Determinar las dimensiones de cada separador (dimetros, longitud, espesor, boquillas, etc) que se muestran en la figura siguiente:

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA

DIVISIN DE POSTGRADO

PROGRAMA INGENIERA DE GAS

CATEDRA: DISEO DE EQUIPOS

TRABAJO 1

DISEO DE SEPARADORES

ELABORADO POR:

CAROLINA STEINKOPF

C.I.: 14.522.516

Determinar las dimensiones de cada separador (dimetros, longitud, espesor, boquillas, etc) que se muestran en la figura siguiente:

Informacin Adicional:

Grados API del liquido = 38

Caudal del Gas = 185 MMpcnd

Temperatura de flujo = 115 F

Presin del separador de alta = 300 lpca

Presin del separador de baja = 80 lpca

Relacin Gas- Liquido = 7000 PCN/BNDensidad relativa del gas de alta = 0.72

Densidad relativa del gas de baja = 1.04

1.- CALCULO DE LAS DENSIDADES.1.1. SEPARADOR DE ALTA1.1.1.- Calculo de las densidad del liquido (L)La densidad del lquido se proceder a calcular en funcin de la densidad del petrleo por medio de la ecuacin:

1.1.1.1.- Calculo de la gravedad especfica.

Primero se calcula la gravedad especfica del lquido a partir de la ecuacin:

1.1.1.2.- Calculo de la solubilidad del gas (Rs).Aplicando la ecuacin de Standing tomada del libro de correlaciones PVT de Carlos Banzer,

Basado en la premisa de que cumple con los rangos de gravedad API, y esta dentro del rango de presiones y temperaturas se aplica la ecuacin:

Asumiendo que la presin del separador es igual a la presin de burbujeo:

1.1.1.3.- Calculo del factor volumtrico (Bo).Aplicando la ecuacin de Standing tomada del libro de correlaciones PVT de Carlos Banzer:

Sustituyendo F en la ecuacin:

Sustituyendo todos los valores obtenidos en la ecuacin de densidad se obtiene:

(L = 50.3154 lbs/ft31.1.2.- Calculo de la densidad del gas (g)La densidad del gas se calcula aplicando la ecuacin de gas ideal:

1.1.2.1.- Calculo del factor de compresibilidad ( Z)

Para calcular Z primero se estiman las propiedades seudo crticas del gas natural por la correlacin de Brown:

Sustituyendo:

Luego se calcula Tr y Pr mediante la ecuacin:

Luego con Tr y Pr entrando en la figura 23.4 de la GPSA se obtiene:

Z = 0.96Sustituyendo todos los valores en la ecuacin de densidad se obtiene:

1.2.- SEPARADOR DE BAJA1.2.1.- Calculo de las densidad del liquido (L)La densidad del lquido se proceder a calcular en funcin de la densidad del petrleo por medio de la ecuacin:

1.2.1.1.- Calculo de la gravedad especfica.

Primero se calcula la gravedad especfica del lquido a partir de la ecuacin:

1.2.1.2.- Calculo de la solubilidad del gas (Rs).Aplicando la ecuacin de Standing tomada del libro de correlaciones PVT de Carlos Banzer, basado en la premisa de que cumple con los rangos de gravedad de la ecuacin:

Asumiendo que la presin del separador es igual a la presin de burbujeo:

1.2.1.3.- Calculo del factor volumtrico (Bo).Aplicando la ecuacin de Standing tomada del libro de correlaciones PVT de Carlos Banzer:

Sustituyendo F en la ecuacin:

Sustituyendo todos los valores obtenidos en la ecuacin de densidad se obtiene:

(L = 50.6965 lbs/ft31.2.2.- Calculo de la densidad del gas (g)La densidad del gas se calcula aplicando la ecuacin de gas ideal:

1.2.2.1.- Calculo del factor de compresibilidad ( Z)

Para calcular Z primero se estiman las propiedades seudo crticas del gas natural por la correlacin de Brown:

Sustituyendo:

Luego se calcula Tr y Pr mediante la ecuacin:

Luego con Tr y Pr entrando en la figura 23.4 de la GPSA se obtiene:

Z = 0.97Sustituyendo todos los valores en la ecuacin de densidad se obtiene:

2.- CALCULO DE LOS CAUDALES.2.1.- Calculo del Caudal de lquido del tanque (Ql)

2.2.-Calculo del caudal de gas en el tanque ( Qgt)Qgt = Rsb x Ql =26428.57BND x 24.1330 PCN/BN = 637800.71PCND2.3.- Calculo de los caudales de gas y liquido en el Separador de Baja.

Qlb = Bo x Ql = 1.03315 (26428.57 BND) = 27304.67 BDQgb = (Rsa-Rsb)xQl =(64.93PCN/BN 24.1330PCN/BN)x26428.57BND =1078206.43PCND2.4.- Calculo de los caudales de gas y liquido en el Separador de Alta.

Qla = Bo x Ql = 1.04683 (26428.57 BND) = 27666.22BYDQga =Qg-Qgt-Qgb = (185000000-637800.71-1078206.43)PCND

= 183283992.86 PCND3.- DISEO DE SEPARADOR DE ALTA3.1.- Calculo de la velocidad terminal de la partcula

Utilizando la ecuacin 7.7 de la GPSA3.1.1.- Calculo del valor de k.

Se estima k de la figura 7-9 de la GPSA, debido a que el separador es vertical se toma un valor dentro del rango 0,18-0,35 (ft/seg). Tomando k = 0,35 ft / seg . Luego se procede a corregir por presin:

Para P = 300 lpca ---- 0,85 k = 0,85x 0,35 ft/seg = 0,2975 ft/seg

Posteriormente se procede al clculo del valor de velocidad Terminal:

3.2.- Calculo de la velocidad del gas. (Vg)

Generalmente se asume como Vg = 0.8 x Vt = 0.8x2.0317ft/s =1.63 ft/s3.3.- Calculo del caudal de gas a condiciones de operacin. (Qg)

Para el clculo del caudal de gas a condiciones de operacin, se requiere primero calcular el caudal de gas a condiciones normales, mediante la aplicacin de balances de mas en el sistema de estudio, por tanto:QgA= Qg Qgt - Qgb Aplicando la ley de gas ideal se obtiene:

Qgop= 9533587.38ft3/dia x 1dia/24 h x 1h/3600seg = 110.3424 ft3/s3.4.- Calculo del rea del Gas.

3.5.- Calculo del Dimetro. (D)

3.6.- Calculo del volumen de lquido en el separador (Vr).

Vr = Qla x Tr

Segn la fig 7-21 de la GPSA: para API mayor a 35 Tr = 1 min.

Como API = 38 entonces Tr = 1 min.Vr = 27666.22 BYD x 1 min x 1h/24h x 1h/60 min = 19.2126 B =107.87104 ft33.7. - Calculo de la altura de liquido (hl)

3.8.- Calculo de la longitud de recipiente (Lss)

Si D es mayor o igual a 30, Lss = hl +2(D)Por tanto, Lss = 1.6 ft + 2(9.2839ft) = 20.1678 ftSe valida que la relacin Lss/D sea mayor a 2 y menor a 6.Lss/D = 20.1678/9.2839 = 2.17 este valor es mayor a 2 por tanto Lss = 20.1678 ftA nivel comercial no existen dimetros de separadores de 111.4072 in basado en lo indicado en la norma PDVSA MDP-03-S-03, por tanto, el dimetro del separador deber ser 114 que corresponde al inmediato superior.

Se determina la nueva rea del gas

Ag =

Luego repitiendo el procedimiento 3.7 y 3.8

Lss = 1.5218 ft + 2(9.5ft) = 20.5218ftLas laminas comercialmente utilizadas para la fabricacin de los separadores poseen una longitud de 4ft por tanto la longitud comercial del recipiente seria de 24 ft.

Lss = 24 ft3.9.- Calculo de los dimetros de las boquillas

3.9.1.- Calculo del caudal de entrada (Qe)Qe = Ql + Qg = 27666.22 BY/dia x 1ft3/0.178B + 9533587.3823.ft3/dia Qe = 9689015.5846ft3/dia x 1 dia/24hx1h/3600seg=112.1414ft3/seg3.9.2 Calculo de la densidad de entrada ((e)

fl=

fg = 1-fl = 1-1.6x10-2=0.9839ft3 /ft3

3.9.3 Calculo del dimetro de la boquilla de entrada (De)

Para el clculo de la boquilla de entrada es necesario basarse en la premisa de que la velocidad de entrada debe ser:

Por la siguiente ecuacin: a su vez Ae =

Sustituyendo despejando De =

Calculando

Este corresponde al requerimiento lmite de velocidad por tanto se calcula el dimetro para este requerimiento:

De= 2.7848ft =33.41El dimetro de tubera comercial por encima de este valor es de 34 por tanto el dimetro de la tubera de entrada ser de 34.3.9.4 Calculo del dimetro de la boquilla de salida del gas (Dg)

Para el clculo de la boquilla de salida es necesario basarse en la premisa de que la velocidad de salida debe ser:

Por tanto

Este corresponde al requerimiento lmite de velocidad por tanto se calcula el dimetro para este requerimiento:

Dsg=

A nivel comercial el dimetro inmediato superior en tuberas es 24, por tanto la tubera de salida del gas es de 24.3.9.5 Calculo del dimetro de la boquilla de salida de liquido (Dl)

Para el clculo de la boquilla de salida es necesario basarse en la premisa de que la velocidad de salida debe ser:

Este corresponde al requerimiento lmite de velocidad por tanto se calcula el dimetro para este requerimiento:

Dsl=

A nivel comercial el dimetro inmediato superior en tuberas es 12, por tanto la tubera de salida del lquido es de 12.3.10.- Calculo de los espesores (t)3.10.1.- Carcasa Cilndrica

Para estimar la presin de diseo se toma 1,15 la presin de operacin o se le suma 30 cualquiera sea mayor, por tanto:Pd = 300 psia x 1.15 = 345 psia

Pd = 300 psia + 30 =330 psia Por tanto se toma Pd = 345 psia.Ri = D/2 = 111.4072 in/2 = 55.7036 inAsumiendo ASTM 106 Grado C como material de construccin

S = 23300 psig valor tomado de la fig 17-25 de la GPSA.

Asumiendo soldadura normal E = 1

Sustituyendo:

Luego se adiciona el espesor por efecto de corrosin, asumiendo que el fluido es corrosivo tc=0.125 in, por tanto:t = 0.8316 in + 0.125 in = 0.9566inA nivel comercial seria 1 de espesor3.10.2 Casquete.

Considerando que el casquete tendr forma elptica se tiene:

A nivel comercial seria 7/8 de espesor.

Las especificaciones de diseo del separador de alta son:

D (in)Lss(ft)Hl(ft)De(in)Dsg(in)Dsl(in)tcilindro(in)tcasquete(in)

114241.521834241217/8

4.- DISEO DE SEPARADOR DE BAJA

4.1.- Calculo de la velocidad terminal de la partcula

Utilizando la ecuacin 7.7 de la GPSA4.1.1.- Calculo del valor de k.

Se estima k de la figura 7-9 de la GPSA, debido a que el separador es vertical se toma un valor dentro del rango 0,18-0,35 (ft/seg). Tomando k = 0,35 ft / seg . Luego se procede a corregir por presin:

Para P = 80 lpca ---- 0,95 k = 0,95x 0,35 ft/seg = 0,3325 ft/seg

Posteriormente se procede al clculo del valor de velocidad Terminal:

4.2.- Calculo de la velocidad del gas. (Vg)

Generalmente se asume como Vg = 0.8 x Vt = 0.8x3.7284ft/s = 2.9827 ft/s4.3.- Calculo del caudal de gas a condiciones de operacin. (Qg)

Aplicando la ley de gas ideal se obtiene:

Qgop= 212503.2129ft3/dia x 1dia/24 h x 1h/3600seg = 2.4595 ft3/s4.4.- Calculo del rea del Gas.

4.5.- Calculo del Dimetro. (D)

4.6.- Calculo del volumen de lquido en el separador (Vr).

Vr = Qlb x Tr

Segn la fig 7-21 de la GPSA: para API mayor a 35 Tr = 1 min.

Como API = 40 entonces Tr = 1 min.

Vr = 27304.67 BYD x 1 min x 1dia/24h x 1h/60 min = 18.9616 B =106.46 ft34.7. - Calculo de la altura de liquido (hl)

4.8.- Calculo de la longitud de recipiente (Lss)

Lss = hl +2(D)Por tanto, Lss = 161.4028 ft + 2(0.9164ft) = 163.2364 ftSe valida que la relacin Lss/D sea mayor a 2 y menor a 6.

Lss/D = 163.2364/0.9164 = 178.1279 este valor es mayor a 2 y a 6 Por tanto se debe ir variando el dimetro hasta conseguir el valor deseado repitiendo los pasos 4.7 y 4.8 y calculando el rea del gas como el rea del cilindro:D(in)D(ft)Ag(ft)hl(ft)Lss(ft)Lss/D

302,49994,9083573121,689537526,689337510,6761621

362,999887,0680345215,062178821,06193887,02092712

423,499869,6203803211,066090618,06581065,16186664

483,9998412,56539478,4724755916,47215564,11820363

El dimetro seria 48 y el Lss seria 20 ft debido a la longitud de la lmina de 4ft comercial.4.9.- Calculo de los dimetros de las boquillas

4.9.1.- Calculo del caudal de entrada (Qe)

Qe = Qla = 27666.22BYD=1.7978ft3 /seg4.9.2 Calculo de la densidad de entrada ((e)

fl=

fg = 1-fl = 1-0.9879=0.012004ft3 /ft3

4.9.3 Calculo del dimetro de la boquilla de entrada (De)

Para el clculo de la boquilla de entrada es necesario basarse en la premisa de que la velocidad de entrada debe ser:

Por la siguiente ecuacin: a su vez Ae =

Sustituyendo despejando De =

Calculando

Este corresponde al requerimiento lmite de velocidad por tanto se calcula el dimetro para este requerimiento:

De=

Por tanto el dimetro de la tubera de entrada ser de 104.9.4 Calculo del dimetro de la boquilla de salida del gas (Dg)

Para el clculo de la boquilla de salida es necesario basarse en la premisa de que la velocidad de salida debe ser:

Por tanto

Este corresponde al requerimiento lmite de velocidad por tanto se calcula el dimetro para este requerimiento:

Dsg=

A nivel comercial el dimetro inmediato superior en tuberas es 4, por tanto la tubera de salida del gas es de 4

4.9.5 Calculo del dimetro de la boquilla de salida de liquido (Dl)

Para el clculo de la boquilla de entrada es necesario basarse en la premisa de que la velocidad de salida debe ser:

Este corresponde al requerimiento lmite de velocidad por tanto se calcula el dimetro para este requerimiento:

Dsl=

A nivel comercial el dimetro inmediato superior en tuberas es 10, por tanto la tubera de salida del lquido es de 10

4.10.- Calculo de los espesores (t)4.10.1.- Carcasa Cilndrica

Para estimar la presin de diseo se toma 1,15 la presin de operacin o se le suma 30 cualquiera sea mayor, por tanto:

Pd = 80 psia x 1.15 = 95 psia

Pd = 80 psia + 30 =110 psia

Por tanto se toma Pd = 110 psia.Ri = D/2 = 48 in/2 = 24 inAsumiendo ASTM 106 Grado C como material de construccin

S = 23300 psig valor tomado de la fig 17-25 de la GPSA.

Asumiendo soldadura normal E = 1

Sustituyendo:

Luego se adiciona el espesor por efecto de corrosin, asumiendo que el fluido es corrosivo tc=0.125 in, por tanto:

t = 0.1135 in + 0.125 in = 0.2385in

El espesor comercial es de 4.10.2 Casquete.

Considerando que el casquete tendr forma elptica se tiene:

El espesor comercial es de 1/8Las especificaciones de diseo del separador de baja son:

D (in)Lss(ft)Hl(ft)De(in)Dsg(in)Dsl(in)tcilindro(in)tcasquete(in)

48208.47104101/41/8

Alta

Baja

Tanque

Qg

Ql

Qga

Qgb

Qla

Qlb

Qe

Qgt

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

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EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

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