CURSO Diseno Seleccion Separadores Parte 4b

DISEÑO Y SELECCIÓN DESEPARADORES

Dimensionamiento de Separadores Bifásicos

Horizontales


50

01190.

D

m

g

glt C

d.V ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

ρρρ

donde:Vt : Velocidad terminal, ft/segρl : densidad del liquido (Lb/ft3)ρg : densidad del gas (Lb/ft3)dm: diámetro de la gota, micronesCD: Coeficiente de arrastre partícula, adimensional

Capacidad de Gas. Diámetro del recipiente

Separador BifásicoSeparador Horizontal: Dimensionamiento


donde:CD: Coeficiente de arrastre, adimensionalRe: Numero de Reynolds.dm: diámetro de la gota, micronesrg : densidad del gas, lb/ft3Vt : velocidad terminal, ft/segµg : viscosidad del gas, cP

34032450 .

ReReC .D ++=

g

tgm Vd.Re

μρ

00490=




vg

QA ≈

Q Z x T x Ps=Zs x Ts x P

x Qs donde: Q = Flujo de Gas @ P,T (ft3/seg)Qs = Flujo de Gas a condiciones estándar. (ft3/seg)Z = Factor de Compresibilidad @ P,TT = Temperatura de Operación (ºR)P = Presión de Operación (psia)Zs = Factor de Compresibilidad estándar (=1)Ts = Temperatura estándar(ºR)Ps = Presión estándar (psia)ρg = Densidad del gaswg = Flujo másico de gas (lbs/seg)A = Área transversal (ft2)Vg = Velocidad del gas (ft/seg)

wgQρg

≈




50

420.

m

D

gl

ggeff d

CQPZTdL ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ρρρ

donde:d : Diámetro interno del separador, pulg.Leff : Longitud efectiva del separador, pies.Qg : Flujo de gas, MMPCED.Z : Factor de compresibilidad a P y T, adimensional.T : Temperatura de operación, ºRP : Presión de operación, psia.ρg : Densidad del gas, Lb/ft3ρl : Densidad del liquido, Lb/ft3CD : Coeficiente de arrastre, adimensional.dm : Diámetro de gota de liquido a separar, micrones.




donde:d : Diámetro interno del separador, pulg.Leff : Longitud efectiva del separador, pies.Qw : Flujo de agua, BPD.trw : Tiempo de retención del agua, min. Qo : Flujo de crudo, BPD.tro : Tiempo de retención del crudo, min.

702

.l

effQtrLd =

Cálculo de tiempo de retención de líquido



Agas

Alíquid

50%

50%

Area del recipiente: A= 2Agas

πAdi

•≈

4

La longitud es calculada con un valor supuesto de L/d

Consideraciones de diseño para el área



Agas

Aliquido

50%

50%

LAV ll ⋅≈Volumen de Líquido “Hold-up” Vl = volumen de líquido (ft3)

Al = Área de liquido (ft2)

L = Longitud (ft)

trl = Tiempo “Hold-up”(min)

Ql = Caudal de líquido (ft3/min)

Tiempo “Hold-up”

l

lrl Q

Vt⋅

≈60

Verificación de diámetro de la zona de líquido



Para capacidad de gas

Para capacidad de liquido

12d

effLssL +=

effss LL34

=

Relación de esbeltez ( )43

12 yentredLss =

donde:Lss : longitud costura-costura recipiente, pie.Leff : longitud efectiva recipiente, pie.d : diámetro del recipiente, pulg.

Longitud de costura a costura y Relación de esbeltez


Es necesario ajustar L para establecer la relación de esbeltez L/D entre 2.5 y 6. SI esto no es posible, habrá que ajustar d y repetir el proceso considerando el efecto de K


ºAPI Tr (min)> 40 1.5

25 < ºAPI < 40 3< 25 5

Tiempos de retención típicos según la clasificación del crudo:



Tamaño de Boquillas


Para la estimación del tamaño de boquilla se utilizaran las siguientes ecuaciones:

miv ρ30 < ggv ρ60 < smvl 1 <

donde:

vi = velocidad de entrada de la boquilla, m/s

vg = velocidad de gas de salida de la boquilla, m/s

vl = velocidad de liquido de salida de la boquilla, m/s

ρm = densidad de mezcla de entrada, kg/m3.

ρg = densidad del gas, kg/m3.


Procedimiento para el Dimensionamiento de Separadores Bifásicos

Horizontales


1. Calcular el valor dxLeff que satisfaga la capacidad de gas a través de la siguiente ecuación:

50

420.

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=m

D

gl

ggeff d

CQP

ZTdLρρ

ρ

Para el calculo de dm, se puede asumir el valor recomendado por la norma API, de 150 micrones.

Para el calculo del coeficiente de arrastre CD, se utiliza la formula:

34032450 .

ReReC .D ++= (1)

Procedimiento para el Dimensionamiento del Separador HorizontalSeparadores Bifásicos


Para calcular el numero de Reynolds de la gota se utiliza la formula:

Y para calcular la Velocidad Terminal Vt se usa la formula:

Como se puede observar, el valor de CD se repite como incógnita en las ecuaciones, por lo que la solución tiene que ser por ensayo y error (iteración).

g

tgm Vd.Re

μρ

00490=

50

01190.

D

m

g

glt C

d.V ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

ρρρ

(2)

(3)



Para calcular el valor de CD utilizar el siguiente procedimiento:

a. Asuma un valor de CD.

b. Calcular Vt de la formula (3).

c. Conociendo Vt, calcular el Re, de la formula (2).

d. Calcular entonces nuevamente CD con la formula (1), si dicho valor es igual al asumido, continuar con el siguiente paso, si no repetir la iteración hasta que los dos valores sean iguales.



2. Ya obtenido CD y el correspondiente valor de la expresión dxLeff, se elabora una tabla para diferentes valores de “d” y “Leff”. Adicionalmente, se calculan y tabulan diferentes longitudes costura a costura Lss, con la siguiente formula:

d (pulg.) Leff (pie) Lss (pie)

12dLL effss +=

Para Capacidad de Gas



3. Para uno o varios tiempos de retención requeridos (de acuerdo al tipo de crudo y los procesos involucrados), calcular el valor de d2xLeff y efectuar combinaciones de valores de “d” y “Leff”. Se calcula la longitud costura-costura (Lss) y relación de esbeltez (Lss/d) para esas combinaciones, a través de las siguientes ecuaciones:

702

.l

effQtrLd =

tr (min) d (pulg.) Leff (pie) Lss (pie)* (12)Lss/d

effss LL34

=

( )dLss12

=Esbeltez de laciónRePara Capacidad de Líquido

*: Lss tabulado corresponde al mayor valor calculado entre las capacidades de gas y líquido



6. Para una mejor visualización del diseño, se pueden graficar los valores de “d” y “Leff” para el gas y para el tiempo de retención de líquido, asi como las líneas de relaciones de esbeltez optimas (3 y 4). Allí se podrá verificar más fácilmente los rangos donde se encuentra la mejor combinación de valores de “d” y “Leff” que cumplan con los requerimientos de proceso presentes.

7. Se selecciona un “d” y un “Lss” que satisfaga la capacidad de gas, el tiempo de retención requerido y la relación de esbeltez óptima (entre 3 y 4).



Diseñar separadores verticales y horizontales, para un fluido con 2000 BPD de líquidos y 10 MMPCED de gas, a una presión de 1000 psia y una temperatura de 60 oF. Z=0.84.

Ejercicio

Separadores Bifásicos


Los separadores trifásicos son los comúnmente utilizados para separar tres fases: Aceite, Agua y Gas. Se pueden clasificar de acuerdo a la geometría en verticales y horizontales. Su selección dependerá de los requerimiento y especificaciones de los productos, así como las condiciones o estimación de producción durante la vida útil del campo.

Generalidades

Separadores Trifásicos

Entre los más conocidos figuran:•Separador de agua libre.•Separador de producción.•Tratador de aceite.•Tratador de agua.


El agua en una corriente de la producción del petróleo crudo puede tomar varias formas como se muestra en la figura:

h

h oh e

h w

Agua

Emulsion

Petróleo

Tiempo

h w/h

% agua

Generalidades

La capa de agua va creciendo con el tiempo.



Generalidades

La producción de agua viene con el crudo generalmente en dos formas (libre y emulsionada). La capa de agua libre aparece en el fondo de los recipientes y crece con el tiempo como es demostrado en la curva. Después de cierto periodo, dependiendo del caso (entre 3 y 30 minutos) el cambio del nivel de agua es despreciable.

La fracción de agua decantada por gravedad es llamada agua libre. Lo mas recomendado es separar el agua antes que se convierta un problema y pase hacer una fase emulsionada.

Un buen diseño de un separador permitirá la separación de los fluidos provenientes del pozo: gas y dos tipos de líquidos: aceite y agua.



Generalidades

Los separadores de tres fases, tienen las mismas cuatro zonas de separación que los dos fases, el fluido entra por los deflectores o distribuidores produciendo la separación gas liquido por el cambio brusco de las velocidades.

Aquí viene un pequeña diferencia con los separadores de dos fases, que el diseño de los deflectores contiene un distribuidor que dirige el flujo de liquido debajo de la interfase crudo/agua. La razón de esto es promover la coalescencia de gotas de agua en el crudo, por el proceso llamado lavado de agua.

La segunda zona que es la zona de decantamiento por acción de lagravedad, aquí ocurre las separación de las tres fases, con la diferencia que algunos aceites contienen emulsiones en la fase oleica.



Generalidades

La tercera zona es la de coalescencia de gotas de liquido, para la cual se utiliza el eliminador o extractor de neblina.

La cuarta zona es la recolección de liquido, es donde existe la gran diferencia, el separador debe proporcional suficiente tiempo para que exista la separación de la fase liquida y que se forme una capa emulsionada en el tope.

A diferencia de los separadores de dos fases, los trifásicos contienen dos elementos importantes llamados cesto o balde y los vertederos. Los cuales vamos a discutir mas adelante.



Gravity Settling Section

+ Emulsion

Separador Horizontal



•La función de los cestos y vertederos (rebosadero) es eliminar la necesidad de colocar controladores de interfase liquidas. Esto es cuando hay un sobre llenado o un sobre flujo, los líquidos fluyen sobre los vertederos o rebosaderos, donde el control de nivel es un simple flotador.


Vertederos, Cestos y Tubo ascendente

•La altura de los rebosadero o vertederos controla el nivel de liquido en los separadores. La diferencia de altura de los rebosaderos o vertederos de del crudo y agua controla el paso del crudo por la diferencia de densidades.

•Es bastante critico para la operación del separador que la altura del rebosadero del agua este lo suficientemente por debajo del crudo, de tal manera que la columna de crudo genere suficiente tiempo de retención



Bucket and weir design

Fixed Weir Spillover Weir

Bucket & Weir

Bucket and Riser

Separador HorizontalVertederos, Cestos y Tubo ascendente



ΔΔh = h’o [ 1 – (ρo/ ρ w)]

Where: Δh = Distancia abajo vertedero de aceite, pulg.

ho = Altura colchón aceite, pulg.

ρ o, ρ w = Densidades aceite/agua, lbm/ft3

Diseño de vertedero y cesta

Calculo de la altura

Vertedero Aceite

Agua

AceiteVertedero Agua

h oh w h’

w

ΔΔh = ho + hw - h’w




Ejercicio

Demostrar que Demostrar que ΔΔh = h’o [ 1 – (ρo/ ρ w)]

Siendo h’o = ho - hw



WaterEmulsion

m1g (gas)

Oil

P atm

Po

hohw

he

m1l (oil+ water)wcl

m2g

p1g

m1w

m2w Only waterto flush drum

To flare system

Oil to 2nd Stage

m3gp2g

PC

xvg

LC

LCxvwm3l

m2l, wc2

Pw

Separador Horizontal de Agua LibreSeparadores Trifásicos


Ventajas:Reduce la velocidad del gas, mejorando la separación gas-liquido.Incrementa la capacidad de manejo de gas, sin incrementar el diámetro del separador. Recomendado para alta GOR.

Gas Outlet

Gas Outlet

Fluid Inlet (Multiphase)

Water Outlet

Oil Outlet

Oil Outlet

Water Outlet

Separador Horizontal de Agua Libre (Flujo Dividido)Separadores Trifásicos


Fluid Inlet (Multiphase)

Gas OutletMist ExtractorInlet

Diverter Fire Tubes

Water Outlet

Coalescence Plates

OilOutlet

Corrugated PlatesSand Removal

System

Separador Horizontal Térmico-MecánicoSeparadores Trifásicos


Fluid Inlet (Multiphase) Gas Outlet Oil Outlet

Free water Outlet

Water Outlet(Electrostatic)

Separador Horizontal Tratador ElectroestáticoSeparadores Trifásicos


Ventajas:Menor tamaño del equipo. Incrementa la eficiencia y la capacidad de un equipo existente.Reduce significamente el uso de químicos y anti espumantes.Fácil de instalar en equipos operando.

Fluid Inlet

OilOutlet

Water Outlet

Gas Outlet

Vortex Tube at the inlet

Separador Horizontal con Tubos VortexSeparadores Trifásicos


Spreader

Downcomer

Water Out

Oil

Inlet

Inlet Diverter

Pressure Control Valve

Gas OutMist Extractor

Chimney

Oil Out

Level Control Valves

Water

Separador VerticalSeparadores Trifásicos


Water Out

LC

Oil Out

LC

Water

Oil

Water Out

LC

Oil Out

LC

WATER

OIL

OIL

Oil Weir

Interface level control Interface level control with oil chamber

Esquema de control de nivel de liquido

Separador VerticalSeparadores Trifásicos


Oil Out

LC

Water

Oil

Water out

LC

Water

Adjustable height

Gas equalizing line

Water leg with or without oil chamber

Separador Vertical

Esquema de control de nivel de liquido



Desgasificador

Separador Vertical



Separador Vertical Gas – Lodo - Liquido



Separador Horizontal: Dimensionamiento



Cálculo de capacidad de Gas

Separador Horizontal: Dimensionamiento

50

01190.

D

m

g

glt C

d.V ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

ρρρ

donde:Vt = Velocidad terminal, ft/segρl = densidad del liquido (Lb/ft3)ρg = densidad del gas (Lb/ft3)dm: diámetro de la gota, micronesCD: Coeficiente de arrastre partícula, adimensional



donde:CD: Coeficiente de arrastre, adimensionalRe: Numero de Reynolds.dm: diámetro de la gota, micronesρg: densidad del gas, lb/ft3Vt: velocidad terminal, ft/segµg: viscosidad del gas, cP

34032450 .

ReReC .D ++=

g

tgm Vd.Re

μρ

00490=


Separador Horizontal: DimensionamientoSeparadores Trifásicos


50

420.

m

D

gl

ggeff d

CQPZTdL ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ρρρ

donde:d: Diámetro interno del separador, pulg.Leff : Longitud efectiva del separador, pies.Qg : Flujo de gas, MMPCED.Z: Factor de compresibilidad a P y T, adimensional.T: Temperatura de operación, ºRP: Presión de operación, psia.ρg:: Densidad del gas, Lb/ft3

ρl: Densidad del liquido, Lb/ft3

CD: Coeficiente de arrastre, adimensional.dm: Diámetro de gota de liquido a separar, micrones.




Capacidad para Sedimentación

o

moo

SGdtr.hμ

2

001280 Δ=

donde:ho: Altura del colchón de aceite, pulg.tro: tiempo de retención del aceite, min∆SG: Diferencia de gravedades especificas agua/aceite.dm: diámetro de la gota, micronesµo: Viscosidad del aceite, cP.




( )o

omaxo

SGtrhμΔ

= 320

donde:(ho)max: Altura máxima del colchón de aceite, pulg.tro: tiempo de retención del aceite, min∆SG: Diferencia de gravedades especificas agua/aceite.µo: Viscosidad del aceite, cP.

Teóricamente, para un dm = 500 micrones, se obtiene el mayor espesor del colchón de aceite. La formula se transforma en:



Aw: Área ocupada por fase de agua, Ft2.A: Área total del separador, Ft2.

Área ocupada por la fase de agua

wwoo

www

trQtrQtrQ.

AA

+= 50

Diámetro interno máximo recipiente

( )β

maxomax

hd =

dmax: diámetro interno recipiente, pulg.ho: Altura del colchón de aceite, pulg.β: Coeficiente “β" para un cilindro lleno a la mitad con liquido.



Cálculo tiempo de Retención

( )oowweff trQtrQ.Ld += 4212

donde:d: Diámetro interno del separador, pulg.Leff: Longitud efectiva del separador, pies.Qw: Flujo de agua, BPD.trw: Tiempo de retención del agua, min. Qo: Flujo de aceite, BPD.tro: Tiempo de retención del aceite, min.



•Para capacidad de gas

Longitud de costura a costura y Radio de Esbeltez

•Para capacidad de liquido

12dLL effss +=

effss LL34

=

•Radio de esbeltez( ) 4312 yentre

dL ss =

donde:Lss: longitud costura-costura recipiente, pie.Leff: longitud efectiva recipiente, pie.d: diámetro del recipiente, pulg.



Procedimiento para el Dimensionamiento del Separador Horizontal




1. Calcular dLeff para la capacidad de gas:50

420.

m

D

gl

ggeff d

CQPZTdL ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ρρρ


Para el calculo de CD, utilizar la formula:

34032450 .

ReReC .D ++= (1)



Procedimiento para el Dimensionamiento del Separador Horizontal• Para calcular el numero de Reynolds se utiliza la formula:

• Y para calcular la Vt utilizar la formula:

• Como se puede observar, el valor de CD se repite como incógnita en las ecuaciones, por lo que la solución tiene que ser por ensayo y error.

g

tgm Vd.Re

μρ

00490=

50

01190.

D

m

g

glt C

d.V ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

ρρρ

(2)

(3)



Procedimiento para el Dimensionamiento del Separador HorizontalPara calcular el valor de CD utilizar el siguiente procedimiento:







Procedimiento para el Dimensionamiento del Separador Horizontal2. Ya obtenido CD, calcular dLeff. Elaborar una tabla para diferentes

valores de d y Leff. Adicionalmente, calcular diferentes longitudes costura a costura Lss, con la siguiente formula:

12dLL effss += d (pulg.) Leff (pie) Lss (pie)




3. Calcular la máxima altura de colchón de aceite asumiendo dm = 500 micrón:

o

moo

SGdtr.hμ

2

001280 Δ=

4. Calcular el máximo diámetro para el colchón de aceite de la siguiente manera:a. Calcular:

wwoo

www

trQtrQtrQ.

AA

+= 50

b. Con este valor se entra al grafico y se calcula β:




c. Con el valor de β, calcular el dmax con la formula:

( )β

maxomax

hd =

5. Calcular d2Leff para cumplir con el tiempo de retención:

( )oowweff trQtrQ.Ld += 4212




6. Calcular la longitud costura a costura para capacidad de liquido:

7. Calcular el radio de esbeltez:

effss LL34

=

( ) 4312 yentredL ss =




8. Elaborar la tabla siguiente:

d (pulg.) Leff (pie) Lss (pie)* (12)Lss/d

*: el valor de Lss, tiene que ser el mayor entre el calculado de los puntos 2 y 6.

9. Seleccionar d y Lss que satisfaga las condiciones mencionadas.



Separador Vertical: Dimensionamiento



Calculo de capacidad de Gas


50

2 5040.

m

D

gl

ggmin d

CQPZTd ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ρρρ

donde:d: Diámetro interno del separador, pulg.Qg : Flujo de gas, MMPCED.Z: Factor de compresibilidad a P y T, adimensional.T: Temperatura de operación, ºRP: Presión de operación, psia.ρg:: Densidad del gas, Lb/ft3

ρl: Densidad del liquido, Lb/ft3

CD: Coeficiente de arrastre, adimensional.dm: Diámetro de gota de liquido a separar, micrones.



Separador Vertical: DimensionamientoCalculo de capacidad de Gas

donde:CD: Coeficiente de arrastre, adimensionalRe: Numero de Reynolds.dm: diámetro de la gota, micronesρg: densidad del gas, lb/ft3Vt: velocidad terminal, ft/segµg: viscosidad del gas, cP

34032450 .

ReReC .D ++=

g

tgm Vd.Re

μρ

00490=




Calculo de capacidad de Gas

50

01190.

D

m

g

glt C

d.V ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

ρρρ

donde:Vt = Velocidad terminal, ft/segρl = densidad del liquido (Lb/ft3)ρg = densidad del gas (Lb/ft3)dm: diámetro de la gota, micronesCD: Coeficiente de arrastre partícula, adimensional





( ) 202 6690

m

o

dSGQdΔ

=μ

donde:d: diámetro mínimo para sedimentar la gota de agua, pulg.Qo: flujo de aceite, BPD.∆SG: Diferencia de gravedades especificas agua/aceite.µo: Viscosidad del aceite, cP.dm

2: diámetro de la gota, micrones.



Tiempo de Retención


2120 d.trQtrQhh ooww

wo+

=+

donde:ho: Altura del colchón de aceite, pulg.hw: Altura de agua en la salida hasta la interfase, pulg.Qw : Flujo de agua, BPD.trw : Tiempo de retención del agua, min. Qo: Flujo de aceite, BPD.tro: Tiempo de retención del aceite, min.d: diámetro del recipiente, pulg.



•La longitud de costura a costura más larga calculada de estas dos formulas:

Longitud de costura a costura y radio de esbeltez


12760 ++

= wss

hhL12

400 +++=

dhhL wss

•Radio de esbeltez


donde:Lss: longitud costura-costura recipiente, pie.Leff: longitud efectiva recipiente, pie.d: diámetro del recipiente, pulg.



Procedimiento para el Dimensionamiento del Separador Vertical




1. Calcular el diámetro mínimo que satisfaga la capacidad de gas:50

2 5040.

m

D

gl

ggmin d

CQPZTd ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ρρρ


Para el calculo de CD, utilizar la formula:

34032450 .

ReReC .D ++= (1)




Para calcular el numero de Reynolds se utiliza la formula:

Y para calcular la Vt utilizar la formula:

Como se puede observar, el valor de CD se repite como incógnita en las ecuaciones, por lo que la solución tiene que ser por ensayo y error.

g

tgm Vd.Re

μρ

00490=

50

01190.

D

m

g

glt C

d.V ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

ρρρ

(2)

(3)




Para calcular el valor de CD utilizar el siguiente procedimiento:








2. Ya obtenido CD, calcular el diámetro mínimo d.

3. Calcular el diámetro mínimo para garantizar que la gota de liquido sedimente:

( ) 202 6690

m

o

dSGQdΔ

=μ

4. La suma de la altura de líquidos (ho + hw), utilizando el tiempo de retención dado.

2120 d.trQtrQhh ooww

wo+

=+




Realizar cálculos de combinaciones de d y (ho + hw), y elabore la siguiente tabla:

d (pulg.) (ho + hw) (pie)



5. Calcular la longitud costura a costura, aplicando las siguientes formulas:

12760 ++

= wss

hhL12

400 +++=

dhhL wss


6. Calcular el radio de esbeltez:




7. Construya una tabla resumen:

d (pulg.) (ho + hw) (pie) Lss (pie) (12)Lss/d

8. Seleccionar d y Lss que satisfaga las condiciones mencionadas.




Ejercicios



qo = 5,000 BAPD Aceite = 30º API

qw = 3,000 BPD Agua SGw = 1.07

qg = 5 MMSCFD SGg = 0.6

Po = 100 psia tro = trw = 10 min

To = 90 ºF Viscosidad Aceite = 10 cP

Dimensionar un separador trifásico horizontal para los datos siguientes:



Otros recipientes para separación de fases


Filtros Separadores


Este tipo de separador tiene una alta eficiencia de separación, pero como utiliza elementos para filtración, que deben ser reemplazados periódicamente, por lo que puede incrementar los costos si no esta bien diseñado.

Filtros Separadores

El gas entra por la boquilla de entrada y pasa a través de la sección de filtración, donde las partículas sólidas son filtradas y las gotas de líquidos coalescen y se forman gotas mas grandes. Estas gotas pasan a través del tubo y son removidas en la segunda sección del separador, donde un elemento extractor de neblina, completa la coalescencia.

El diseño integral del filtro separador es propiedad patentada y el fabricante debe ser consultado para que este elabore el diseño especifico y emita las recomendaciones pertinentes.


Filtros Separadores


Un diseño adecuado tiene que tomar en consideración la velocidad a través de los elementos filtrantes y a través del extractor de neblina. Sin embargo, no existe datos publicados, ya que esta información es propiedad de cada uno de los fabricantes de los filtros separadores.

Filtros Separadores

Con un apropiado diseño, el diferencial de presión normal para un filtro limpio debe estar entre 1 a 2 psi. A medida que se ensucie los elementos filtrantes será necesario limpiar o reemplazar dichos elementos cuando el diferencial de presión llegue a 10 psi. Sin embargo, como regla obligatoria cunado alcance 25 psi de diferencial de presión, hay que remplazarlos.

Los fabricantes de este filtro garantizan un 100% de remoción de gotas de líquidos > 8 micrones, y un 99.5% de remoción de partículas en un rango de 0.5 a 8 micrones. Sin embargo, este rendimiento es difícil verificarlo en el campo.


El tamaño del cuerpo de un filtro separador horizontal para una típica aplicación, puede ser estimada por las mismas formulas para un depurador, utilizando un valor de K = 1.3.

Filtros SeparadoresDimensionamiento

21

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

g

glt KV

ρρρ

t

A

VQA =

πADv

4=

donde:Vt: velocidad terminal, ft/segK: constante empírica para dimensionamiento, ft/segρg: densidad del gas, lb/ft3ρl: densidad del liquido, lb/ft3A: área transversal del depurador, ft2QA: flujo actual de gas, ft3/segDv: diámetro interno del filtro separador, ft


Calcular el tamaño de un filtro que se quiere utilizar para 50 MMPCED de gas a 100 psia y 100 oF con una gravedad especifica de 0.7 (Z=0.99). El liquido esperado tiene una gravedad API de 25.

Filtros Separadores

Ejercicio


Filtros SeparadoresHerramientas de Dimensionamiento del Fabricante

Peerless



Natco


La deshidratación de aceite es el proceso mediante el cual se separa el agua asociada con el crudo, ya sea en forma emulsionada o libre, hasta lograr reducir su contenido a un porcentaje previamente especificado. La desalación consiste en reducir la salinidad del crudo.

Generalmente, estos porcentajes es igual o inferior al 1 % de agua y 10 PTB de sal.

Estos procesos consta de varios equipos, entre otros podemos mencionar:

Separadores, Eliminadores o despojadores de agua libreHornos y calentadoresTanques de lavado o “gun barrels”Tanques de almacenamiento, etc.

Deshidratación y Desalado de Aceite


Tanque de almacenamiento

TRATAMIENTO 1TRATAMIENTO 1

Crudo

Agua

Sistema declarificación

BATERIA

Removedor deAgua libre(Opcional)

Separación Gravitacional

Inyec. QuímicaDesmulsificante

Desarenador(Opcional)


Crudo

Agua

Gas




Crudo

Agua

T2TT22

Horno

Sistema de clarificación


T1TT11

Removedor deAgua libre

Mezcla de crudocaliente

Tanque de Lavado



Inyec. QuímicaAnti Incrustante

(Opcional)


Crudo

Gas

BATERIA




CrudoCaliente

T2TT22



T1TT11


Inyec. QuímicaDesmulsificante Desarenador

(Opcional)


(Opcional)Inyec. QuímicaDesmulsificante

Crudo

Gas

Tratador Térmico

Agua

BATERIA



BATERIATRATAMIENTO 4TRATAMIENTO 4

Crudo

Agua

T2TT22

Horno



T1TT11


Mezcla de crudocaliente

DeshidratadorElectroestático




(Opcional)


Crudo

Gas




Agua

Sistema declarificación


BATERIA

Removedor deAgua libre(Opcional)





Crudo

Crudo

Agua

GasInyecc. Agua

Fresca




Crudo

Agua

Horno


CrudoRemovedor deAgua libre

Crudocaliente


Inyecc. AguaFresca





(Opcional)

T2TT22 T1TT11

Gas

Tanque de Lavado

BATERIA




CrudoCaliente

T2TT22







(Opcional)Inyec. QuímicaDesmulsificante

Crudo

Gas

Tratador Térmico

Agua

T1TT11

Inyecc. AguaFresca

BATERIA




Crudo

Agua

Horno


CrudoRemovedor deAgua libre

Crudocaliente

DeshidratadorElectroestático


Inyecc. Agua fresca





(Opcional)

T2TT22 T1TT11

Gas

BATERIA



Tipo de Tratamiento

Tipo de Emulsión y Grado de Salinidad

Disponibilidad de Espacio

Físico

º API Tiempo de Residencia

Temperatura requerida

por proceso

Requerimientos de Energía, Sistemas de Control y

Mantenimiento

Tratamiento 1, 5 (EAL+ID+SG+VM)

• Emulsiones débiles y moderadas• Salinidad Baja

Requiere poco espacio

20 0,25 – 0,50 hrs Temperatura natural del

fluido (>130 º F)

• No requiere energía adicional pero si una mayor dosificación• Sistema de control sencillo• Mantenimiento bajo

100 – 180 º F

100 – 250 º F

85 – 220 º F

• Moderado requerimiento de energía• Sistema de control estándar• Mantenimiento Moderado

• Gran consumo de energía• Sistema de control semi complejo• Mantenimiento Moderado a alto

• Gran consumo de energía• Sistema de control sofisticado• Mantenimiento alto

Tratamiento 2, 6 (EAL+H+ID+TL+VM)

• Emulsiones débiles y moderadas• Salinidad moderada

Requiere de un espacio físico grande

25 8- 24 hrs

Tratamiento 3, 7 (EAL+ID+TT+VM)

• Todo tipo de emulsión• Alta salinidad

Requiere poco espacio

Todo tipo

0,5 – 4 hrs

Tratamiento 4, 8 (EAL+ID+SE+VM)

• Todo tipo de emulsión• Alta salinidad

Requiere poco espacio. Especial para plataformas costa afuera

Todo tipo

0,25 – 2 hrs

Leyenda:EAL: Eliminador de agua libreID: Inyección de desmulsificanteSG: Separación gravitacionalH: Horno o calentador

TL: tanque de LavadoTT: Tratador térmicoSE: Separador o colaescedor electrostáticoVM: Válvula de Mezcla




Líquido-Líquido


Separación Gravitacional Líquido-Líquido

Este se caracteriza por utilizar equipos de separación dinámica que permiten la dispersión de las fases de la emulsión y aceleran el proceso de separación gravitacional.

Entre ellos están los separadores convencionales líquido-líquido, tanques de lavado, tanques cortadores o “Gun Barrels” y cualquier recipiente separador del tipo gravitacional.

Para describir este proceso es necesario conocer y utilizar las leyes de Stokes, las cuales describen los fenómenos basados en la velocidad de sedimentación o decantación .


Cálculo de velocidades de sedimentación

La Ecuación de Stokes describe la velocidad de sedimentación o de decantación y por tanto debe ser usada para el dimensionamiento de equipos requeridos para el tratamiento de crudo usando la separación gravitacional.

donde:

V : Velocidad de sedimentación o decantacióng : Aceleración de gravedaddp : Diámetro de la partícula en la fase dispersaρO : Densidad de la fase continuaρW : Densidad de la fase dispersaμO : Viscosidad de la fase continua

V μo

1.78 x 10-6 dp2 x (ρw - ρo) =

18μοg x dp2 x (ρw - ρo)

V =

En el sistema inglés:

V : pies/seg (ft/sec)dp : micronesρO : lb/pie3 (lb/ft3)ρW : lb/pie3 (lb/ft3)μO : Centipoises (cP)g: 32.2 ft/seg2



El tamaño de gota a ser usada en la ecuación de sedimentación (Stokes) para alcanzar un % de agua a la salida del equipo, debe ser asumido debido a que es poco común disponer de un reporte de distribución del tamaño de gotas.

Cualitativamente, debe esperarse que el mínimo tamaño de gota que debe ser removida para un corte de agua especificado:

• Aumente con el tiempo de retención en la sección de coalescencia.

• Aumente con la temperatura, que tiende a estimular el sistema, conduciendo a una mayor colisión de las gotas.

• Aumente con la viscosidad del petróleo, que tiende a inhibir la formación de gotas pequeñas de cortes que ocurren en el sistema

Consideraciones sobre el tamaño de gota



Se selecciona una temperatura de operación.

Se determina la viscosidad del petróleo a esa temperatura, mediante correlaciones, como por ejemplo, la siguiente:

μο = 10x - 1 y= 10zx = y(T) -1.163

z = 3.0324 – 0.02023Gdonde:μo = Viscosidad del petróleo en centipoises (cp)T = Temperatura del crudo en grados Fahrenheit (ºF)

x, y, z = Coeficientes calculados dependientes de la gravedad API del crudo y de la temperaturaG = Gravedad API del crudo a ser tratado

Procedimiento general de dimensionamiento de un equipo de separación mecánica o gravitacional (líquido-líquido)



Determinar el diámetro de la gota de agua que debe ser removida del petróleo a esa temperatura, mediante las relaciones siguientes:

dp / dp1% = wc0.33

dp1% = 200 μo0.25 para μo < 80 cp dp1% = 170 μ0.4 para 3 cp < μo < 80 cp

Para separadores electrostáticos

donde:

dp = Diámetro de las gotas de agua a ser separada del petróleo para alcanzar un corte de agua especificado, en micrones (μm)

dp1% = Diámetro de las gotas de agua a ser sedimentada para alcanzar 1% de agua en micrones (μm)

μo = Viscosidad de la fase petróleo en centipoises (cp)

wc = Corte de agua especificado

Para separadores convencionales




Determinar las dimensiones del equipo necesaria para satisfacer los criterios de sedimentación, dependiendo del tipo (horizontales, verticales, tanques de lavado o tanques cortadores “Gun Barrels”.

Recipientes Horizontales

d x Leff = 438 x(ΔSG) x dp

2

Qo x μo

Recipientes verticales

d = 81.8 x(ΔSG) x dp

2

Qo x μo1/2

Tanques de Lavado o Gunbarrels

d = 81.8 x(ΔSG) x dp

2

F x Qo x μo

1/2

donde:d = Diámetro del recipiente en pulgadas (in)Qo = Caudal de petróleo en barriles por día (bpd)μo = Viscosidad del petróleo en centipoises (cp)Leff = Longitud de la sección de coalescencia en pies (ft)

ΔSG = Diferencia de gravedad específica entre petróleo y agua (relativa al agua)

F = Factor de corto circuito= 1 para d < 48 pulgadas> 1 para d > 48 pulgadas




Chequear las dimensiones para asegurar que provea suficiente tiempo de retención (normalmente establecido de antemano), dependiendo del tipo (horizontales, verticales, tanques de lavado o tanques cortadores “Gun Barrels”.

Recipientes Horizontales

d2 x Leff = Qo x (tr)

1.05

Recipientes Verticales

d2 x h = Qo x (tr)

0.12

Tanques de Lavado o Gunbarrels

d2 x h = F x Qo x (tr)

0.12

donde:tr = Tiempo de retención en minutos (min)Qo = Caudal de petróleo en barriles por día (bpd)d = Diámetro del recipiente en pulgadas (in)h = Altura de la sección de coalescencia en pulgadas (in)Leff = Longitud de la sección de coalescencia en pies (ft)F = Factor de corto circuito

= 1 para d < 48 pulgadas> 1 para d > 48 pulgadas




Tabular las combinaciones de d y Leff para la temperatura de operación y para el tiempo de retención requerido y graficar estas curvas así como las curvas de relaciones de esbeltez (Leff/d) recomendadas por las normas (generalmente entre 3 y 4).

Tt=100F

tr=20 min

Leff/d = 3

Leff/d = 4

30

50

70

90

110

130

150

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Longitud de la Sección de Coalescencia "Leff"(ft)

Dia

met

ro d

el R

ecip

ient

e "d

" (in

)

tr = 20 min T=100F Leff/d=3 Leff/d=4d Leff d Leff Leff/d d Leff d Leff

89 12 114 12 1,3 48 12 36 12

69 20 69 20 3,5 80 20 60 20

63 24 57 24 5,0 96 24 72 24

51 36 38 36 11,3 144 36 108 36




Ejercicio sobre Dimensionamiento de Equipos Gravitacionales

(Separadores líquido-líquido)



Se requiere diseñar un separador horizontal de acuerdo a las condiciones:

Gravedad API del crudo = 30º APIGravedad específica del crudo = 0.875Flujo de Crudo = 5,000 bpdTemperatura de entrada del crudo = 80 ºFGravedad específica del agua = 1.04% AyS a la entrada = 10%% AyS a la salida = 1%Tomar Leff de 6, 12, 24 y 35 ft

1) Si se utiliza la temperatura de entrada del fluído, dimensionar el equipo para un tiempo de retención de 20 minutos. Se logrará ?

2) Si el proceso aguas abajo requiere que el tiempo de retención máximo sea de 20 minutos, y el fluido debe ser calentado, se logrará dimensionarlo para ese tiempo ? a) calentando hasta 100 º F b) calentando hasta 120 º F ?



T API z y x μο

80 30 2.4255 266.3790 1.6301 41.7100 30120 30

Procedimiento de resolución del problema

Con la temperatura dada de 80 F y considerando también 100 y 120 F, y la gravedad API de 30, se determina la viscosidad a esas temperaturas de las correlaciones mostradas:

μο = 10x - 1 y= 10zx = y(T) -1.163

z = 3.0324 – 0.02023G



Luego se determina el diámetro de la gota de agua que debe ser removida del petróleo a esas temperaturas para obtener a la salida del equipo un corte de agua del 1% usando esta ecuación:

dp1% = 200 μo0.25 para μo < 80 cp

μο dp1%

Procedimiento de resolución del problemaSeparación Gravitacional Líquido-Líquido


Posteriormente se inician los cálculos de las dimensiones del separador (horizontal) necesaria para satisfacer los criterios de sedimentación de acuerdo a la ecuación de Stokes, tabulando el factor d x Leff a las diferentes temperaturas.

T 80 F 100 F 120 F

ΔSgo

μo

dp1% (μm)

d x Leff

d x Leff = 438 x(ΔSG) x dp

2

Qo x μo

A partir de la relación d x Leff, para cada temperatura, se calculan los diámetros correspondientes para los diferentes Leff establecidos en el problema .

d Leff d Leff d Leff

6 6 6

12 12 12

24 24 24

35 35 35

T=80 F T=100 F T=120 F



Para resolver la parte 1 del problema, se deben graficar los resultados anteriores de Leffy d para la temperatura de 80 F

020406080

100120140160180200220240260280300320340360

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34


Diam

etro

del

Rec

ipie

nte

"d"

(in)

Tt=80F



Luego se chequea las dimensiones para asegurar que provea el tiempo de retención propuesto (20 min), calculando el valor d2 x Leff con ese valor

d2 x Leff = Qo x (tr)

1.05?

A partir de la relación d2 x Leff, y con el resultado obtenido para un tiempo de retención de 20 minutos, se calculan los diámetros correspondientes para los diferentes Leff establecidos en el problema .

d Leff

6

12

24

35

tr = 20 min



Luego se grafican los resultados anteriores de Leff y d obtenidos a partir del cálculo de tiempo de retención de 20 minutos sobre el gráfico anterior de Leff y d correspondiente a la temperatura de 80 F

020406080

100120140160180200220240260280300320340360

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34


Dia

met

ro d

el R

ecip

ient

e "d

" (in

)

Tt=80Ftr=20 min



Para la parte 2 se requiere entonces graficar los resultados anteriores de Leff y d obtenidos a partir de las temperaturas de 100 y 120 F en conjunto con las líneas de relación de esbeltez 3 y 4 (Leff/d = 3 y 4, respectivamente)

Tt=80F

Tt=100F

Tt=120F

tr=20 min

Leff/d = 3

Leff/d = 4

020406080

100120140160180200220240260280300320340360

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34


Dia

met

ro d

el R

ecip

ient

e "d

" (in

)



Para la pregunta 2, debemos calcular y tabular el calor requerido por el proceso para elevar la temperatura del fluido desde 80 F hasta 100 F y 120 F, respectivamente a través de la ecuación:

q = 16 x Qo X ΔT [0.5 x Sgo + 0.1 ]

Tabulamos los valores de q obtenidos para cada valor de temperatura del proceso

T(F) 80 100 120

q (MMBTU/hr)



Del gráfico anterior, seleccionar cualquier combinación de d y Leff que satisfaga las condiciones de tiempo de retención de 20 minutos y relación de esbeltez entre 3 y 4, incluyendo algunos valores fuera de estos rangos para efecto de comparación. Llenar la tabla siguiente. Cual sería la combinación óptima de d y Leff ? Porque ? Cual sería el calor requerido por ese proceso seleccionado en particular ?

Temperatura ºF

d(in)

Leff

(ft)Leff/d Calor

RequeridoMMBtu/hr

Observaciones sobre la selección

100

120



Recipiente bifásico diseñado para recibir el petróleo y su emulsión (junto al agua libre no emulsionada) y separar o cortar el agua libre.

Es conocido también como despojador o eliminador de agua libre y FWKO (Free Water Knock Out).

Equipos Usados en Alto Corte de Agua. Gas y aceite pueden salir juntos o separados.

Separadores de Agua Libre


Entrada

Salidade gas+ aceite

SalidaDe agua

Difusor deLiquido

Interfazaceite/agua

Sección de asentamiento por gravedad

InterfazGas/Liquido

3 x 10 2,000 BPD

4 x 10 4,000 BPD

6 x 20 10,000 BPD

8 x 30 15,000 BPD

10 x 40 30,000 BPD

12 x 50 50,000 BPD

• Gas y aceite salen juntos• Mecanismo: gravedad (ley de Stokes: dif. densidades, tamano de las gotas, viscosidad del aceite)• Tiempo de asentamiento de las gotas de aceite, tiempo de retencion (tamano y proporcion)

Separadores de Agua Libre


La técnica de separación electrostática aprovecha la diferencia en la conductividad eléctrica de los distintos materiales para separarlos y concentrarlos.

Se clasifican de acuerdo al mecanismo de carga de las partículas en :

Electrodinámico o de alta tensión

Electroestático o de campo estático

Triboeléctrico

SALIDA DE AGUA LIBRE

SALIDA DE AGUA(AREA

ELECTROSTATICA)

Separadores Electroestáticos


Recipientes en los cuales se extraen sales y otras impurezas inorgánicas que forman parte del petróleo o pueden haberlo contaminado durante su extracción.

Hay 2 maneras de retirar la sal. La primera es quitar toda el agua, y la otra es diluir el agua.

Utiliza carga electrostática para hacer que la mayoría del agua salga y se le inyecta agua fresca al petróleo bruto para diluir la concentración de la sal.

Este proceso se efectúa debido a los diversos problemas que la sal puede causar en los equipos de procesos en plantas y refinerías

Desaladores


Tanques de Lavado o “Gun Barrel”


LavadoConsiste en hacer pasar la emulsión a través de un colchón de agua, que generalmente es caliente para provocar la coalescencia de las gotas de agua suspendidas. Este método de tratamiento es llamado deshidratación dinámica, y utiliza como elemento básico para el proceso un tanque de lavado.


Tanques de LavadoHan sido diseñados para promover la separación de agua y petróleo mediante la promoción de una condición favorable, tal que cada gota puede ser absorbida por contacto con un gran volumen del mismo tipo de agua.

En estos equipos se diferencias tres zonas:Una zona de agua en el fondo o colchón de agua , donde entra la emulsión y es lavada promoviendo la coalescencia de las gotas y separándose el agua libre.


En estos equipos se diferencias tres zonas (cont..):La zona intermedia o interfase, donde las gotas de agua una vez que coalescen, sedimentan desprendiéndose de la fase petróleo que asciende.La zona de petróleo, donde el petróleo asciende con un mínimo contenido de agua, saliendo del tanque por gravedad con % Ay S menor de 1.0


Los principios básicos para lograr una buena eficiencia en los procesos con tanque de lavado son:

Emulsión desestabilizada.Facilidades para desgasificación Permitir la coalescencia (contacto y tiempo)Permitir Sedimentación (velocidad y tiempo)Evitar cambios de temperatura en el tanqueEvitar canalizaciones y áreas muertas


Usualmente combinan métodos térmicos, químicos, tiempo de residencia y dispositivos mecánicos. El tanque de lavado es básicamente un tanque de asentamiento que tiene adaptado un tubo separador de gas en la parte interna o externa del tanque. Opera bajo el principio de diferencia de densidades.


La emulsión entra por la parte inferior del tanque, pasa por el tubo distribuidor o inducido por dispositivos mecánicos a través de un colchón de agua.

La emulsión asciende a través de la zona de agua que ayuda a la coalescencia de las gotas y permite suficiente tiempo de retención para que las fases se separen. El petróleo limpio, el gas y el agua salen por sus respectivas tuberías.


Llamados también “gun barrels”. Operan generalmente con media parte de agua (colchón de agua) y la otra parte lo cubre el petróleo.

La emulsión entra al área donde se libera el gas remanente, la fase liquida desciende por el tubo desgasificador y entra en contacto con la zona de lavado a través de un distribuidor, que se encarga de esparcirla, favoreciendo así la coalescencia de las partículas de agua.

Tienen tiempo de residencia de 3 a 36 horas.

CRUDO

AGUA

GAS

Emulsión

Salida de Crudo

Salida de Gas Línea de

igualación de presión

Salida de Agua

Sifón

Crudo

Emulsión

Gas

AguaAgua Caliente

Agua



El recipiente solamente provee tiempo de retención adicional, para que la emulsión pueda romperse. La mayoría del gas se separa al entrar al recipiente.

El crudo limpio en el tope del recipiente se derramara por gravedad y saldrá a almacenamiento.

Básicamente, cuando la combinación del cabezal de presión del crudo y agua sea mayor a la presión de cabezal en el brazo de agua, el agua fluirá sobre el tope del brazo de agua y se enviara a almacenamiento.



La producción es recibida inicialmente en

el separador líquido para liberar el gas.

Produce un efecto de tipo ciclón en el

tanque para el lavado del crudo neto, por

su forma espiral.

Tanques de Lavado o “Gun Barrel”Tipo Espiral


Componentes internos de tanque de lavado

Vista externa de tanque de lavado



En estos se deposita el crudo estabilizado previo a su entrega final (refinería, terminal de embarque, etc.).

Son diseñados para operar a presión atmosférica. Para prevenir colapso por presurización tienen instalada una chimenea para venteo de gas.

Son de gran capacidad, comúnmente entre 40.000 – 200.000 barriles.

Mayormente usado del tipo techo flotante

Tanques de Almacenamiento


Equipo diseñado para retener la arena que contienen la producción fluyendo a las baterías, o las aguas efluentes, a fin de evitar que ingresen al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando problemas.

Existen varios tipos de desarenadores, los principales son:

Desarenador Longitudinal

Desarenador de vórtice.

Desarenadores


Desarenadores Ciclónicos KREBS para aplicación en cabezal de pozo.

Desarenadores


Equipos diseñados y operados para evitar las grandes variaciones de carga orgánica (producto del caudal por la concentración de materia orgánica) y que afectan el funcionamiento del tratamiento secundario.

Entre otras ventajas se mencionan:

Reducción de cargas instantáneas para mejorar el funcionamiento de los sedimentadores primario y secundario.

Protege el tratamiento biológico posterior, de las variaciones de carga de caudal.

Tanques de Igualación


Tanques cuya función es recoger grasa o natas flotantes de la superficie de las aguas residuales o petrolizadas.

Consta esencialmente de:

Zona de admisión de la mezcla agua-grasas por la parte superior donde lo recibe un bafle.

El flujo de agua es vertical de arriba hacia abajo haciendo que todo el tanque se comporte como una canal circular.

Al final de su recorrido existe otro bafle donde choca el agua para provocar que las gotas de aceite remanentes se aglomeren (coalescencia).

Desnatadores


DesnatadoresFuncionamiento


Son ampliamente utilizados en aplicaciones de clarificación primaria y secundaria.

Son tanques circulares, el patrón de flujo es radial (en contraposición al flujo horizontal en los tanques rectangulares). Para alcanzar un patrón de flujo radial el agua residual a ser sedimentada se introduce en el centro o alrededor de la periferia del tanque.

Estos diseños son acompañados de mecanismos de remoción del lodo para su desalojo del tanque.

Clarificadores


Son tanques rectangulares diseñados para la separación de crudo disperso en las aguas de formación, según los procedimientos establecidos por el Instituto Americano del Petróleo

Separadores API


Separadores APIDimensionamiento


Separadores APIProcedimiento para el Dimensionamiento del Separador API1. Cálculo de la velocidad de ascenso:

w

owa

)(.Vμ

ρρ −= 2261

donde:Va = Velocidad de ascenso, cm/segρw = densidad del agua, gr/cm3)ρo = densidad del aceite, gr/cm3)µw = viscosidad del agua, cP


Separadores APIProcedimiento para el Dimensionamiento del Separador API2. Cálculo de la velocidad superficial de flujo:

Según normas API, esta recomienda que la velocidad horizontal superficial de flujo no debe ser mayor a 1,52 cm / seg.

aVVH 15=

donde:VH = Velocidad horizontal superficial de flujo, cm/segVa = Velocidad de ascenso, cm/seg


Separadores APIProcedimiento para el Dimensionamiento del Separador API3. Cálculo del área mínima transversal vertical:

VHQMAC =

donde:AC = Área mínima de sección transversal, m2

QM = Caudal de agua a tratar, m3/minVH = Velocidad horizontal superficial, m/min


Separadores APIProcedimiento para el Dimensionamiento del Separador API4. Cálculo del ancho y profundidad de canal:

BhAC x=

donde:AC = Área mínima de sección trasversal, m2

h = Profundidad del canal, mB = Ancho del canal, m

La relación entre d/B tiene que cumplir: 0.3 > d/B < 0.5


Separadores APIProcedimiento para el Dimensionamiento del Separador API5. Cálculo del número de canales requeridos:

Si AC es mayor de 14,85 m2 , es necesario determinar el numero de canales requeridos por medio de la siguiente ecuación :

8514.ACcanales_de_Numero =

donde:AC = Área mínima de sección trasversal, m2


Separadores APIProcedimiento para el Dimensionamiento del Separador API6. Cálculo de la longitud del canal:

h)V/VH(FL xax=

donde:L = Longitud del canal, mVH = velocidad horizontal superficial de flujo, m/minVa = Velocidad de ascenso, m/minh = Profundidad del canal, mF = Factor de corrección global de diseño, adimensionalFs = Factor de corrección por canalización preferencial, adimensionalFt = Factor de corrección por turbulencia, adimensional

sxt FFF =


Separadores APIProcedimiento para el Dimensionamiento del Separador API

VH/Va Ft20 1.4515 1.3710 1.276 1.143 1.07

Ft se determina de la tabla siguiente, con el correspondiente valor VH/Va.

Fs se determina según norma API, que indica un valor optimo de 1,2


Consiste en la colocación de placas paralelas en ángulos de 45º, en la dirección del flujo, permitiendo una mayor coalescencia de las gotas de crudo e Incrementan la remoción de sólidos pesados. Presentan menor tamaño que los separadores API y por ende menor costo de fabricación.

A: CANAL DE ENTRADAB: TANQUE DE ARENAC: PAQUETE DE PLACAS

E: CANAL DE SALIDAD: CAPA DE CRUDO

F: DRENAJE LODOS

“C”

“A”

“B”

“E”“D”

“F”“F”

ParalelasSeparadores de Placas


ParalelasSeparadores de Placas


Estudios piloto, sobre eficiencia de placas corrugadas y utilizando agua con un contenido de crudo de 350 ppm, dieron como principales resultados, lo siguiente:

La eficiencia de remoción de crudo decrece con el incremento del caudal.La mayor eficiencia de separación se obtiene con una inclinación de las placas en un 45%.A menor gravedad específica del crudo, mayor será la eficiencia de la remoción.La remoción es directamente proporcional a la temperatura.A mayor concentración de crudo en el agua, se obtiene mayor eficiencia en la remoción.

Paralelas CorrugadasSeparadores de Placas


Unidades de FlotaciónEn estos sistemas de flotación, la separación de crudo emulsionado del agua se logra con la inyección de aire o gas en pequeñas burbujas dentro de las fase acuosa, mediante inyectores o induciéndola por medio de agitación mecánica.


Unidades de FlotaciónLas burbujas de aire o gas en su ascenso hasta la superficie del agua chocan con las gotas de crudo, las cuales se adhieren a ellas y son llevadas hasta la superficie del liquido, donde el crudo separado se retira junto con la espuma que se forma por medio de los desnatadores.


Unidades de Flotación


ATARDECER EN KU-MALOOB-ZAAP


PUENTE SOBRE EL LAGO DE MARACAIBO - VENEZUELA

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ab/Puente_sobre_el_lago2.jpg


MUCHAS GRACIAS

CURSO Diseno Seleccion Separadores Parte 4b

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