadro 16. Nomenclatura de las boquillas para los recipientes.

Marca Servicio

Información adicional Español Inglés

A Entrada Inlet Siempre es indicada en la HdD.

B Salida del gas o vapor

Gas or vapor outlet Siempre es indicada en la HdD.

C Salida del líquido Liquid oulet Siempre es indicada en la HdD.

D Drenaje Drain Es indicada si el drenaje está conectado a la carcasa o casquete del separador.

G Visor de nivel Level gauge Si está conectado directamente a la carcasa del separador

H Pasa mano Handhole Véase la Sección 10.2.5 G).

L1A/B Transmisor de nivel para ESD

Level Transmiter for ESD

Si es requerido en las Bases de Diseño del Proyecto.

L2A/B

Tubería para los

instrumentos de nivel

Stand pipe

El uso depende de las Bases de Diseño del Proyecto; como mínimos siempre se usa el visor de nivel (G).

M Pasa hombres, Boca de visita Manhole Véase la Sección 10.2.5 F).

N Conexiones del rehervidor

Reboiler connections Usada en las torres.

P1 Manómetro Pressure gauge Siempre es indicada en la HdD.

PX Medidor de presión

Pressure instruments

Cuando es diferente al manómetro.

R Reflujo Usada en las torres.

S Conexión de vapor para limpieza

Steam out connection

Para todos los separadores con servicios de hidrocarburo, especialmente con servicio de desechos de hidrocarburos pesado.

T1 Indicador de temperatura

Temperature gauge Opcional.

TX Medidor de temperatura

Temperature instrument

Opcional y cuando es diferente al indicador (local) de temperatura

INEDON




Cuadro 16. Nomenclatura de las boquillas para los recipientes.

Marca Servicio

Información adicional Español Inglés

U Servicio Utility Conexión para suministro de servicios industriales, diferente a la “S”.

V Venteo Vent Es indicada si el venteo está conectado directamente al cuerpo del equipo.

W Alivio (relevo) de presión Pressure relief

Requerimiento establecido en el análisis de seguridad y alivio del Proyecto.

Figura 39. Ejemplo del uso de la nomenclatura para las boquillas.

Entrada

Drenaje

Manómetro

Salida del Gas

LG LT LT I

Med

ició

n de

líqu

ido

P1

B

C Salida del Líquido

A

M

W

Válvulade alivio

Boca devisita

D

L2A

L2B

L1A

L1B

LC

Tubería para los instrumentos de nivel

INEDON




10.4.2. Especificación de los Extractores de Neblina

10.4.2.1. Extractores de Neblina Tipo Malla de Alambre

La selección de los extractores de niebla depende de las condiciones conocidas del proceso y los requerimientos como el grado de eficiencia deseado en la separación gas-líquido. Sin embargo, debido a que muchas variables de proceso como la distribución de las partículas y la carga de líquido son difíciles de cuantificar, no se realiza ningún dimensionamiento final sin previa consulta con el fabricante del extractor. Por tal motivo, el procedimiento y los criterios mostrados a continuación, son empleados únicamente para obtener una estimación preliminar del tipo de extractor y las características del mismo. Como una guía general, se llevan a cabo los siguientes pasos: 1) Selección del tipo de malla y el material de construcción

Existen diversos modelos de malla dependiendo de la aplicación. En el Cuadro 17 se muestran los tipos de extractores de malla más comunes proporcionados por la Referencia [2], diferenciados de acuerdo a características como densidad de la malla, diámetro de los filamentos, área superficial y porcentaje de espacios vacíos. Los modelos estándares por lo general presentan un espesor de 4 in (100 mm) a 6 in (150 mm).

Cuadro 17. Tipos de extractores de malla y características de las mismas [16].

Modelo de malla

Densidad Diámetro de filamentos

(DF)

Área superficial de

la malla (A)

Porcentaje de espacios

vacíos (ε)

[ - ] [lb/ft3] [in] [ft2/ft3]

7CA 5,0 0,011 45 99,0

5CA 7,0 0,011 65 98,6

4CA 9,0 0,011 85 98,2

4BA 12,0 0,011 115 97,6

3BA 12,0 0,006 200 97,6

INEDON




De los modelos mostrados anteriormente, el tipo 4CA es el más empleado y podría tomarse como punto de partida para la selección del tipo de extractor. Para líquidos muy viscosos (por encima de 10 cP) o cuando pequeñas partículas sólidas son esperadas, se sugiere utilizar los modelos 5CA o 7CA que proporcionan un mejor drenaje y una muy baja pérdida de presión. Si la separación es difícil debido a partículas muy finas o poca diferencia de densidad entre el líquido y el gas, se recomiendan los modelos 4BA o 3BA, aunque si después de comprobar la eficiencia estos modelos no resultan adecuados entonces puede incrementarse el espesor de la malla o pueden emplearse modelos muchos más densos con filamentos más pequeños, conocidos como co-knit mesh [2]. El diseño de estos últimos es propiedad del fabricante. Por lo general, los alambres utilizados en la malla son construidos con materiales metálicos como acero inoxidable, a menos que se opere con sustancias altamente corrosivas como ácidos, en cuyo caso se sugiere la utilización de alambres con materiales plásticos.

2) Determinación de la velocidad óptima del gas a través de la malla La velocidad de diseño del gas a través de la malla se calcula con la ecuación de Souders y Brown, como fue mostrado en los procedimientos de cálculo tanto para separadores verticales (uc) como horizontales (uD). Sin embargo, en el caso de separadores verticales donde el diámetro del recipiente ya ha sido fijado, la velocidad verdadera del gas se calcula dividiendo el flujo volumétrico del gas entre el área de la sección transversal. Como fue explicado en la Sección 10.3.2.1, valores muy pequeños de velocidad originan poca eficiencia en la separación gas-líquido. Como una guía para la determinación de este fenómeno, valores del factor K menores de 0,15 ft/s (0,05 m/s) son estudiados de manera especial con ayuda de los fabricantes.

3) Estimación de la eficiencia de separación Después de determinar el tamaño de partícula que se desea retener, es posible predecir el porcentaje de todas las partículas de ese diámetro que pueden ser extraídas por la malla. El procedimiento de cálculo es el siguiente:

INEDON




3.1) Calcule el número de separación por impacto inercial (Ki), definido de la

siguiente manera [18]:

FG

cpLMi D

uDKK

μρ

1817856 2

= Ec. 84

El factor 17856 proviene de una transformación en las unidades. En los separadores horizontales, el término uc es sustituido por uD. La constante KM es conocida como el factor de corrección de Stokes-Cunningham, y por lo general su valor puede tomarse igual a 1,0, a menos que se consideren partículas de diámetro menor de 15 μm [16].

3.2) Calcule la fracción de eficiencia de impacto de un sólo alambre (EF), empleando la Figura 40 [16] o el grupo de ecuaciones mostrado a continuación: 0,0625 ≤ Ki < 0,2: EF = 1,0016 Ki – 0,0696 0,2 ≤ Ki < 10: EF = (–4·10–5) Ki

6 + 0,0014 Ki5 – 0,0188 Ki

4 + 0,128 Ki

3 – 0,4641 Ki 2 + 0,8997 Ki + 0,019 10 ≤ Ki ≤ 100: EF = 0,0272 ln(Ki) + 0,8751 Ki > 100: EF = 1

Para valores de Ki menores a 0,0625 se sugiere consultar con los fabricantes sobre el óptimo funcionamiento de la malla.

3.3) Estime el porcentaje de eficiencia de separación de la malla de alambre,

de acuerdo a la siguiente correlación empírica [2]:

( )FD E A tEficiencia 0,2122e100100 ⋅−=% Ec. 85

INEDON




Figura 40. Fracción de eficiencia de impacto de un solo alambre en función del número de separación por impacto inercial.

4) Estimación de la pérdida de presión a través de la malla

La pérdida de presión es función de la velocidad del gas, características de la malla (como el área superficial y el porcentaje de espacios vacíos), propiedades de los fluidos (como la densidad de ambas fases) y la carga de líquido. Debido a todos estos factores, la pérdida de presión se obtiene de manera experimental para diversos tipos de mallas y distintas condiciones de operación, y es estimada a través de gráficas proporcionadas por los fabricantes. Sin embargo, como una estimación aproximada, puede emplearse la siguiente correlación empírica que toma en cuenta moderadas cargas de líquido:

ΔP = 0,3645 (ρL – ρG) K2 tD Ec. 86 5) Distancia mínima entre la malla y la boquilla de salida de gas

Existen diversas configuraciones que pueden ser empleadas para la salida de gas, entre las que se encuentran: salida lateral, salida axial (que es la más utilizada) y salida axial invertida. Para obtener una distribución uniforme de gas a través de la boquilla, pueden verificarse los criterios mostrados en la Figura 41, [16] [12].

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.01 0.1 1 10 100

EF .

Ki

INEDON




Figura 41. Distancias sugeridas entre la malla y la boquilla de salida para obtener una buena distribución del gas.

H > D/2 + d/2 D

d

Salida lateral del gas

H > D/2 − d/2

D

d

Salida axial del gas

Φ < 45°

H > D/2 − d/2

D

h >d

Salida axial e invertida del gas

Φ < 45°

INEDON




Figura 42. Perfil de la velocidad de gas a través del eliminador de niebla cuando está ubicado muy cerca de la boquilla de salida (adaptado de [3]).

10.4.2.2. Extractores Tipo Vanes

Al igual que para el diseño de extractores tipo malla, el procedimiento y los criterios mostrados a continuación son empleados únicamente para obtener una estimación preliminar del tipo de extractor y las características del mismo. Los pasos que se sugieren para el diseño son los siguientes: 1) Selección del tipo de vanes y el material de construcción

El tipo de vanes usado más frecuentemente es el conocido como tipo Chevron, que no posee bolsillos para la recolección de líquido y por lo general proporciona eficiencias de alrededor de 99,9% de partículas de 40 μm y mayores [2]. Sin embargo, cuando se requieren altas eficiencias de separación, se emplean vanes con bolsillo simple (para 100 % de remoción de partículas de 15 μm a 30 μm de diámetro) y de doble bolsillo (para 100 % de remoción de partículas de 8 μm a 10 μm de diámetro), siendo el diseño de éstos propiedad del fabricante. Los modelos estándares por lo general presentan una profundidad de 8 in (200 mm) a 9 in (225 mm).

Espacio muy

cerrado

Velocidad muy alta,hay arrastre de gotasde líquido con el gas

Velocidad en el rango de operación

Velocidad muy baja, mala eficiencia de separación

Perfil desigual de velocidad

INEDON




El material de construcción más común es acero inoxidable, aunque dependiendo de los requerimientos de corrosión pueden utilizarse diversos materiales plásticos de acuerdo a la aplicación.

2) Determinación de la velocidad óptima del gas a través del banco de

vanes La velocidad de diseño del gas (uc) se calcula con la ecuación de Souders y Brown, escogiendo el valor del factor K del Cuadro 8 dependiendo de si se opera con flujo vertical u horizontal. Al igual que para extractores tipo malla, muy bajas velocidades del gas conllevan a reducción en la eficiencia de separación, por lo que se recomienda que cuando se obtengan valores de K menores a 0,30 ft/s (0,1 m/s) se realicen consultas con los fabricantes.

3) Estimación de la eficiencia de separación Después de determinar el tamaño de partícula que se desea retener, es posible predecir el porcentaje de todas las partículas de ese diámetro que pueden ser extraídas por el extractor. Para ello, se emplea la siguiente correlación empírica [18]:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

θθtan3,57

exp100100%bu

nWuEficiencia

c

tc Ec. 87

Donde:

G

Lptc

aDu

μρ

181488 2

= Ec. 88

θθ

3

2

cossen24

⋅=

Wua c Ec. 89

Las dimensiones más comunes del extractor tipo Chevron son [2]: n = 4 WV = 2 in (50 mm) θ = 45° b = 0,5 in (13 mm)

INEDON




4) Estimación de la pérdida de presión a través del banco de vanes

Al igual que para los extractores tipo malla, la pérdida de presión se obtiene de manera experimental y es estimada a través de gráficas proporcionadas por los fabricantes. Sin embargo, como una estimación aproximada, puede emplearse la siguiente correlación empírica para vanes tipo Chevron que toma en cuenta moderadas cargas de líquido:

ΔP = 0,024 (ρL – ρG) K2 Ec. 90 5) Distancia mínima entre el banco de vanes y la boquilla de salida de

gas Las consideraciones son las mismas que las explicadas para extractores tipo malla, por lo que se sugiere utilizar como guía los criterios mostrados en la Figura 41.

10.4.3. Especificación del Rompe Vórtice

Existen dos tipos de rompe vórtice utilizados generalmente en los separadores: el tipo plato plano y el tipo rejilla. En la mayoría de los casos el tipo rejilla es adecuado y se recomienda especialmente en situaciones donde pueda presentarse dificultad en la adaptación del plato, como en boquillas de diámetro elevado o cuando múltiples salidas de líquidos son empleadas. Sin embargo, el rompe vórtice tipo plato plano presenta menor costo. Las principales características de cada uno de ellos se presentan a continuación.

10.4.3.1. Plato Plano Consiste en un plato circular dispuesto en posición horizontal sobre la boquilla de salida de líquido, con un círculo interno por donde pasa el líquido. Presenta un diámetro de cinco veces el diámetro de la boquilla para una sola salida, mientras que para múltiples salidas se recomienda que el círculo interno se extienda abarcando completamente todas las salidas y mantenga una distancia igual al doble del diámetro de la boquilla más grande con respecto al borde del plato. En la Figura 43 se muestran las dimensiones para un plato plano aplicables para una sola boquilla.

INEDON




Figura 43. Dimensiones para el rompe vórtice tipo plato plano. Se recomienda además garantizar una distancia de por lo menos la mitad del diámetro de la boquilla de salida (0,5 d) entre el nivel bajo de líquido y el plato plano. Cuando el diámetro de la boquilla es superior al 15 % a 20 % del diámetro del recipiente, un rompe-vórtice de este tipo resulta ineficiente por lo que se sugiere la utilización del tipo rejilla.

10.4.3.2. Rejilla Este tipo de rompe-vórtice está constituido por tres placas o parrillas generalmente cuadradas, conocidas como grating type, que se colocan de tal manera que la boquilla de salida quede en el centro de las placas. Cada una de ellas consiste en un grupo de barras entrecruzadas, espaciadas uniformemente en un área de 1 in (25 mm) x 4 in (100 mm). La longitud de las placas es igual a tres veces el diámetro de la boquilla (3d) para una sola salida de líquido, mientras que para aplicaciones con múltiples boquillas se estima de la siguiente manera:

21 2DDl += Ec. 91 Donde l es el largo de cada placa, D1 es el diámetro de un círculo que podría abarcar todas las salidas y D2 es el diámetro de la boquilla más grande. Para este tipo de rompe-vórtice, el mínimo nivel de líquido no es menor que el tope de la placa superior, es decir, se garantiza que todas las placas queden sumergidas. En los separadores verticales, se recomienda una distancia entre la parrilla más baja y la boquilla de salida de líquido igual a la mitad de ésta (0,5d). En los separadores horizontales, se sugiere mantener una distancia de

d

d + 2 in (50 mm)

5d (min. 10 in [254mm])

d

H

T

Salida del líquido

INEDON




por lo menos 2 in (50 mm) entre la parrilla más baja y la boquilla de salida, lo cual considerando un espesor de placa de 1 in (25 mm) y una distancia entre las mismas de 2 in (50 mm), proporciona un nivel bajo de líquido mínimo de 9 in (330 mm) para este tipo de separadores. En la Figura 44 se muestran las dimensiones de las placas.

Figura 44. Dimensiones del rompe-vórtice tipo rejilla.

10.5. Casquetes (Cabezales) Las consideraciones mostradas a continuación fueron extraídas del INEDON “Especificación para el Diseño y Fabricación de Recipientes a Presión”, N° 903-HM130-M01-ESP-041, y están resumidas para los casquetes más comunes; información para otras formas de casquetes (Figura 3) es consultada a la Disciplina de Ingeniería Mecánica. A) Casquetes de disco (tapas planas) y bridados:

Son usados para una presión de diseño menor de 101 psig (7 barg).

3d

3d

Filas A y C

3d

Fila B

Espacio de 4 in × 1 in(100 mm × 25 mm)

d

1 in (25 mm)

2 in (50 mm)

2” (50 mm) para separador horizontald/2 para separador vertical

Fila AFila B

Fila C

Salida del líquido



INEDON




B) Casquetes de elípticos 2:1 y hemisféricos:

Son usados para una presión de diseño mayor de 101 psig (7 barg). El uso de los casquetes hemisféricos está limitado a los recipientes horizontales largos (D > 15 ft [4,57 m]) para almacenamiento, o cuando las condiciones de diseño por razones económicas así lo requieren. Ejemplo: recipientes con líquidos volátiles o gases licuados a presión, dichos recipientes son llamados “balas” (bullets).

10.6. Hoja de Cálculo

El Anexo 1 contiene el enlace para abrir la Hoja de Cálculo para el dimensionamiento o la evaluación de los separadores bifásicos.

El formato de la HdD que elabora la Hoja de Cálculo no ha sidoadaptado al descrito en la Sección 10.7, porque se prevé la futura distribución del programa para el dimensionamiento de los separadores bifásicos y trifásicos.

10.7. Hoja de Datos

10.7.1. Formato de Hoja de Datos para los Recipientes

El Anexo 3 contiene el enlace para el formato de Ingeniería Mecánica de los recipientes a presión. Sin embargo, el formato es una adaptación del disponible en la página de intranet de Ingeniería Mecánica, con fines explicativos para este INEDON. El Elaborador de la Disciplina de Procesos consulta a la Disciplina de Ingeniería Mecánica si existe algún cambio en el formato. El objetivo de este INEDON es guiar a los elaboradores de la HdD de las Disciplinas de Ingeniería Mecánica y de Procesos. Es importante tener presente que algunos datos que añade la Disciplina de Procesos, pueden ser verificados por la Disciplina de Ingeniería Mecánica, y viceversa. Adicionalmente, ambas Disciplinas pueden apoyarse mutuamente para completar la HdD.

La emisión de la HdD por parte de la Disciplina de Procesos aplica enlos Proyectos donde está establecido que Procesos e IngenieríaMecánica emiten HdD por separado o cuando no existe apoyo de laDisciplina de Ingeniería Mecánica. La recomendación es que laDisciplina de Procesos coloque los datos directamente en la Hoja deDatos de la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

INEDON




El código de colores indica lo siguiente:

(morado) : datos añadidos por la Disciplina de Procesos.

(verde) : datos añadidos por la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

(blanco) : datos añadidos por la Disciplina responsable de la emisión de la HdD.

El código de colores es una adaptación del usado para la revisión cruzada de los documentos (squad check). Los colores son eliminados cuando se ha definido la información requerida para la HdD. La HdD muestra las unidades de medición más comunes en el sistema habitual de los EUA (US Costumary Units) y en el sistema métrico. Sin embargo, las unidades de medición son establecidas por el Cliente e indicadas en las Bases de Diseño del Proyecto. A) Encabezado.

N° de la Orden de Compra, N° O. C. (Purchaser Order N°, P. O. N°) Indicado por la Disciplina de Ingeniería Mecánica. Ítem N° (Item N°) Número de identificación del recipiente. Ejemplos: V-1001, V-1002A/B (si existen dos unidades idénticas en especificación). Referencias: Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DBP, DTI. Proyecto (Project) Nombre del Proyecto. Referencias: Bases de Diseño del Proyecto. N° de Documento (Document N°) N° de inelectra para la HdD. Las opciones son: a) N° de la Disciplina de Ingeniería Mecánica, si la HdD es emitida por

esta Disciplina.

b) N° de la Disciplina de Procesos, si la HdD es emitida por esta Disciplina.

INEDON




N° del Cliente (Client N°) (si existe) N° del Cliente para la HdD. Las opciones son: a) Es colocado por la Disciplina de Ingeniería Mecánica, si la HdD es

emitida por esta Disciplina.

b) Es colocado por la Disciplina de Procesos, si la HdD es emitida por esta Disciplina.

B) Cajetín de Revisión.

Consulte el NAP y el ROSTER del Proyecto.

C) Datos generales.

Cliente (Customer) Nombre o título del Cliente externo. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Ubicación (Plant Location) Ubicación geográfica de la planta. Ejemplo: Edo. Anzoátegui, Venezuela. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Unidad (Unit) Nombre del recipiente. Ejemplo: Depurador gas combustible, Tambor de reflujo. Referencias: Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DBP, DTI. Servicio de la Unidad (Service of Unit) Descripción breve o nombre del fluido del proceso o del servicio industrial que maneja el recipiente. Ejemplos: gas combustible al horno, vapores de tope de la T-1001, agua para la caldera SG-5001. Referencias: Descripción del Proceso, Bases de Diseño del Proyecto, Lista de Equipos. Ubicación del Recipiente (Vessel Location) Indique si el recipiente está ubicado en el INTERIOR (INDOOR) o EXTERIOR (OUTDOOR). El “exterior” es la ubicación más común. Consulte a la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

INEDON




Orientación (Orientation) Indique si el recipiente es HORIZONTAL o VERTICAL (igual en español o inglés). Referencias: Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DTI. Servicio Especial (Special Service) Seleccione algunas de las cajas para indicar si el servicio es de: • Hidrocarburos (HC).

• Hidrógeno (Hydrogen).

• Sulfuro de hidrógeno en ambiente húmedo (H2S HUM, WET H2S).

• Cáustico (Caustic).

• Aminas (Amines).

• Letal (Lethal). Ejemplos: metanol, ácido hidrofluoridrico.

• Otro (Other). Indique otro fluido que influya en la selección del

material del equipo o su fabricación. Ejemplo: NACE, para indicar que la fabricación tiene que cumplir con la NACE MR0175 [15]. Esta opción también puede ser usada por la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

N° de Unidades (N° of Units) Indique la cantidad de unidades (recipientes) idénticos en especificación. Ejemplo: DOS (2); TWO (2). Referencias: Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DTI, DBP. Código / Estándar (Code / Standard) La Disciplina de Ingeniería Mecánica indica la normativa de fabricación y/o prueba del recipiente. Ejemplo: ASME SEC VIII Div 1. Requiere Estampe ASME U (ASME U Stamp Required) La Disciplina de Ingeniería Mecánica indica si existe o no el requerimiento.

INEDON




Registro en el National Board (National Board Register) La Disciplina de Ingeniería Mecánica indica si existe o no el requerimiento. Espesor Mínimo de la Carcasa (Shell Minimum Thickness) La Disciplina de Ingeniería Mecánica indica el espesor mínimo requerido para la carcasa. Diámetro Interno de la Carcasa (Shell Internal Diameter) Indique el diámetro interno requerido y basado en los cálculos. Referencia: Memoria de Cálculo. Longitud de la Carcasa (TL/TL) (Shell Length) Indique la longitud total requerida desde entre las líneas tangenciales de los casquetes y basada en los cálculos. Referencia: Memoria de Cálculo. Espesor Mínimo del Casquete (Head Minimum Thickness) La Disciplina de Ingeniería Mecánica indica el espesor mínimo requerido para los casquetes Tipo de Casquete (Head Type) Indique el tipo (forma) de los casquetes (Figura 3). Si el recipiente tiene dos tipos diferentes de casquetes, por ejemplo indique: PLANO (TOPE) / ELIPSOIDAL 2:1 (FONDO); FLAT (TOP) / ELLIPSOIDAL 2:1 (BOTTOM). Referencias: Memoria de Cálculo, requerimiento o especificación de la Disciplina de Ingeniería Mecánica, DTI. Corrosión Permitida (Corrosión Allowance) Indique la corrosión permitida para la carcasa y los casquetes. El INEDON “Especificación para el Diseño y Fabricación de Recipientes a Presión”, N° 903-HM130-M01-ESP-041, establece una corrosión mínima permitida de 1/8 in (3,2 mm) para materiales ferrosos, si no existe otro requerimiento. Referencias: Bases de Diseño del Proyecto, requerimiento o


INEDON




especificación de la Disciplina de Ingeniería Mecánica, DMC (si existe), DTI.

El INEDON “Guía para la Selección de los Materiales deConstrucción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054, indica que la Disciplina de Procesos en un Proyecto participa en el grupomultidisciplinario de la Unidad de Ingeniería que selecciona o evalúa los materiales de construcción de las líneas y los equiposde una instalación de procesos, refinería, facilidad de producciónde gas o crudo, planta petroquímica, planta de tratamiento deagua, etc. En cuanto a los separadores, lo anterior incluye a la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

Enchapado (Cladding) Indique si el recipiente requiere un enchapado especial. Ejemplo: acero inoxidable (SS). Referencias: Bases de Diseño del Proyecto, requerimiento o especificación de la Disciplina de Ingeniería Mecánica, DMC (si existe), DTI. Consulte el INEDON “Guía para la Selección de los Materiales de Construcción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054 Espesor (del enchapado) (Thickness) Indique el espesor mínimo del enchapado. Referencias: Bases de Diseño del Proyecto, requerimiento o especificación de la Disciplina de Ingeniería Mecánica, DMC (si existe), DTI. Consulte el INEDON “Guía para la Selección de los Materiales de Construcción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054.

D) Sección: Datos del Proceso (Process Data). a) Subsección: Condiciones de Operación (Operating Conditions).

Fluido (Fluid) Indique una breve descripción del fluido. Ejemplos: hidrocarburo, vapor de agua, aire. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso. Presión (Pressure) Indique la presión manométrica (g) de operación del recipiente: Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso.





INEDON




Temperatura (Temperature) Indique la temperatura de operación del recipiente: Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso.

Si existe alguna operación que origine una temperatura mínima que origine la selección de un material especial deconstrucción, es indicado junto la máxima temperatura deoperación. Ejemplo en °C: −35 / 80, donde la temperatura de −35 °C puede ser originada por una despresurización,consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Despresurización”, N° 903-HM120-P09-GUD-071.

Elemento Corrosivo (Corrosive Element) Indique el nombre de algún componente corrosivo en el fluido. Ejemplos: H2S, CO2, agua. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso, DMC (si existe). Concentración (del elemento corrosivo) (Concentration) Indique la concentración de algún componente corrosivo en el fluido y la unidad o referencia. Ejemplos: 2 % molar, 0,2 fracción molar. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso, DMC (si existe).

b) Subsección: Vapor (Vapor). Flujo @ P, T (Flow [Rate] @ P, T) Indique el flujo volumétrico de la fase de vapor a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso. Densidad (Density) Indique la densidad de la fase de vapor a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso.


INEDON




Viscosidad (Viscosity) Indique la viscosidad de la fase de vapor a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso.

c) Subsección: Líquido Liviano (Light Liquid). Flujo @ P, T (Flow [Rate] @ P, T) Indique el flujo volumétrico de la fase líquida liviana a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso. Densidad (Density) Indique la densidad de la fase líquida liviana a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso. Viscosidad (Viscosity) Indique la viscosidad de la fase líquida liviana a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso.

d) Subsección: Líquido Pesado (Heavy Liquid).

Si el recipiente es un separador gas-agua, o hidrocarburo líquido-agua, use está sección para las propiedades de lafase acuosa.

Flujo @ P, T (Flow [Rate] @ P, T) Indique el flujo volumétrico de la fase líquida pesada a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso. Densidad (Density) Indique la densidad de la fase líquida pesada a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso.

INEDON




Viscosidad (Viscosity) Indique la viscosidad de la fase líquida pesada a las condiciones de operación. Referencias: BME, Memoria de Cálculo, Simulación del Proceso

e) Subsección: Desempeño (Performance). Tiempo de Retención (Retention Time) Indique el tiempo de retención según el requerimiento de la Disciplina de Ingeniería Mecánica. Pérdida (Caída) de Presión (Pressure Drop) Indique la pérdida de presión del recipiente. Las opciones:

• Valor calculado para los extractores de niebla.

• Máximo valor permitido para el proceso. El valor real es

indicado por el fabricante. Agregue una Nota para solicitar la información del fabricante.

La pérdida de presión en el recipiente no considera las boquillas de entrada y salida, porque esto es incluido en el cálculo de pérdida de presión de las líneas de entrada y salida. Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100-P09-GUD-069.

f) Subsección: Sección de Líquido Liviano (Light Liquid Section).

Esta subsección ha sido modificada del formato disponible enla página de intranet de Ingeniería Mecánica, porconveniencia basada del uso común para la Disciplina de Procesos (véase el Cuadro 7).

Tiempo de Residencia (Residence Time) (LLL-NLL) Indique el tiempo de residencia de la fase liviana de líquido entre sus niveles bajo (LLL) y normal (NLL). Referencia: Memoria de Cálculo.



INEDON




Si el separador no tiene un nivel normal de operación, use el tiempo de residencia en entre sus niveles bajo (LLL) y el alto (HLL), y cambie el enunciado en la HdD. Tiempo de Residencia (Residence Time) (NLL-HLL) Indique el tiempo de residencia de la fase liviana de líquido entre sus niveles normal (NLL) y alto (HLL). Referencia: Memoria de Cálculo.

g) Subsección: Sección de Líquido Pesado (Heavy Liquid Section).

Esta subsección ha sido modificada del formato disponible en la página de intranet de Ingeniería Mecánica, porconveniencia basada del uso común para la Disciplina deProcesos.

Tiempo de Residencia (Residence Time) (LIL-NIL) Indique el tiempo de residencia de la interface de la fase pesada de líquido entre sus niveles bajo (LIL) y normal (NIL). Referencia: Memoria de Cálculo. Si el separador no tiene un nivel normal de operación, use el tiempo de residencia en entre sus niveles bajo (LIL) y alto (HIL), y cambie el enunciado en la HdD. Tiempo de Residencia (Residence Time) (NIL-HIL) Indique el tiempo de residencia de la interface de la fase pesada de líquido entre sus niveles normal (NIL) y alto (HIL). Referencia: Memoria de Cálculo.

h) Subsección: Internos (Internals).

Seleccione algunas de las cajas para indicar si el recipiente tiene algún interno especial. Las consideraciones mínimas son: • Rompe vórtice (véase la Sección 10.4.3).

• Extractor de niebla (véanse las Secciones10.3.2.1, 10.4.2.1 y

10.4.2.2).

INEDON




i) Subsección: Tamaño de Partícula (Particle Size).

Indique el tamaño máximo de la partícula de líquido que se desea retener en el separador. Ejemplo: > 150 µm. Referencia: Memoria de Cálculo. Algunos procesos requieren una eficiencia de remoción de partículas de líquido para los equipos aguas abajo del separador. En este caso, indique el valor requerido. Ejemplo: EFICIENCIA DE REMOCIÓN > 99 % (REMOVAL EFFICIENCY > 99 %). Referencias: Bases de Diseño del Proyecto, requerimientos establecidos por la Disciplina de Procesos o por el fabricante del equipo aguas abajo del separador. Agregue una Nota para solicitar la confirmación del fabricante. Ejemplo: LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN ES CONFIRMADA POR EL FABRICANTE (REMOVAL EFFICIENCY TO BE CONFIRMED BY VENDOR). La tensión superficial del líquido puede ser requerida por el fabricante del extractor de niebla u otro elemento de separación, agregue ese dato como una nota, debido a que no está preestablecido en el formato.

E) Sección: Datos Mecánicos (Mechanical Data).

A continuación, se muestran solamente los datos que suministra generalmente la Disciplina de Procesos. a) Subsección: Presión de Diseño (Design Pressure).

Interna (Internal) Indique la presión interna de diseño según el Cuadro 9 y la temperatura correspondiente, es decir la temperatura de diseño.

Externa (External) Indique la presión interna de diseño según el Cuadro 9 y la temperatura correspondiente, es decir la temperatura de diseño. Si no existe el requerimiento, indique NO y elimine la unidad de medición y la temperatura correspondiente.

INEDON




Aislamiento (Insulation) Indique si existe algún requerimiento de aislamiento para el recipiente. Las opciones son: • Una nomenclatura propia del Proyecto. Por ejemplo: como la usada

para las líneas.

• Especificando el material y su espesor requerido. Esto puede ser el resultado de un cálculo de transferencia de calor.

Referencias: Bases de Diseño del Proyecto, Memoria de Cálculo, DTI (posiblemente).

F) Sección: Especificación de los Materiales (Material Specification). La Disciplina de Procesos propone como mínimo el requerimiento para la carcasa, los casquetes, el extractor de niebla y los internos que especifica de manera explícita (por ejemplo: un distribuidor de líquido). Consulte el INEDON “Guía para la Selección de los Materiales de Construcción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054.

G) Sección: Plan de las Conexiones (Nozzle Schedule). Indique todas las conexiones (boquillas) requeridas para el recipiente con su información: a) Marca (Mark): nomenclatura según el Cuadro 16 y el bosquejo

incorporado en la HdD.

b) Cantidad, Cant. (Quantity, Qty.).

c) Tamaño Nominal (Φ).

d) Elevación: esto puede ser usado por la Disciplina de Procesos si tiene algún requerimiento específico. En caso contrario, es indicado por la Disciplina de Ingeniería Mecánica y/o Automatización y Control para las conexiones de los instrumentos.


INEDON




e) Clasificación de Presión-Temperatura, Libraje (Rating). Las opciones

son: • Boquillas de entrada, salida de gas y líquido, drenaje y alivio:

igual a la línea que se conecta.

• Boquillas para los instrumentos: es establecido por la Disciplina de Automatización y Control.

• Requerimiento específico de la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

f) Servicio (Service): según lo mostrado en el Cuadro 16. Indique también las conexiones requeridas para los instrumentos de nivel, presión y temperatura (según el requerimiento del proceso o del Proyecto), dichas conexiones son revisadas por la Disciplina de Automatización y Control.

10.7.2. Formato para el Bosquejo El archivo del Anexo 3 contiene, además de la HdD per se:

• Las pestañas con los bosquejos más comunes, donde se incluyen los

usados para los separadores trifásicos (gas-líquido-líquido), aunque estos separadores no están descritos en este INEDON.

• Las pestañas con los símbolos más usados y sus variantes. Ejemplos: boquillas, internos de entrada, extractores de niebla, orificios de inspección, casquetes, etc.

La información suministrada por la Disciplina de Procesos es: A) El bosquejo del separador con:

• Las conexiones requeridas y su nomenclatura según el Cuadro 16.

• La indicación de las cotas para las distancias de tamaño, los niveles de líquido e internos.

INEDON




B) Las dimensiones como (en la sección inferior izquierda):

• Diámetro.

• Longitud total TL/TL para los separadores horizontales.

• Altura total TL/TL para los separadores verticales.

• Distancias entre los niveles de líquido.

• Distancias para los requerimientos especiales (por ejemplo: el vertedero de un separador trifásico).

Los bosquejos consideran:

• La máxima cantidad de niveles de líquido.

• Las conexiones para los instrumentos de nivel son un par para el stand pipe y otro par para el instrumento del sistema de parada de emergencia.

• Las conexiones para un manómetro, un drenaje, un venteo y la línea hacia el dispositivo de alivio de presión.

• Un pasa hombres.

• Los separadores horizontales tienen extractor de niebla y las alturas correspondientes para su instalación.

Adapte el bosquejo al requerimiento del Proyecto.

10.7.3. Elaboración de la Hoja de Datos

El INEDON “Diseño y Especificación de Equipos”, N° 903-P3100-P09-ADM-906, muestra el procedimiento para la elaboración y revisión de la HdD según el Sistema de Gestión de la Calidad de inelectra.



INEDON




10.8. Evaluación de los Separadores Existentes

10.8.1. Información Requerida

La información mínima requerida para la evaluación de un separador es: A) La hoja de datos o el plano mecánico del fabricante en la emisión “como

construido” o “conforme a obra”. Si inelectra realizó la Ingeniería de Detalle de la instalación, verifique si se dispone del documento en el archivo del Proyecto de dicha ingeniería; en el caso contrario, el documento es solicitado al Cliente.

B) Nuevas condiciones de operación y las propiedades de los fluidos, por ejemplo, la presión, temperatura, flujos, viscosidades, densidades.

C) Bases y Criterios de Diseño del Proyecto. Se requiere el documento del Proyecto original (en el cual se especificó el separador) y del nuevo Proyecto, si los documentos son diferentes. La comparación de los documentos permite conocer si los criterios fueron modificados.

D) Confirme que los niveles de líquido, usados para control y el ESD e indicados en la hoja de datos, son los mismos que los configurados en la sala de control. El Cliente puede haber cambiado los niveles originales por conveniencia y el cambio puede no haber sido oficializado en algún documento.

10.8.2. Desarrollo de la Evaluación

El objetivo de una evaluación es verificar que un separador existente cumpla con los requerimientos solicitados por el Cliente para unas nuevas condiciones de operación. La evaluación consta de: A) La verificación de las dimensiones y distancias existentes que garanticen

los requerimientos de separación de las fases y los tiempos de residencia. B) El cambio de la presión y temperatura de operación puede afectar las

condiciones de diseño originales. Si es requerido, consulte a la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

C) El cambio de la composición del fluido puede afectar la selección de los

materiales originales. Ejemplo: la presencia de un componente que promueva la corrosión o una temperatura de despresurización más baja.

INEDON




10.8.3. Consideraciones

Cuando se usan métodos automatizados para facilitar los cálculos (por ejemplo: una hoja de cálculo o un programa de computación), es importante verificar que no se soliciten cambios en un separador construido o que se reporte que el separador no satisface los nuevos requerimientos operacionales, sin evaluar cuidadosamente algunos criterios descritos en este INEDON. A continuación, las consideraciones más importantes: A) El dimensionamiento de un equipo nuevo usa los diámetros menores de

partículas para retención mostrados en el Cuadro 4; esto puede dar como resultado que un separador existente no cumpla con nuevos requerimientos.

Evalúe si el uso de los diámetros mayores es aceptable para el equipo aguas abajo del separador.

B) El uso de un extractor de niebla tipo vanes permite una velocidad mayor

de gas y mejora la eficiencia de separación en la sección terciaria (10.3.2.1).

Evalué si el cambio del tipo de extractor es factible para evitar el cambio del tamaño del separador.

C) Los tiempos de residencia del Cuadro 7 pueden ser reducidos en un

margen aceptable. Por ejemplo: el tiempo de residencia entre el nivel bajo y el normal (LLL-NLL) puede dar como resultado 8 min para un separador existente y de suministro de horno vs 10 min como valor sugerido, esto no indica necesariamente que se tiene que cambiar el tamaño del separador.

Evalué si un tiempo de residencia menor es aceptable. D) Algunos separadores contienen poco líquido y ni siquiera en condiciones

muy extremas generan suficiente. Esto puede permitir el uso alturas de líquido menores a las recomendadas. Los ejemplos de condiciones extremas son:

• Temperaturas muy bajas o presiones muy altas que aumentan la

condensación de líquido.

• Cambios en la composición que aumentan la cantidad de los componentes pesados.

INEDON




E) La altura mínima recomendada para la distancia desde el fondo del

separador hasta el HLLL, con el objetivo de instalar un instrumento de medición de nivel de líquido, depende del tipo de instrumento. Ejemplos:

• La celda para un medidor de nivel tipo presión diferencial (Figura 7)

puede ser ubicada en un nivel más bajo y generar una mayor presión estática, aun cuando el nivel HLLL sea menor que el mínimo recomendado.

• El medidor de nivel tipo desplazador (Figura 8) puede estar instalado internamente, esto permite que la altura mencionada anteriormente sea disminuida.

Verifique el tipo de instrumento usado en el separador, consulte a la Disciplina de Automatización y Control si el instrumento puede ser modificado y garantizar su funcionamiento. Es más económico modificar un instrumento que un separador.

F) Si usa un programa de computación, verifique que no muestra un

requerimiento de cambio debido a decimales. Ejemplo: el valor recomendado es 0,5; pero el programa calcula 0,501 e indica que el separador no cumple con los requerimientos para una nueva condición de operación.

Verifique cómo realiza los cálculos el programa y evalúe la diferencia entre valores recomendados y calculados.

G) Un nuevo flujo de alivio puede requerir una boquilla de conexión más grande; pero quizá con el cambio del tipo de válvula de alivio de presión a una operada con piloto, se puede usar un flujo de alivio menor (por ejemplo: el flujo requerido). Consulte el INEDON “Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-041.

Evalúe qué es más económico, si el cambio de la boquilla del separador o la válvula de alivio de presión y sus líneas asociadas.

11. TANQUES DE ASENTAMIENTO El procedimiento mostrado en esta sección para el dimensionamiento de los tanques de asentamiento, solo considera las mínimas dimensiones requeridas para facilitar la separación de la fase acuosa de un hidrocarburo más liviano. El


INEDON




procedimiento no considera los requerimientos de almacenamiento ni de constructibilidad; para esto último, se recomienda consultar el API STD 650 [6]. El proceso de separación de agua del crudo, a menudo requiere más que un simple proceso de separación gravitacional. En la selección del sistema de tratamiento, varios factores son considerados para cumplir con los requerimientos del crudo. Algunos de estos factores son: • La fuerza de la emulsión. • La gravedad específica del crudo y del agua. • El grado de corrosión del crudo, del agua y del gas, lo que afecta la

selección de los materiales de construcción. • La tendencia de producción del agua del campo a lo largo del tiempo. • La tendencia de formación de parafinas del crudo. • La cantidad de fluido para tratamiento y el porcentaje de agua que se

maneja en la mezcla. • La presión de operación deseada para los equipos involucrados en el

proceso. • La disponibilidad para desalar y desgasificar el crudo producido. Un método común para lograr la separación del agua y del crudo es aplicando una corriente de calor. Al aumentar la temperatura de la mezcla de dos líquidos inmiscibles, el agente emulsificante se desactiva permitiendo la dispersión de las gotas de agua. Al chocar las gotas de agua entre sí, incrementan su tamaño y comienza la separación de las fases. Si se diseña de manera adecuada el sistema, el agua al separarse se aloja en el fondo del tanque de asentamiento si la diferencia de densidades es adecuada, es decir si el agua es más pesada que el crudo. El proceso de coalescencia requiere que las gotas de agua tengan un adecuado tiempo de contacto; pero también es necesario considerar la temperatura, la cual afecta las propiedades del agua y del crudo como la viscosidad y la densidad; adicionalmente, las dimensiones físicas del tanque de asentamiento son determinadas por la velocidad de separación de los fluidos.

INEDON




La mayoría de los equipos de tratamiento de crudo cuentan con una sección de separación de las gotas de agua de la fase continua de petróleo, porque las gotas de agua son más pesadas que el volumen de crudo que desplazan. Sin embargo, la fuerza de arrastre causada por el movimiento hacia abajo de las gotas de agua a través del crudo resiste la gravedad. Cuando las dos fuerzas son iguales se alcanza una velocidad de equilibrio (constante) que sigue un comportamiento de acuerdo a la Ley de Stokes, en este caso modificada para las gotas de agua en la fase continua de crudo:

CP

mta

dSGuμΔ 2610781 ⋅⋅

=−, Ec. 92

De la Ley de Stokes, se infiere lo siguiente: • Mientras más grande es el tamaño de las gotas, menor es el tiempo que

requiere la gota para asentarse en el fondo del tanque y hace más sencillo y eficiente el tratamiento del crudo.

• Mientras más ligero es el crudo a tratar, más fácil es su tratamiento.

• Es más sencillo tratar un crudo a altas temperaturas que a bajas

temperaturas. Se considera despreciable el pequeño efecto sobre la diferencia de gravedad debido al incremento de temperatura.

La Ec. 6 muestra un límite de Número de Reynolds < 2 para la Ley de Stokes, en el caso de los separadores gas-líquido, los límites de las Leyes definen la ecuación a utilizar; pero la Ec. 92 ha sido adecuada y el límite no es claro. Como información adicional, la Ley de Stokes es usada para diámetros de partículas desde 2 μm hasta casi 100 μm [12]. El proceso de coalescencia en el sistema de tratamiento de crudo depende del tiempo. En la dispersión de dos líquidos inmiscibles, la coalescencia inmediata pocas veces ocurre cuando las gotas chocan. Si las gotas de la dispersión están expuestas a fluctuaciones grandes de presión y la oscilación de la energía cinética inducida en el par de gotas coalescente es mayor que la energía de adhesión entre ellas, el contacto se rompe antes de que la coalescencia se haya completado. Según experimentos realizados el tiempo de coalescencia puede ser estimado con la siguiente ecuación:

INEDON




⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅

−⋅=

Td

jjf

t Kfdd

t 0

6π Ec. 93

A partir de la teoría de coalescencia, se obtiene las conclusiones siguientes: • Si se somete a la mezcla a un tiempo de residencia del doble, el máximo

tamaño de la gota incrementa sólo hasta 19 %.

• La coalescencia ocurre más rápido en dispersiones concentradas. La floculación y la coalescencia por lo tanto ocurren de manera más efectiva en la zona de la interface entre el petróleo y el agua.

• El calor de entrada y el combustible requerido para el tratamiento de crudo

depende de la elevación de la temperatura, la cantidad de agua presente en la mezcla y el flujo. El calor requerido para elevar la temperatura del agua es el doble del requerido para el petróleo.

El mecanismo de asentamiento por gravedad es empleado solo para el agua libre de la emulsión, el agua remanente es considerada solo el 10% de la mezcla. El calor requerido para preparar la mezcla crudo agua para la separación se puede determinar según la siguiente ecuación:

[ ]105015 ,, +⋅⋅Δ⋅⋅= OO SGTQq Ec. 94

11.1. Tamaño de las Gotas de Agua y Tiempo de Residencia El tamaño de las gotas es el parámetro más importante en el proceso de separación con tanques de asentamiento. Un pequeño aumento en el diámetro de las gotas incrementa el flujo de asentamiento. El calor suministrado al inicio del proceso de separación favorece el choque de las pequeñas gotas y por ende el aumento del tamaño de las gotas, debido a la coalescencia entre ellas. Si el fluido es más viscoso, la fuerza de colisión disminuye ya que el movimiento entre las partículas se ve limitado. La ecuación de coalescencia indica que la interface agua crudo se encuentra cerca de donde ocurre la coalescencia. Un tiempo de residencia mayor al necesario no disminuye los costos de operación, por lo contrario hace menos eficiente el proceso.

INEDON




11.2. Tipos de Tanques de Asentamiento

11.2.1. Tanques Verticales

El equipo más usado en el tratamiento de crudos, para lograr su separación, es el tanque-tratador de asentamiento vertical (o “vertical heater-treater”, Figura 45). La mezcla inmiscible entra por el tope del tanque donde ocurre la separación del gas. Para lograr la adecuada separación del gas es necesario que ésta sección tenga las dimensiones adecuadas. Si el tanque se encuentra aguas abajo de un separador de entrada, donde el crudo se desgasifica, la cámara donde ocurre la separación del gas en el tratador puede ser muy pequeña. La sección de separación del gas tiene un sistema de distribución y puede contar o no con un extractor de neblina. El crudo y la emulsión que se encuentran por encima de los tubos de calentamiento, se juntan en la zona de coalescencia, donde se proporciona el tiempo de residencia suficiente para permitir que las partículas pequeñas de agua en la fase continua se unan y asciendan al fondo del tanque. El crudo tratado fluye hacia afuera por la boquilla de salida del recipiente. Cualquier traza de gas atrapado en el crudo, es separado por calentamiento y retirado del recipiente. El nivel del crudo dentro es controlado por medio de un control de nivel regulado por una válvula de descarga. Los tanques atmosféricos son típicamente usados para tratar el crudo, donde la cámara de separación de gas tiene un tubo que permite separar y ventear el gas. Usualmente la producción de los pozos entra a una línea central que tiene al final un distribuidor para repartir la emulsión por debajo del nivel de la interface para evitar la turbulencia y la espuma y lograr que las gotas de agua que están emulsionadas en la fase continua de crudo, se vean atraídas entre sí y se rompa la emulsión logrando la separación de las dos fases. La Figura 46 muestra un esquema de un tanque de este tipo. Existen tanques que no tienen calentamiento interno, sino que la corriente de entrada es precalentada, sin embargo es más eficiente que el equipo posea un sistema interno de calentamiento.

INEDON




Figura 45. Tanque de asentamiento vertical (adaptado de [7]).

Salida del gas

h

Salida del agua

Crudo

Agua

Salida delcrudo tratado

Entrada dela emulsión

d

Extractor de niebla

Drenaje

Tubo decalentamiento

Esparcidor

Sección de coalescencia

Interface crudo-agua

Chimenea

INEDON




Figura 46. Tanque típico con canal interno (adaptado de [7]).

11.2.2. Tanques Horizontales Los tanques de asentamiento horizontales son generalmente empleados en aquellos casos donde el fluido proviene de distintos pozos de producción. La mezcla inmiscible ingresa en la sección delantera donde ocurre la separación entre el gas y el crudo. El crudo y la emulsión sobrepasan el nivel donde se encuentran los tubos para calentar la mezcla y se desnatan en el compartimiento de la oleada del crudo. La interface del agua y crudo en la sección de entrada del recipiente es controlada por un regulador de interface, que funciona con una válvula de descarga para el agua libre. El flujo de crudo y la emulsión pasan a través de un esparcidor ubicado en la sección de coalescencia, (Figura 47). El esparcidor distribuye el flujo uniformemente a través de la longitud de esta sección y el crudo tratado se recoge en el tope del tanque separador.

Salida del gas

Crudo

AguaSalida delagua

Entrada de los camposde producción

Gas Salida del crudo tratado

Sección de separación del crudo

Sección del agua separada

EMULSIÓN

Cámara deseparación de gas

Distribuidor deextracción

Esparcidor

INEDON




Figura 47. Tanque de asentamiento horizontal (adaptado de [7]). La sección interna del tanque tiene el tamaño apropiado para lograr la separación del agua y del crudo, mientras que la sección de coalescencia proporciona las dimensiones adecuadas para lograr el tiempo de residencia óptimo para que la coalescencia ocurra y permita que las gotas de agua se unan y se muevan en sentido contrario al flujo de crudo.

11.2.3. Tanques Horizontales Electrostáticos Algunos crudos son tratados con métodos electrostáticos. La Figura 48 ilustra un tanque de asentamiento horizontal electrostático. El recorrido del flujo en los recipientes electrostáticos es muy similar al de los tanques horizontales, la única diferencia es que un campo eléctrico de corriente alterna y/o directa (AC-DC) promueve la coalescencia entre las gotas de agua. Los diseños de tanques de asentamiento electrostático no están publicados, debido a que la coalescencia de las gotas en un campo eléctrico depende de las características particulares de la emulsión a tratar y no hay una relación directa entre el tamaño de la gota de agua y el asentamiento. La experiencia indica que los tratamientos electrostáticos son eficientes cuando se requiere reducir el contenido de agua y sedimentos básicos (BSW) en el crudo por debajo del 0,5 % al 1 %. Sin embargo, para el tratamiento de crudos donde el contenido de agua y sedimento supera el 1 % es recomendable aplicar tratamientos que incluyan calentamiento del fluido.

Salida del crudo Entrada de la emulsión

Crudo

Tubos de calentamiento Sección de frente

d


Salida del agua

Crudo y emulsión

Deflectores

Agua

Salida del gas

Esparcidor

Esparcidor

Extractor de niebla

INEDON




Figura 48. Tanque de asentamiento horizontal electroestático (adaptado de [7]).

11.3. Determinación del Diámetro de los Tanques de Asentamiento Las ecuaciones que siguen permiten estimar el diámetro de los tanques de asentamiento.

A) Tanques horizontales:

2438m

CPOCT dSG

QLd⋅⋅

⋅=⋅Δ

μ Ec. 95

B) Tanques verticales:

21

2881/

, ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅⋅

⋅=m

CPOT dSG

QdΔ

μ Ec. 96

El estimado del tiempo de residencia, que un fluido requiere en el tanque de asentamiento, utiliza las ecuaciones siguientes: A) Tanques horizontales:

0512

,)( OrO

CTtQLd ⋅

=⋅ Ec. 97

Salida del crudo Entrada de la emulsión

Crudo

Tubos de calentamiento Sección de frente

d


Salida del agua

Crudo y emulsión

Deflectores

Agua

Salida del gas

Esparcidor

Esparcidor

Extractor de niebla

Electrodos

INEDON




B) Tanques verticales:

1202

,)( OrO

TtQhd ⋅

=⋅ Ec. 98

En cuanto al tamaño de la gota, ésta suele incrementar con el aumento del tiempo de residencia, el calor en el sistema y por ende con el choque entre las moléculas que favorece la coalescencia. Sin embargo, con el aumento de la viscosidad del crudo, el tamaño de las gotas no se incrementa debido a que existe menos posibilidad de las partículas de moverse. Para el diseño de los tanques de asentamiento se suele estimar el diámetro de la partícula con la siguiente ecuación:

6750500 ,−⋅= CPmd μ Ec. 99 Gráficamente esta relación puede expresarse según la Figura 49.

Figura 49. Relación de diseño para la separación de las gotas de agua de la fase de crudo.

100

125

150

175

200

225

250

275

300

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Diá

emtr

o de

las g

otas

de

agua

, dm

[µm

]

Viscosidad de la fase continua de crudo, μCP [cP]

INEDON




La Figura 49 es usada con buen criterio de diseño para viscosidades delcrudo mayores de 10 cP, debido a que la ecuación tiende a un diámetrode las gotas = 0.

Figura 50. Cambio del diámetro de las gotas de agua para una viscosidad de la

fase continua de crudo mayor de 10 cP.

11.4. Procedimiento para el Dimensionamiento de los Tanques de Asentamiento El dimensionamiento de los tanques de asentamiento requiere la especificación del diámetro, la longitud, la altura de la zona de coalescencia y la temperatura de operación de los tubos de fuego. Un buen diseño es aquel que mantiene la relación adecuada entre el costo y la geometría del tanque. El procedimiento general de cálculo es: 1. Seleccione la temperatura de operación.

2. Determine la viscosidad del crudo a la temperatura de operación.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 210 410 610 810 1010

Diá

emtr

o de

las g

otas

de

agua

, dm

[µm

]

Viscosidad de la fase continua de crudo, μCP [cP]

INEDON




3. Determine el diámetro de la gota de agua por la Ec. 99 o gráficamente por

la Figura 49.

4. Determine la geometría necesaria para satisfacer la separación requerida según la Ec. 95 para tanques horizontales o la Ec. 96 para tanques verticales.

El API STD 650 [6] es consultado para información adicional sobre los tanques.

11.5. Ejemplo de Cálculo Los siguientes datos son requeridos para diseñar un tanque de asentamiento: • Gravedad específica del crudo.

• Gravedad específica del agua.

• Viscosidad del crudo.

• Caudal y temperatura de operación.

11.5.1. Dimensionamiento de un tanque de asentamiento horizontal Los datos requeridos son mostrados a continuación:

Variable Símbolo Unidad Valor

Gravedad específica del crudo SGO [ - ] 0,875

Gravedad específica del agua SGW [ - ] 1,04

Flujo de crudo QO BDP 5000

Viscosidad del crudo μO cP 9

Temperatura de operación T °F 80 El diámetro de la gota de agua es calculada con la Ec. 99:

µm 461139500500 67506750 ,,, =⋅=⋅= −−CPmd μ

INEDON




Se sustituyen los valores en la Ec. 95 y se obtiene:

ftin 769278 461131650

95000438438 222 ⋅=

⋅⋅

⋅=⋅⋅

⋅=⋅ ,),(,m

CPOCT dSG

QLdΔ

μ

La Figura 51 muestra el diámetro del tanque vs la longitud de coalescencia, la curva obtenida permite evaluar diversas opciones de diámetros y longitud para tanques de asentamientos horizontales, donde su selección depende de la rentabilidad económica. El punto mostrado en la Figura 51 equivale aproximadamente al cambio de pendiente de la curva y es donde el diámetro y la longitud tienen los valores menores coincidentes.

Figura 51. Relación del diámetro y la longitud para el ejemplo de un tanque horizontal.

Si se requiere un tiempo de residencia mínimo de la mezcla en el tanque, se estima sus dimensiones en función de la Ec. 97:

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 50 100 150 200

Diá

met

ro d

el ta

nque, d

T[in

]

Longitud de la zona de coalescencia, LC [ft]

dT ≈ 160 inLC ≈ 60 ft

INEDON




ftin 195238051

205000051

22 ⋅=⋅

=⋅

=⋅ ,,,

)( OrOCT

tQLd

Por heurísticas, se recomienda que el tiempo de residencia no sobre pase los 20 min. Graficando de igual manera el diámetro del tanque en función de la longitud de coalescencia, para un tiempo de residencia de 20 min, se obtiene la Figura 52. Los puntos por debajo de la curva con el tiempo de residencia establecido, permiten evaluar diversos diámetros y longitudes para dicho tiempo. De la Figura 51, se puede obtener la siguiente relación de diámetro y longitud que cumple la heurística para tanques L/D = 5. La Figura 53 muestra los valores obtenidos en el dimensionamiento del recipiente horizontal.

Figura 52. Relación de diseño para tanques horizontales con tiempo de residencia.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 50 100 150 200

Diá

met

ro d

el ta

nque, d

T[in

]

Longitud de la zona de coalescencia, LC [ft]

Sin tiempo de residenciaCon tiempo de residencia

INEDON




Figura 53. Dimensiones básicas para el ejemplo con un tanque de asentamiento horizontal.

11.5.2. Dimensionamiento de un tanque de asentamiento vertical

Los datos requeridos son mostrados a continuación:

Variable Símbolo Unidad Valor

Gravedad específica del crudo SGO [ - ] 0,875

Gravedad específica del agua SGW [ - ] 1,04

Flujo de crudo QO BDP 5000

Viscosidad del crudo μO cP 9

Temperatura de operación T °F 80 Con la Ec. 99 se calcula el diámetro de la gota de agua:

μm 461139500500 67506750 ,,, =⋅=⋅= −−CPmd μ

Se sustituyen los valores en la Ec. 96 y se obtiene el diámetro del tanque:

in 376461131650

9500088188121

2

21

22 =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

⋅⋅=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅⋅

⋅=//

),(,,,

m

CPOT dSG

QdΔ

μ

CrudoCrudo y emulsión

Agua

dT = 160 in

L = 60 ft

INEDON




La determinación de la altura del tanque vertical requiere de la sustitución de los valores en la Ec. 98 para un tiempo de residencia menor a 20 minutos.

ft 6376120

205000120120 22

2 =⋅⋅

=⋅

⋅=⇒

⋅=⋅

)(,,)(

,)(

dtQhtQhd OrOOrO

T

La Figura 54 muestra los valores obtenidos en el dimensionamiento del recipiente vertical. El cálculo del calor requerido, para calentar la mezcla entrante a los tanques (indiferentemente de la orientación), se realiza con la Ec. 94.

Figura 54. Dimensiones básicas para el ejemplo con un tanque de asentamiento vertical.

h = 6 ft

Crudo

Agua

dT = 376 in

INEDON




12. REFERENCIAS Leyenda de la ubicación de las referencias:

Biblioteca de inelectra.

Directorio de Instrucciones de Trabajo en el servidor de inelectra Panamá, S. A.

Servicio de Normas PDVSA o Internacionales en la ineweb.

Intranet de Procesos.

[1] 2007 ASME. Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII - Rules for

Construction of Pressure Vessels. Division I.

[2] ACS Industries, INC., Separations Technology Division, Mist Eliminator Design Manual, Texas, USA, pp. 4-13 (2004).

[3] AMISTCO Separation Products, Inc.

[4] API SPEC 12J: Specification for Oil and Gas Separators, 7th Edition

(1989).

[5] API Standard 617. Axial and Centrifugal Compressors and Expander-compressors for Petroleum, Chemical and Gas Industry Services. Seventh Edition, July 2002.

[6] API Standard 650. Welded Steel Tanks for Oil Storage. Eleventh

Edition, June 2007.

[7] Arnold, K. y Maurice S., Surface Production Operations, Vol. 1, Gulf Publishing Company, Texas, USA, 1991.

[8] ASME B16.5-2003. Pipe Flanges and Flanges Fittings. [9] ASME B36.10M-2004. Welded and Seamless Wrought Steel Pipe.

[10] Campbell, J. M., Gas Conditioning and Processing, Vol. 2, Campbell

Petroleum Series, 6ª Edición, 1989.

[11] CRANE, Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías, McGraw-Hill, México. 1997.

http://ineweb/�

http://www.amistco.com/index.html�

INEDON




[12] Gas Processors Suppliers Asociation (GPSA), Engineering Data Book,

11th Edition, Vol. I, Cap. 7, 1998.

[13] Giozza, W., Simulation of gas-oil separator behavior under slug flow conditions, The University of Tulsa, Fluid Flow Projects, 1983.

[14] Guerra, J.J. y J. Menéndez, Programas para el dimensionamiento de separadores y estudio de flujo laminar en régimen turbulento, INTEVEP (Instituto de Tecnología Venezolana para el Petróleo), Los Teques, Feb. 1991.

[15] NACE International Standard MR0175/ISO 15156. Item N° 21306. Petroleum and Natural Gas Industries – Materials for Use in H2S-Containing Environments in Oil and Gas Procution. First Edition.

[16] Otto H. York Co.: Fabian, P., Cusack R. y P. Henessey, Demystifying: The Selection of Mist Eliminators, Part I”, Chemical Engineering. Nov. 1993.

[17] PDVSA, Separadores Líquido - Vapor, Guía de Ingeniería N° PDVSA 90616.1.027. Mayo 1991.

[18] Perry R.H. y D. Green., editores, Manual del Ingeniero Químico, 3ª edición en español, McGraw-Hill, México, Tomo V, (1996).

[19] Souders, M y Brown, G., Design of Fractionating Columns-Entrainment and Capacity, Industrial and Engineering Chemistry, V. 26, No. 1, January 1934.

[20] Supreme Supply Company, Inc.

[21] Svrcek, W.Y. y Monnery, W.D., Design Two-Phase Separators Within the Right Limits, Chemical Engineering Progress. October 1993.

[22] Wallas, S. M. Chemical Process Equipment. Selection and Design. Butterwoth-Heinemann Series in Chemical Engineering. 1990.

[23] Zabala Ana Karina, Revisión, redefinición y ampliación del programa “Diseño de Separadores” de inelectra, S. A. C. A. Tesis de grado Universidad Metropolitana, Caracas. 2005.

http://www.supremesupplycompany.com/misteliminator.htm�

INEDON




A N E X O 1 – H O J A D E C Á L C U L O P A R A L O S S E P A R A D O R E S G A S -L Í Q U I D O (903-HM120-P09-GUD-065-1.xls)

http://ineweb/k3100proceso/IntranetProcesos2008/Manual/INEDON/903-HM120-P09-GUD-065-1.xls�

INEDON




A N E X O 2 – C Á L C U L O D E V O L U M E N P A R C I A L E N R E C I P I E N T E S H O R I Z O N T A L E S

INEDON




LISTA DE SÍMBOLOS (para este Anexo)

Símbolo Definición Unidad b Altura del casquete [ft], [m] D Diámetro interno del separador [ft], [m] f (Zc) Coeficiente para el volumen en la sección

cilíndrica

f (Ze) Coeficiente para el volumen en el casquete H1 Altura del nivel de líquido [ft], [m] K1 Relación entre la altura del casquete y el

diámetro [Adimensional]

L Longitud TL/TL del separador [ft], [m] VP Volumen parcial en el separador [ft3], [m3] α Ángulo relativo a la altura de líquido en el

separador [radianes]

Las siguientes ecuaciones son extraídas de la Ref. [12] para recipientes horizontales con casquetes elipsoidales 2:1.

Figura 55Representación de las distancias para las ecuaciones [12].

El volumen parcial, incluyendo los casquetes se calcula con la ecuación siguiente:

( ) ( )ZcfLDZefDKVP ⋅⋅⋅+⋅⋅⋅= 231 4

161 ππ Ec. 100

b L

D

H1

D/2α

INEDON




Donde:

DbK 2

1 = Ec. 101

4Db = Ec. 102

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−=

DH

DHZef 1

21 23 Ec. 103

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅−

=π

ααα )()( cossenZcf Ec. 104

⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅=211

1

22

arctan2HDH

Hα Ec. 105

El valor de H1 es sustituido con los valores mínimos o los asumidnos para los niveles de líquido en el separador. Esto permite que el cálculo del volumen incluya los casquetes, lo que a su vez, podría permitir una disminución de la longitud y/o del diámetro y mantener los tiempos de residencia requeridos. Este Anexo no tiene como objetivo suministrar una guía paso debido a su complejidad, es solo información para que el usuario de la Hoja de Cálculo del Anexo 3 conozca la procedencia de las ecuaciones.

INEDON




A N E X O 3 – H O J A D E D A T O S P A R A L O S S E P A R A D O R E S (903-HM120-P09-GUD-065-3.xls)

http://ineweb/k3100proceso/IntranetProcesos2008/Manual/INEDON/903-HM120-P09-GUD-065-3.xls�

Documents

Separadores Bifasicos