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7/24/2019 seleccion y diseo de separadores bi y trifasicos
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Dimensionamiento de Separadores Bifsicos
Parmetros que Intervienen en el Diseo del Separador
Para los efectos de diseo de un separador se deben considerar losparmetros que afectan el comportamiento del sistema.
En primer lugar se deben tomar en cuenta las propiedades de los
fluidos, las cuales derivan el comportamiento de las fases que se
separan cuando la mezcla de hidrocarburo entra al recipiente.
Entonces, las caractersticas del gas ! del lquido dentro de la
unidad intervienen de manera directa en el dimensionamiento.
Dentro de estas propiedades tenemos"
#iscosidad del gas #iscosidad del aceite
Densidad relativa del gas.
$ravedad %PI del aceite
&actor de compresibilidad del gas
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De igual manera debemos considerar los parmetros de
operaci'n bsicos que de igual manera intervienen de manera
directa en el dimensionamiento. Dentro de estos parmetros
tenemos"
Presi'n.
(emperatura.
$asto de $as.
$asto de %ceite. $asto de %gua )de ser requerida*.
Parmetros a Determinar para el Dimensionamiento de
Separadores
Es fundamental determinar ciertas caractersticas geom+tricas
para obtener una separaci'n eficiente de los fluidos provenientes
del pozo, por lo tanto se necesita definir"
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apacidad de gas.
apacidad de lquido.
Dimetro del separador. -ongitud del separador.
Dimensi'n de las boquillas de entrada ! salida del separador.
-as caractersticas de dimensionamiento deben satisfacer lasnecesidades de producci'n tomando en cuenta el menor costo
posible, para tal fin es ms recomendable aumentar la longitud
que el dimetro.
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Separadores orizontales /ifsicos
Para el dimensionamiento de los separadores horizontales bifsicoses necesario seleccionar una longitud de costura a costura ! un
dimetro. Esta selecci'n debe satisfacer las caractersticas para la
capacidad de gas que permitir a las gotas de lquido caer desde el
gas hasta la zona de volumen de lquido, mientras que el gas
atraviesa la longitud efectiva del separador. De igual manera debe
proveer un tiempo de retenci'n suficiente para que el lquido se
separe del gas.
En el diseo de separadores intervienen muchos parmetros, se
requiere unos datos de entrada, los cuales permiten el desarrollo deuna serie de clculos, que nos llevan a obtener varios separadores
que cumplen con las e0igencias de operaci'n. De este grupo de
separadores debemos elegir +l mas adecuado econ'micamente.
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Datos de entrada:
Presi'n 1 p )psia*
(emperatura 1 ( )2&* $asto de aceite 1 3o)/l4da*
$asto de gas 1 3g)55PD*
Densidad relativa del gas 1 $Eg $ravedad %PI del aceite (amao de gota 1 dm)micr'n*. Si no es dato se suponen 677
micrones.
Secuencia de calculo:
Paso 1 - Calcular mediante cualquier mtodo disponible el
factor de compresibilidad del gas (z) (Standing & atz!
Sarem! "all & #arboroug$! %rill & %eggs! etc)
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Paso ' - Calcular la iscosidad del gas
Empezamos por determinar el peso molecular del gas.
-uego la densidad del gas
Donde"
p 1 presi'n )psia*
( 1 temperatura )28*
9g
1 densidad del gas )lb4pie:*
Se transforma la densidad a unidades .$.S.
;..):*
;..)
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-uego se calculan los parmetros %, /, .
= finalmente se calcula la viscosidad del gas
;..)>*
;..)?*
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Paso - Calcular el coeficiente de arrastre * la +elocidad de
asentamiento! mediante el siguiente mtodo iterati+o
-a velocidad de asentamiento es la velocidad con la que el aceite
se desprenda de la fase continua, en este caso el gas, ! vienedada por la siguiente ecuaci'n"
;..)@*
omo no conocemos el coeficiente de arrastre )D* ! +ste
depende del nAmero de 8e!nolds del proceso de asentamiento, el
cual a su vez depende de la velocidad de asentamiento, el clculo
de ambas variables se hace por el siguiente m+todo iterativo"
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Se supone un valor de Dsup 1 7.:> ! calculamos #tsup con la
ecuaci'n )@*.
-uego se debe calcular el BAmero de 8e!nolds )8e* por medio
de la siguiente ecuaci'n"
;..)C*
on este valor de 8e se calcula el valor de Dcalc usando lasiguiente ecuaci'n"
;..)*
-uego con este valor se calcula el valor de #tcalc con la mismaecuaci'n )@*. Si 7.776 entonces los valores de Dcalc ! #tcalc
seran los valores reales de estas variables, de lo contrario, se
tendr que repetir la secuencia a partir del clculo de 8e con la
ecuaci'n )C*.
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Paso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()
Este parmetro posee gran relevancia al momento de predecir el
comportamiento de los fluidos dentro del recipiente. F es una
constante que depende de las propiedades del gas ! el lquido ! eltamao de la gota de lquido a ser separada del gas. #iene dada
por la siguiente ecuaci'n"
;..)G*
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Paso . - Calcular tabla de capacidad de gas
-a capacidad de gas del separador est dada por el dimetro del
recipiente ! la longitud efectiva de separaci'n ! se calcula con la
siguiente ecuaci'n"
Donde"
( 1 temperatura )28*
p 1 presi'n )psia*
3g 1 gasto de gas )55PD*
z 1 factor de compresibilidadd 1 dimetro del separador )pulgadas*
-eff 1 longitud efectiva del separador )pies*
;..)67*
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Se procede a calcular el dimetro base por la siguiente ecuaci'n"
-a relaci'n longitudHdimetro )8* permitir seleccionar el
separador que garantice su 'ptimo funcionamiento, de menor
tamao ! por ende el ms bao costo. Este parmetro es
comAnmente usada para el diseo entre los rangos de : ! >. -actte es igual a dJ-eff.
Enseguida se calcula la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff* ! la
-ongitud costuraHcostura )-ss* para el dimetro base ! enmAltiplos de @ plg con las ecuaciones"
;..)66*
;..)6
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De esta forma se obtendr una tabla de capacidad de gas"
d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R=12(Lss/d)
d1=dbase
d2=
dbase+6
d3=d2+6
dn=dn-1+6 R>4Paso / - Calcular tabla de capacidad de aceite
-a capacidad de lquido est relacionada con el tiempo retenci'n,
el cual es el tiempo suficiente para lograr el equilibrio entre la
fase lquida ! la fase gaseosa a la temperatura ! presi'n de
separaci'n. -os tiempos de retenci'n recomendados son"
API del Aceite Tiempo de retencintr(min)
>40 1 a 2
25-40 1 a 3
< 25 y/o espumoso 3 a 12
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-a capacidad de lquido del separador se calcula mediante la
siguiente ecuaci'n"
Donde"
3l1 gasto de lquido )bpd*
d 1 dimetro )pulgadas*
-eff1 longitud efectiva )pie*
tr1 tiempo de retenci'n )min*
De igual manera que se hizo para la capacidad de gas, calculamos
la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff* ! la -ongitud costuraH
costura )-ss* para el dimetro base ! en mAltiplos de @ plg conlas ecuaciones"
;..)6:*
;..)6>, 6?, 6@*
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Kbtenemos entonces la (abla de capacidad de lquido, suponiendo
tiempos de retenci'n en los rangos recomendados"
tr d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R=12(Lss/d)
3 d1=dbase
3 d2= dbase+6
3 d3=d2+63 dn=dn-1+6
2 d1=dbase
2 d2= dbase+6
2 d3=d2+6
2 dn=dn-1+6
1 d1=dbase
1 d2= d
base+6
1 d =d +6
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omparamos las longitudes obtenidas por la capacidad de gas !
la capacidad de lquido, va a predominar en el diseo la longitud
ma!or, debido a que tomando esta longitud se garantiza que la
fase que tiene una longitud menor, se separe !a que el separador
tendr ma!or longitud.
&inalmente seguimos escalando el dimetro del separador de @
en @ hasta encontrar el de dimetro menor que tenga una 8 entre
: ! >. Ese separador ser el apropiado para separar nuestra
mezcla gasHlquido a las condiciones de operaci'n especificadas.
Paso 0 2scalar * seleccionar el separador adecuado
Paso 3 Calculo del di4metro de la boquilla de entrada
Primero se calcula el gasto de gas a condiciones de operaci'n"
;..)6C*
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Donde"
3g1 gasto de gas )pie:4da Lcs*
9g1 densidad de gas )lb4pie:*
3gop1 gasto de gas a condiciones de operaci'n )pie:
4seg*-uego calculamos la Densidad de la mezcla"
Donde"
3o1 gasto de aceite )pie:4seg*
9o1 densidad del aceite )lb4pie:*
9mezcla1 densidad de la mezcla )lb4pie:*
Enseguida calculamos la velocidad del fluido en la boquilla"
#boq1 velocidad de la boquilla )pie4seg*
;..)6*
;..)6G*
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-a m0ima velocidad permitida en esta boquilla es de :7 pie4seg,
si es ma!or se trabaa con :7 pie4seg.
&inalmente se calcula el Dimetro de la boquilla"
Mboq
1 dimetro de la boquilla )pie*
Paso 5 Calculo del di4metro de la boquilla de salida de gas
alculamos la #elocidad del gas en la boquilla"
;..)
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= el Dimetro de la boquilla de salida de gas estar dado por"
;..)
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Separadores #erticales /ifsicos
En los separadores verticales se debe mantener un dimetro
mnimo que permita a las gotas de lquido separarse del gas en
movimiento. El tiempo de retenci'n de lquido requiere una
combinaci'n especfica de dimetro ! altura para el volumen de
lquido. ualquier dimetro ma!or al mnimo requerido para la
capacidad de gas puede ser utilizado.
Datos de entrada: Presi'n 1 p )psia*
(emperatura 1 ( )2&*
$asto de aceite 1 3o)/l4da*
$asto de gas 1 3g)55PD* Densidad relativa del gas 1 $Eg $ravedad %PI del aceite
(amao de gota 1 dm)micr'n*. Si no es dato se suponen 677
micrones.
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En el dimensionamiento de separadores gasHlquido vertical, los
siguientes pasos se realizan igual que como se hace para el
dimensionamiento de separadores gasHlquido horizontal"
Paso 1 - Calcular el factor de compresibilidad (8)
Paso ' - Calcular la +iscosidad del gas
Paso - Calcular el coeficiente de arrastre * la +elocidad de
asentamientoPaso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()
Paso . - Calcular la capacidad de gas! para determinar el
di4metro base del separador
;..)*
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Donde"
( 1 temperatura )28*
p 1 presi'n )psia*
3g
1 gasto de gas )55PD*
z 1 factor de compresibilidad
d 1 dimetro del separador )pulgadas*
Paso / - Calcular la capacidad de l7quido con el di4metro base!
para obtener la altura de l7quido
;..)
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Nna vez que se tengan determinados el dimetro ! la altura de
lquido, procedemos a calcular la longitud de costura a costura
del separador"
Donde"
-ss
1 -ongitud costuraHcostura )pies*
;..)
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Paso 0 Seleccionar el separador adecuado
Si el valor obtenido de 8 es menor que tres ):*, se toma como
dimetro mnimo el de la capacidad de gas, !a que es el dimetro
base necesario para separar el gasto de gas especificado.
Si el valor de 8 es ma!or que tres ):*, se genera la tabla de
capacidad de lquido a partir del dimetro mnimo ! para
dimetros ma!ores con una variaci'n de seis en seis ! suponiendotiempos de retenci'n en los rangos recomendados"
El separador seleccionado ser el de dimetro menor que tenga
una 8 entre : ! >.
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tr d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R=12(Lss/d)
3 d1=dbase
3 d2
= dbase
+6
3 d3=d2+6
3 dn=dn-1+6
2 d1=dbase
2 d2= dbase+6
2 d3=d2+6
2 dn=dn-1+6
1 d1=dbase
1 d2= dbase+6
1 d3=d2+6
1 dn=dn-1+6
-a determinaci'n de las boquillas de entrada ! salida del
separador se hacen de la misma manera que se hace para un
separador horizontal bifsico.
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Separadores (rifsicos orizontales
Datos de entrada:
Presi'n 1 p )psia*
(emperatura 1 ( )2&*
$asto de aceite 1 3o)bpd*
$asto de gas 1 3g)55pcd*
$asto de agua 1 3O)bpd*
Para el dimensionamiento de los separadores horizontales se
necesita seleccionar una longitud de costura a costura ! un
dimetro. Esta selecci'n debe satisfacer las caractersticas para la
capacidad de gas que permitir a las gotas de lquido caer desde
el gas hasta la zona de volumen de lquido, mientras que el gas
atraviesa la longitud efectiva del separador. De igual manera debe
proveer un tiempo de retenci'n suficiente para que los lquidos)aceite ! agua* se separen.
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Densidad relativa del gas 1 $Eg
Densidad relativa del agua 1 $EO $ravedad %PI del aceite
#iscosidad del aceite 1 o)cp*
(amao de gota 1 dm)micr'n*
(iempo de retenci'n del aceite 1 tro)min*
(iempo de retenci'n del agua 1 trO)min*
En el dimensionamiento de los separadores horizontales trifsicos
los siguientes pasos se realizan igual que como se hace para el
dimensionamiento de separadores gasHlquido horizontal"
Paso 1 - Calcular el factor de compresibilidad (z)Paso ' - Calcular la +iscosidad del gas
Paso - Calcular el coeficiente de arrastre * la +elocidad de
asentamiento
Paso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()
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Paso . - Calcular la capacidad de gas! para determinar el
di4metro base del separador
Donde"
( 1 temperatura )28*
p 1 presi'n )psia*
3g1 gasto de gas )55pcd*
z 1 factor de compresibilidad
d 1 dimetro del separador )pulgadas*
-eff 1 longitud efectiva del separador )pie*
El dimetro base del separador est dado por"
Donde 8 es igual a : ! -a ctte es igual a dJ-eff.
;..)
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Enseguida se calcula la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff*
para el dimetro base ! en mAltiplos de @ plg con la ecuaci'n"
;..):7*
De esta forma se obtendr una tabla de capacidad de gas"
d (plg) Lf( pie)
d1=dbase
d2=
dbase+6
d3=d2+6
dn=dn-1+6Paso / - Calcular la retenci9n de l7quido
;..):6*
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Donde"
3o1 gasto de aceite )bpd*
3O1 gasto de agua )bpd*
tro1 tiempo de retenci'n del aceite )min*trO1 tiempo de retenci'n del agua )min*
alculamos la -ongitud efectiva de operaci'n )-eff* ! la
-ongitud costuraHcostura )-ss* para el dimetro base ! en
mAltiplos de @ plg con las ecuaciones"
De esta manera generamos la tabla para la retenci'n de lquido.
;..):
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d (plg) Lf( pie) Lss(pie) R
d1=dbase
d2= dbase+6
d3=d2+6
dn=dn-1+6
d1=dbase
d2= dbase+6
d3=d2+6
dn=dn-1+6
d1=dbase
d2= dbase+6
d3=d2+6
dn=dn-1+6
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Paso 0 Seleccionar el separador adecuado
omparamos las longitudes obtenidas por la capacidad de gas !
la retenci'n de lquido, va predominar en el diseo la longitud
ma!or, debido a que tomando esta longitud se garantiza que la
fase, que tiene una longitud menor se separe !a que el separador
posee ma!or longitud.
De la tabla obtenida seleccionamos el separador de dimetromenor que tenga una 8 entre : ! ?.
Paso 3 Calcular el di4metro de la boquilla de entrada
Primero se calcula el gasto de gas a condiciones de operaci'n"
Donde"
3g1 gasto de gas )pieQ4da L cs*
9g1 densidad de gas )lb4pieQ*
3gop1 gasto de gas a cond. Kp. )pieQ4seg*;..)::*
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-uego calculamos la Densidad de la mezcla"
3gop1 gasto de gas a cond. Kperaci'n )pie:4seg*
3o1 gasto de aceite )pie:4seg*
3O1 gasto de agua )pie:4seg*
9g1 densidad de gas )lb4pie:*9o1 densidad del aceite )lb4pie
:*
9O1 densidad de agua )lb4pie:*
9m 1 densidad de la mezcla )lb4pie:*
Enseguida calculamos la velocidad del fluido en la boquilla"
#boq
1 velocidad de la boquilla )pie4seg*
;..):>*
;..):?*
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-a m0ima permitida es de :7 pie4seg, si es ma!or se trabaa con
:7 pie4seg.
&inalmente se calcula el Dimetro de la boquilla"
Mboq1 dimetro de la boquilla )pie*
Paso 5 Calcular el di4metro de la boquilla de salida de gas
alculamos la #elocidad del gas en la boquilla"
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= el Dimetro de la boquilla de salida de gas estar dado por"
Paso 16 Calcular el di4metro de la boquilla de salida de
lquido
3o1 gasto de aceite )pie:4seg*
3O1 gasto de agua )pie:4seg*
Mbso1 dimetro de la boquilla de salida de aceite )pie*
-a velocidad para la salida de lRquido )#bl* est entre 6 ! :
pie4seg, normalmente se trabaa con el valor de < pie4seg.
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Separadores (rifsicos #ertical
Datos de entrada:
Presi'n 1 p )psia*
(emperatura 1 ( )2&*
$asto de aceite 1 3o)bpd*
$asto de gas 1 3g)55pcd* $asto de agua 1 3O)bpd*
Densidad relativa del gas 1 $Eg
Densidad relativa del agua 1 $EO$ravedad %PI del aceite#iscosidad del aceite 1 o)cp*
(amao de gota 1 dm)micr'n*
(iempo de retenci'n del aceite 1 tro)min*
(iempo de retenci'n del agua 1 trO)min*
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En el dimensionamiento de los separadores verticales trifsicos
los siguientes pasos se realizan igual que como se hace para el
dimensionamiento de separadores horizontales trifsicos"
Paso 1 - Calcular el factor de compresibilidad (z)
Paso ' - Calcular la +iscosidad del gas
Paso - Calcular el coeficiente de arrastre * la +elocidad de
asentamientoPaso , - Calcular la constante de Souders * %ron ()
Paso . - Calcular la capacidad de gas! para determinar el
di4metro base
( 1 temperatura )T8*
p 1 presi'n )psia*
3g 1 gasto de gas )55pcd*
d 1 dimetro del separador
)pulgadas*
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alculamos el dimetro base para el aceite
3o1 gasto de aceite )bpd*
d 1 dimetro del separador )pulgadas*U$E 1 $EOH $Eo
1 viscosidad del aceite )cp*
Paso / - Calcular la retenci9n de l7quido
3o 1 gasto de aceite )bpd*
3O 1 gasto de agua )bpd*
tro 1 tiempo de retenci'n del aceite )min*
trO 1 tiempo de retenci'n del agua )min*d 1 dimetro de separador )pulgadas*
ho V hO 1 altura de lquido )pulgadas*
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alculamos longitud de costura a costura
= calculamos la relaci'n de longitud
Paso 0 Seleccionar el separador adecuado
Si el valor obtenido de 8 es menor que tres ):*, se toma como
dimetro mnimo el de la capacidad de gas, !a que es el dimetro
base necesario para separar el gasto de gas especificado.
Si el valor de 8 es ma!or que tres ):*, se genera la tabla de
capacidad de lquido a partir del dimetro mnimo ! para
dimetros ma!ores con una variaci'n de seis en seis.
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El separador seleccionado ser el de dimetro menor que tenga
una 8 entre 6.? ! :.
d (plg) ho+hw( plg)
Lss(pie) R=12(Lss/d)
d1=dbase
d2= dbase+6
d3=d2+6
dn=dn-1+6
d1=dbase
d2= dbase+6
d3=d2+6
dn=dn-1+6
d1=dbase
d2= dbase+6
d3=d2+6
dn=d
n-1+6
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2;ercicio Separador