••

• Separadores Horizontales.

Asentamiento de partfculas de ifquido en fase gaseosa

La ecuaci6n a usar en este caso es la misma ecuaci6n obtenida para separadores bifasicos horizontales (ecuaci6n (3 .8)) .

dL = 420 ZT * ..[ Pf' - P / 1- I

c IJ ]2 1

ell q( '" (38)P P; dm

Asentamiento de partfculas de agua en fase petr61eo Como se trata de partfculas suspendidas en fase Ifquida, se usa la ecuaci6n (36) para la velocidad terminal

ho ' Ff) =

v'"'

esta ecuaci6n cuando se Ileva a unidades practicas queda como

I . (min)*60~ = h (pul g)* I * fL '" 1m " 12pulg 2,87 * IO -S d,;' (p, , -p / )

de donde se puede despejar ho quedando

(3 .17)

Retenci6n de fase Ifquida C

E Suponiendo que ellfquido ocupa la mitad del separador ~

d 2 FV * Aw *_1_ -- - '" --~*L1"'1 ' 4 *2 (.//q... A, q",

V ? __ _ ' J __ nd - L

I,." 4 *2 ell q"

donde

EAQ , Aw YAL, Son las areas seccionales del separador ocupadas por petr6leo , agua y liquido; qo Yqwson las tasas de petr61eo y agua que maneja el separador, y troY trw son los tiempos de retenci6n de petr61eo y agua en el separador, que normalmente son iguales.

De las expresiones anteriores se obtiene

• 102

para separadores

(3,8)

rticulas linal

(3,17)

A... Au 1Ademas, como -:... +- = entonces: AI, AI

y utilizando unidades practicas:

1= 8 * ( *60 * * 5,615 *60 * * 5,615 I 1m q" 86400 + t rW q... 86400 ) J[d ~

- 1144 ~('II

de donde se puede despeJar Left d2

(3 ,18)

donde

Tasas volumetricas de petr61eo y agua, BOP Tiempos de retenci6n para agua y petr6leo, min ,

Las ecuaciones (3,8) , (3 .17) Y (3,18) definen las condiciones que deben cumplir las dimensiones del separador, pero hay que tener en cuenta que la ecuaci6n (3 ,17) define el espesor del colch6n de aceite y no el diametro del recipiente, el cual debe ser tal que se puede tener una fase aceite de un espesor ho Y que pueda manejar una tasa qw de agua .

Para encontrar el diametro de recipiente requerido se procede de la siguiente manera

A , Se obtiene una expresi6n para - " asi:

A

v vw AwL,,!! A = t"" q" Ir = , t "v = -= - -- Ii Ly <'/1q qw q",

EI area total del tubo (suponiendo que la mitad es disponible para liquido) es igual a

I " 103

y por tanto

(319)

• la cual , en unidades practicas toma la misma forma .

EI diametro que puede tener el recipiente debe ser tal que se cumplan las ecuaciones (317) Y (319)

Tomando una seccion transversal del recipiente se tiene

T D/2

~

en donde se puede ver (suponiendo que la mitad del tubo es para almacenamiento de liquido)

A = (A +A .)* 2 , ~ = [~ + ~~ *2 " » A A A I

/

I

(d2 )2 [ h) d2

A = - -h 1 h + Arcsen 2 _ '1 *­() 4 () () d 4

y

o sea

La ecual

directa . l

h-" a la ( d

. hu graflcar ­

d

Con este grafi(

h Y se obtiene -"

d

EI diametro a e~ longitud y diamet

104

~ ~ ( :)( ±-(: rr I + >rcsef;') o sea que finalmente se tiene:

(3 .19) (3.20)

h" las ecuaciones (317) La ecuaci6n (3.20) a pesar de tener como unica variable no tiene una soluci6n

d h

directa . Una forma de resolver el problema de encontrar _ es asignado valores a iJ

d h ~- a la ecuaci6n (3.20), 10 cual permitiria despejar ~ Luego se pro cede a d A

h A graficar _ iJ vs - " y se obtiene un gratico del siguiente tipo:

d A

0.0

01 ~nto de

d

~

o

1 0.5

o

Con este gratico una vez conocido el valor de ~ de la ecuaci6n (19) se va a el A

h y se obtiene _" del cual se puede despejar d.

d

EI diametro a escoger sera maximo el valor de d hallado en el paso tres y la longitud y diametro del recipiente debe adem as cumplir con las ecuaciones (3.8)

.• u

105

y (3 .18) . La longitud costura a costura Lss , se calcula usando las ecuaciones (3 .10) u (3 .11) dependiendo si es mas importante la capacidad del gas que la del Ifquido.

La relaci6n de esbeltez tambiem se debe tener en cuenta y para este caso estara entre 3 y 5.

EI procedimiento para diseriar un separador trifasico horizontal es el siguiente:

Se selecciona un tro y un trw Se calcula ho)mx

A , Se calcula - "

A

..

A Con -" Y ho)mx se obtiene de dmx

A

-

Se calcula d leff para el gas Se calcula d2 Leff para ellfquido Se calcula Lss

Se selecciona valores de d Y Leff que cum pia con ho)mx, Leff d Y d2 Leff Y con una relaci6n de esbeltez enl re 3 y 5

• Separadores Verticales.

Para el separador vertical los requisitos de tamario para manejar la cantidad de gas se refieren al diametro del tubo y por tanto se aplica la misma ecuaci6n (3 .13) .

• •

(3 13)

la altura del colch6n de aceite y el diametro del separador deben ser tales que el petr61eo pueda quedarse en el recipiente el tiempo suficiente para que una partfcula de agua pueda separarse de la fase petr61eo 0 sea :

V h" ~I Trd 2

hI'I /"" = - " - - - = -- * ..

q(} VI'" q(} 4 q(}

yen unidades practicas queda :

Tr * d 2 * h" / 12 *86400 _ hI> / 12 * fL

4 *144 q(} *5,6 15 2,87 * 1O-~ d 2 p(p;:Po )

o sea que

.. 106

I I cC' ­ )ando las ecuaciones cidad del gas que la

lra este caso estara

el siguiente:

-eff y con una

iad de gas 13)

(313)

que el lrticula

(3 .21 )

Finalmente el separador debe tener volumen suficiente para manejar todo el liquido o sea :

= mi2

* h w =m12

* ~ 4 qw 4 q(!

de donde

h + h" =~ [q () t,." + qwt,w ]II " d !..

y usando unidades practicas:

(3 .22)

donde hw y ho: son las alturas del colch6n de agua y aceite respectivamente , pulgadas.

La longitud costura a costura se calcula de:

h" + hI!' + 76 . h" + h" + d + 40 (3.23)(, = 12 0 12

donde d es el diametro minimo para capacidad del gas, pulgadas.

EI procedimiento para seleccionar un separador trifasico vertical es el siguiente

Se calcula dmin de la ecuaci6n para la capacidad al gas. Se calcula el valor de d2, de la ecuaci6n para retenci6n del petr61eo Se escoge el mayor de los diametros anteriores. Se selecciona tro y trw. Se calcula ho + hwpara varios diametros Se calcula Lss de la ecuaci6n (3_23) Se seleccionan diametros y longitudes razonables de tal manera que la relaci6n de esbeltez este entre 1,5 Y 3.

, .. 107

3.5.2-. Procedimientos Graticos

La literatura muestra algunas cartas(3) basadas en comportamientos reales de separadores y que para efectos de este trabajo son suficientes para mostrar una

donde, aproximacion a las dimensiones requeridas de un separador para un volumen dado de produccion de unas caracteristicas dadas y a unas condiciones ya establecidas

t Es P Pp

Las Figuras 19-24 permiten encontrar las dimensiones de diferentes tipos de separadores R Rcpara manejar una cantidad dada de gas a unas condiciones de presion dadas. Para el caso

de los separadores horizontales de un solo tubo se debe tener en cuenta la fraccion del area 'I ' • S E~

E Efseccional ocupada por liquido tal como 10 muestran las Figuras 21-22.

Para exUna vez encontradas las dimensiones del recipiente requeridas para manejar el gas se debe chequear si dicho recipiente puede manejar la tasa de liquido, esto se puede hacer utilizando la Figura 25 para el caso de separadores horizontales y teniendo en cuenta la fraccion de area seccional del separador ocupada por liquido. Estas figuras se basan en que el tiempo de retencion del liquido es un minuto.

En general, para verificar si un separador dado puede maneJar una determinada cantidad de donde, liquido se hace 10 siguiente

o - Se determina la capacidad al liquido requerida en el separador aplicando la siguiente mismc expresion

- Extrl

V =q,*l ,. (324) , 1440

donde dond

Capacidad allfquido requerida en el separador, bls Tasa de liquido que se debe manejar, bpd L Tiempo de retencion delliquido, minutos

Una vez calculada la capacidad al liquido requerida en el separador se com para esta con la capacidad al liquido del separador seleccionado para manejar el volumen de gas, la cual se 3.6. obtiene de tablas, y esta debe ser mayor que la calculada para garantizar que el separador escogido pueda manejar tanto el volumen de gas como el de liquido. Las Tablas 7-12 permiten obtener las capacidades de separadores horizontales y verticales Es de diferentes dimensiones y para el caso de los horizontales suponiendo que el liquido cupa y/o un cuarto, un tercio 0 la mitad del area seccionaL me

apl

3.5.3 PRESIONES DE DISENO Y ESPESOR DE LAMINA La hi< es

La mayoria de los separadores Gas-Petroleo que se usan en el campo se diserian, ai' construyen y prueban de acuerdo con el codigo de la AS.M .E. (American Society of el Mechanical Engineers) para recipientes que trabajah a presion y no sometidos a fuego Este in Codigo plantea relaciones entre espesor y presion de diserio para la parte recta del cilindro y IiI para los extremos, de la siguiente manera: h

n Para la parte recta: c

108

t:omportamientos irabajo son suficientes para mostrar una un separ~,.I~ 1 volumen dado de

cidas .

)s de separadores jas. Para el caso I fraccion del area

r el gas se debe hacer utilizando \ la fraccion de

que el tiempo

1 cantidad de

a siguiente

(324) •

on la 'II se ,dor

PR t= - --- - (325)

S E - O.6P

donde,

t Espesor minima para la lamina; no inciuye tolerancia por corrosion, pulgs. P Presion de diserio, Ipc. R Radio interno del cilindro, pulgs S Esfuerzo maximo permisible en el acero, Ipc E Eficiencia de las uniones.

Para extremos elipsoidales:

PW t = ----=--- (326)

2S E - O.2P

donde,

o Longitud del eje mayor del elipsoide, pulgs. y las demas variables tienen el mismo significado de la ecuacion (3.25)

- Extremos hemisfericos:

PR­t= ----- (327)

2S E - O.2P

donde,

L Radio de la esfera, pulgs.; las demas variables conservan el significado de las dos ecuaciones anteriores .

3.6. ESTABILIZACION

Es un proceso que tiene como objetivo aumentar la presencia de componentes intermedios y/o pes ados en el liquido almacenado en los tanques . Aunque es aplicable a petroleos medios y livianos y a condensados, es basicamente en este ultimo caso donde es mas aplicable. Se habla de estabilizacion de crud os y estabilizacion de condensados

La estabilizaci6n se requiere por 10 siguiente Despues de la separaci6n a alta presion, los hidrocarburos \iquidos que salen del separador pueden lIevar, dependiendo de su gravedad especifica, un contenido apreciable de metano; si este \iquido se lIeva al tanque de almacenamiento donde va estar a presione bajas, cercanas a la atmosferica 0 iguales a esta, el metano se evaporara y al hacerlo se arrastrara tambien moleculas de hidrocarburos intermedios, C2 - Cs Y C6 +, y esto implicara una reduccion en el volumen de hidrocarburos liquidos y en su calidad porque se reduce su gravedad API. Obviamente, la presencia de hidrocarburos livianos es mayor en un condensado que en un petroleo y en este ultimo sera mayor mientras mayor sea su gravedad API; por eso la estabilizacion es comun en condensados y en petroleos livianos.

109

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Figura 19-. Capacidad al Gas de Separadores Verticales de Baja Presion(\

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Figura 20-. Capacidad al Gas de Separadores Verticales de Alta Presion.

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III