View
230
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
1/163
Manejo y Tratamiento del PetrleoCrudo en Superficie
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.profesorenlinea.cl/imagengeografia/Petroleo2.jpg&imgrefurl=http://www.profesorenlinea.cl/geografiagral/Paisajegeografico.htm&usg=__YT9F29JL8APvOzz4yCZ-HE9LmVI=&h=534&w=420&sz=31&hl=es&start=4&tbnid=FakwS-k_fCCx_M:&tbnh=132&tbnw=104&prev=/images?q=geologia+del+petroleo&gbv=2&hl=es8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
2/163
OBJETIVOS
CONCEPTOS BSICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES
SEPARACIN GASLQUIDO
ESTABILIZACIN DEL PETRLEO CRUDO
DESHIDRATACIN DEL PETRLEO CRUDO
BOMBEO DE PETRLEO CRUDO
CONTENIDO DEL CURSO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
3/163
Proporcionar al participante los conocimientos generales que lepermitan:
Entender los conceptos, fundamentos tcnicos y aspectosgenerales relacionados con el manejo de la produccin ensuperficie.
Conocer los sistemas y procesos que se llevan a cabo ensuperficie para el manejo, tratamiento y acondicionamientodel petrleo crudo.
Conocer todos los equipos asociados en la operacin de lasinstalaciones superficiales de produccin para el manejo depetrleo crudo.
Conocer los fundamentos y principios bsicos para el diseo deequipos para el manejo y tratamiento de aceite.
OBJETIVOS
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
4/163
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
5/163
EL SISTEMA DEPRODUCCION
El sistema de produccinesta formado por elyacimiento, el pozo y lasinstalaciones superficiales
de produccin.
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
6/163
PROCESO DE PRODUCCION
El proceso de produccin comprende el recorrido de losfluidos desde el radio externo de drenaje en el yacimientohasta el separador de produccin en la estacin de flujo.
Existe una presin de partida de los fluidos en dichoproceso que es la presin esttica del yacimiento y unapresin final o de entrega que es lapresin del separador en la Baterade separacin estacin derecoleccin.
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
7/163
Fase
Se define como cualquier porcin homognea de
materia, tanto en su composicin como en suestructura, fsicamente diferenciable y separadaspor superficies bien definidas de otras fases
Conforman un sistema de tres fases: slido, lquidoy gas.
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
8/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
9/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
10/163
QU ES TERMODINAMICA?
Es la ciencia que estudia los Estados y cambios de Estadosde un Sistema fsico las interacciones entre los sistemasque acompaan estos cambios de Estados
Clsica : Se relaciona con Estados en Equilibrio.
Procesos Irreversibles: Se relaciona con Estadosesencialmente de NO-Equilibrio.
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
11/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
12/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
13/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
14/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
Hidrocarburos lquidos y
condensados
FLUIDOS DE PRODUCCIN
Gas
Agua
Slidos
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
15/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
CLASIFICACIN DE LOS CRUDOSSegn su Gravedad API
TIPO DE CRUDO GRAVEDAD API
Condensado
Crudos livianosCrudos medianos
Pesados
Expresados
Mayor a 40
32 a 4022 a 32
10 a 22
Menor de 10 y viscosidad mayor de
10,000 centipoises bajo condiciones
de yacimiento
Segn su contenido de azufreDulces: Contenido de azufre es inferior a 1.5% mol.Amargos:Contenido de azufre es superior a 1.5% mol.
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
16/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
CLASIFICACIN DE LOS CRUDOS
Segn Composicin
Crudos de Base Parafnica: Contienen parafina y muy poco o ningn
material asfltico. Son aptos para obtener gasolina de bajo octanaje.
De ellos se producen cera parafnica y aceites lubricantes de altacalidad.
Crudos de Base Naftnica: Contiene poca o ninguna parafina, pero s
contienen material asfltico en grandes proporciones. Producen aceites
lubricantes.
Crudos de Base, Mixta o Intermedia: Contienen material asfltico y
parafnico. En su composicin entran hidrocarburos parafnicos y
naftnicos, junto con cierta proporcin de hidrocarburos aromticos.
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
17/163
CRUDOS DE BASE PARAFINICA
Parafinas:
La solubilidad de las n-parafinas disminuye en los crudos cuandoincrementa peso molecular.
Slido blanco a marrn.
Molculas formadas enteramente de carbonos e hidrgenos.
Su estructura es esencialmente lineal con pequeasramificaciones.
Las parafinas comienzan a partir de C18y pueden llegar a C60.
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
18/163
18
Elevado peso molecular.Estructuras moleculares policclicas (en forma de red).
Asociacin de redes en forma paralela para formar miscelas.
Apariencia fina (polvo) y color negro.
Son compuestos que generan problemas:Deshidratacion (Formacin de emulsiones).
Yacimientos (Taponamientos de rocas).
Produccin (Precipitacin y Taponamientos de lneas de produccin),Factores de origen:
Refinacin (Alteracin de catalizadores).
CRUDOS DE BASE NAFTENICA (ASFALTENOS):
Factores Termodinamicos: Temperatura y presin.
Factores Qumicos:
1. Temperatura.2. Presin.
1. Inyeccion de gases ricos y cidos en procesos delevantamiento artificial.
2. Estimulacin pozos con cidos, solventes, surfactantes.
3. Mezcla de crudos con origen distitos.Material no biodegradable .
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
19/163
DISTRIBUCION DE LOS CRUDOS SEGN SU COMPOSICION QUIMICA
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
20/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
GAS
Los hidrocarburos gaseosos se producen asociados al crudo en dos formas:
Libre: Es aquel que se encuentra separado de la fase lquida,
bajo las condiciones presin y temperatura en los equipos de superficie.
Disuelto: Se encuentra en solucin en el crudo, pero por sus
caractersticas y bajo las condiciones de presin y temperatura de los
equipos de superficie puede lograrse la separacin gas- lquido. La
liberacin de este gas se acelera con la reduccin de la presin del
sistema.
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
21/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
Cambios de Estados en la Tubera de Produccin
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
22/163
Grfico donde se representa la Presin contra la Temperatura,
mostrando las condiciones bajo las cuales varias fases de una
sustancia pura pueden estar presentes
Diagrama Presin - Temperatura
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
23/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
24/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
25/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
SEPARACIN FLASH (INSTANTNEA).
El proceso de liberacin instantnea simula lascondiciones de vaporizacin que existen en losyacimientos o en los sistemas de produccin, cuando elgas liberado permanece en contacto con su lquidoasociado original. El gas se forma del lquido, al
reducirse la presin mantenindose constante lacomposicin total del sistema.
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
26/163
Dos fases (agua) y (aceite + gas). El agua sale por debajo, elaceite y el gas por arriba del separador.
Dos fases (agua + aceite) y (gas). Todo el lquido sale porabajo y el gas por arriba.
Tres fases (gas), (aceite) y (agua). El gas sale por arriba, elaceite por en medio y el agua por abajo.
ESTA SEPARACIN SE PUEDE DAR EN:
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
27/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
Procesos en Superficie para el Manejo, Tratamiento y Acondicionamiento deFluidos
Cabezal deLlegada dePozos
Tratamientode Aceite
Tratamiento
de Agua
Endulzamientode Gas
Compresin
A.P.
P.I.
B.P.
Deshidratacinde Gas
Petroqumica
Almacenamiento bombeo
Deshidratacin Estabilizacin
Desecho
Inyeccin
Control delPunto de Roco
A.P.
Refinacin
GAS
ACEITE
AGUA
Comercializacin
Separacin
Rectificacin
SERVICIOS AUXILIARES:
- SISTEMAS DE MEDICIN (ACEITE, GAS Y AGUA)- SISTEMA DE DRENES (ACEITE, GAS Y AGUA)- SISTEMAS DE AGUA CONTRA INCENDIO (ACEITE,GAS Y AGUA)- SISTEMA DE DESFOGUE (ACEITE Y G AS)QUEMADOR (ELEVADO O DE FOSA) (ACEITE YGAS)- PRESA API (ACEITE)- AIRE DE INSTRUMENTOS (ACEITE, GAS Y AGUA)- GAS COMBUSTIBLE (ACEITE, GAS Y AGUA)- ENERGA ELCTRICA (ACEITE, GAS Y AGUA)- AGUA DE SERVICIO (ACEITE, GAS Y AGUA)
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
28/163
COMPLEJO SAMARIA IIAREA BATERIA Y DESHIDRATADORA
CABEZAL DE POZOS RECTIFICACIONPRIMARIA
S.H.E.B.P.
TV
GAS B.P. A COMPRESORASSAMARIA II
AREA DE CONDENSADOS
SEPARADORTRIFASICO
SEPARADOR
BALANCE
CABEZAL DECONDENSADOS
QUEMADOR
A CPGCACTUS
DESNATADOR
REACTIVOS
FILTROS
A POZOS INYECTORES
VAPORESA COMPRESORAS U-23 SAM II
DE SAMARIA III
CRUDO ACCC PALOMAS
PATIN DEMEDICION
DESHIDRATACION Y
DESALADO
ELECTROSTTICO)
T. B.
COMP.SAM.II
CUNDUACAN
P = 6.0 kg/cm2
P = 5.0 kg/cm2
Pd = 7.0 kg/cm2
55,000 BLS CAP
(2)
SAMARIA 280SAMARIA 290SAMARIA 300SAMARIA 310SAMARIA 110
31.9 APIINHIBIDOR DE CORROSION (9 LT/DIA)BACTERICIDA (3 LT/DIA)INHIBIDOR DE INCRUSTACION (2 LT/DIA)SECUESTRANTE DE OXIGENO (7 LT/DIA)SURFACTANTE (8 LT/DIA)
SH3F (2)
Agua a T.Desnatador
500 BLS CAP(2)
DESH. 1, 2 Y 3
DESAL. 4, 5 Y 6
CAPACIDAD180,000 BPD
P
T 55.0
5.5P
T 46.0
0.8
P
T 46.0
0.8
P
T 50.0
5.3
P
T 33
20
P
T 30
12
P
T 46.5
6.0
P
T 46.0
22P
T 46.0
6.5
P
T 46.0
6.5
CUNDUACAN
P
T 59.0
6.0
P
T 38.6
7.0
PT 36.0
7.0
P
T 46.0
2.6
P
T 35
50
P
T C
Kg/cm2 g
NOTA:
PT 34
21
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
29/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
30/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
Manejar las corrientes de fluidos obtenidas de los pozos
productores.
Separar el gas y el agua del aceite.
Separar el agua emulsionada en el aceite cuando es necesario y
tratar el agua producida.
Tratar el gas para remover el agua y contaminantes quecontiene (CO2y H2S).
Comprimir el gas producido para enviarlo a plantas de
procesamiento.
PRINCIPALES FUNCIONES DE LAS INSTALACIONES DEPRODUCCIN
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
31/163
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
Separar el H2S del aceite, la cantidad de gas disuelto y el
contenido de agua para almacenarlo, bombearlo y enviarlo a venta
plantas de refinacin.
Tratar el agua producida para su reinyeccin a pozos de
captacin pozos para recuperacin secundaria.
Controlar y medir la produccin.
Proveer gas lift para sistemas de BN.
Proveer equipo especializado para sistemas de recuperacin
mejorada.
Cont. PRINCIPALES FUNCIONES DE LAS INSTALACIONESDE PRODUCCIN
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
32/163
Desde el cabezal de cada pozo es tendida una tubera de produccin que llega a unadeterminada estacin recolectora, diseada para la produccin de un numerodeterminado de pozos. El dimetro de las tuberas depende de la viscosidad, elvolumen de produccin y la presin de flujo en el cabezal de pozo.
Las producciones provenientes de cada pozo convergen en un mltiple de producciny de prueba, donde los pozos pueden ser colocados individualmente en produccin y/oprueba.
Las estrangulaciones a nivel de pozo son realizadas para lograr la reduccin de lapresin, las cuales pueden ser fijas o ajustables para lograr un flujo optimo del sistema.
El mltiple de produccin es alineado al separador de produccin y el mltiple dePrueba al separador de prueba (medicin).
La produccin general es enviada a los sistemas de deshidratacin, estabilizaciny/o tanques de almacenamiento, segn el caso.
Proceso de Recoleccin de la Produccin
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
33/163
Conocimiento General de las Instalaciones Superficiales aPartir de los Pozos Productores de Aceite y Gas
La composicin de la mezcla y las condiciones de presin ytemperatura a las que se encuentran los hidrocarburos en elyacimiento, son los elementos requeridos para establecer si un ya-cimiento es de aceite negro, de aceite voltil, de gas y condensado ode gas seco. De acuerdo con el tipo de yacimiento es la configuracin ylas condiciones de operacin del sistema para el manejo superficial de
los hidrocarburos producidos.
CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONESSUPERFICIALES
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
34/163
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
35/163
Las mezclas de liquido y gas, se presentan en los campos petrolerosprincipalmente por las siguientes causas:
a) Por lo general los pozos producen lquidos y gas en un solo flujo.
b) Hay lneas en las que aparentemente se maneja solo lquido gas; perodebido a los cambios de presin y temperatura que se producen atravs de la lnea hay vaporizacin de liquido y condensacin de gas,
dando lugar al flujo de dos fases.c) En ocasiones el flujo de gas arrastra lquidos a los compresoras y
equipos de procesamiento, en cantidades apreciables.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
Fundamentos de la Separacin GasLquido
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
36/163
Fundamentos de la Separacin GasLquido
Las razones principales por la que es importante efectuar una separacin adecuadade lquido y gas son:
a) En campos da gas y aceite, donde no se cuenta con el equipo de separacinadecuado y adems el gas se quema, una cantidad considerable de aceite ligeroque es arrastrado por el flujo del gas tambin es quemado, ocasionando grandes
perdidas si se considera que el aceite ligero es el de mas alto valor comercial.
b) Aunque el gas se transporte a una cierta distancia para tratarlo, es convenienteeliminarle la mayor cantidad de lquido, ya que este ocasiona problemas talescomo: corrosin y abrasin del equipo de transporte aumento en las cadas depresin y disminucin en la capacidad de transporte de las lneas.
c) Como se menciono el flujo de gas frecuentemente arrastra lquidos de procesolos cuales se deben recuperar ya que tienen un valor considerable.
d) El gas y el aceite obtenidos en superficie deben de cumplir con ciertasespecificaciones de calidad y operacin para ser entregados para su posteriorprocesamiento en plantas petroqumicas y refineras respectivamente para su
almacenamiento y distribucin.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
37/163
Condiciones de Separacin
Para establecer las condiciones de separacin ms apro-piadas, de acuerdo con las caractersticas de los fluidos pro-
ducidos, el Ingeniero de Produccin tiene que considerar lassiguientes variables de control:
a) El tipo, tamao y dispositivos internos del separadorb) El tiempo de residencia del aceite
c) Las etapas de separacind) Las presiones y temperaturas de operacine) El lugar de instalacin de los separadores.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
38/163
La combinacin de dichas variables permite obtener la separacinrequerida a un costo mnimo. La seleccin de las condiciones deseparacin depende, fundamentalmente de los objetivos deproduccin establecidos. Generalmente estos objetivos estn
orientados a la obtencin de:
1. -Alta eficiencia en la separacin del aceite y el gas.2. -Mayores ritmos de produccin.3. -Mayores recuperaciones de hidrocarburos lquidos.4. -Menores costos por compresin.
5. -Aceite y gas estabilizados.
El diseo de un sistema de separacin de gas-aceite depende enforma primordial de la presin de vapor mxima que se fije en lasbases de diseo, as como de la composicin de los fluidosproducidos y su temperatura al llegar a la central de recoleccin.
Cont. Condiciones de Separacin
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
39/163
En la industria petrolera, entre dos equipos de separacin aplicados con mayor frecuencia,estn los siguientes:
Separadores
Son equipos utilizados para separar corrientes de aceite y gas que provienen directamente
de los pozos. Las relaciones gas-aceite de estas corrientes disminuyen en ocasiones,debido a los baches de lquido que repentinamente se presentan, siendo estas masfrecuentes cuando los pozos producen artificialmente.
Separadores a baja temperatur a
Estos dispositivos se utilizan para la separacin de gas y condensados a baja temperatura,mediante
El iminadores
Estos dispositivos se utilizan para eliminar los lquidos (hidrocarburos y agua) de unacorriente de gas a alta presin. Se utilizan generalmente en los sistemas de separacin abaja temperatura. Algunos eliminadores separan el agua de la corriente de gas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
Tipos de Separadores
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
40/163
Depuradores
Son dispositivos que se utilizan para manejar corrientes con muy altasrelaciones gas-lquido.
Se aplican tambin para separar gotas muy pequeitas de lquido suspendidasen corrientes de gas, y que no son eliminadas generalmente por un separador
ordinario.
Dentro de este tipo especfico de separadores estn los depuradores de polvo ylos filtros, que eliminan adems de las gotas pequeas de liquido, el polvoarrastrado en la corriente de gas.
Es muy recomendable instalar depuradores antes de las compresoras con el finde protegerlas de los daos que puedan causar las impurezas y las gotas delquido o neblina arrastradas por el gas.
Su diseo se fundamenta en la primera seccin de separacin dondepredominan elementos de impacto para remover partculas lquidas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
41/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
Separadores Tipo Fi l tro
Usan el principio de aglomeracin de gotitas de lquido en un medio filtranteseguido de un medio eliminador de neblina.
El aglomerado ms comn y eficiente esta compuesto de un filtro tubular defibra de vidrio el cual es capaz de retener las partculas de lquidos hastatamaos de submicrones.
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
42/163
MECANISMOS DE SEPARACIN
La separacin de mezclas de gas y lquido, se logra mediante una combinacinapropiada de los siguientes factores:momentum,gravedad, fuerza centrifugay choque.
Momentum (Cantidad de Movimiento).
Fluidos con diferentes densidades tienen diferentes momentum. Si una corrientede dos fases cambia bruscamente de direccin, el fuerte momentum o la granvelocidad adquirida por las fases, no permiten que la partculas de la fase pesadase muevan tan rpidamente como las de la fase liviana, este fenmeno provocala separacin.
Separacin por gravedad.
Es el mecanismo de separacin que ms se utiliza, debido a que el equiporequerido es muy simple. Cualquier seccin ampliada en una Lnea de flujo,acta como asentador por gravedad, de las gotas de lquido suspendidas en una
corriente de gas. El asentamiento se debe a que se reduce la velocidad del flujo.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
43/163
Si el flujo es vertical hacia arriba, como en loseparadores verticales, las partculas liquidoque se van a separan caen a contraflujo delgas. Estas partculas de liquido quedescienden por la accin de la gravedad se
aceleran, hasta que la fuerza de arrastre sebalancea con la fuerza gravitacional.
Despus de este momento, los partculascontinan cayendo a un velocidadconstante,conocida como velocidad de asentamiento o
velocidad terminal.
La velocidad de asentamiento calculadapara una gota de liquido de cierto dimetro,indica la velocidad mxima que debe tenerel gas , para permitir que partculas de este
dimetro a mayor se separen.
Cont. Separacin por Gravedad
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
44/163
Las gotas de lquido se separan de la fase gaseosa, cuando la fuerzagravitacional que acta sobre las gotas de lquido es mayor que la fuerza dearrastre del fluido de gas sobre la gota. Estas fuerzas definen la velocidadterminal, la cual matemticamente se presenta usando la ecuacin siguiente:
C3
d4
Vg
glgg
t
donde:
Enunidades
SI
EnunidadesInglesas
Vt= Velocidad terminal de la gota
de Lquido
m/s pies/s
g = Aceleracin de la gravedad 9.807 m/s2 32.174pie/s2
dg=Dimetro de la gota m pies
g= Densidad del gas kg/m3 lb/pie3
l= Densidad del lquido kg/m3 lb/pie3
C= Coeficiente de arrastre que
depende del Nmero de Reynolds
Adimensional
VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO
FUERZA
DE
GRAVEDAD
FUERZA
DE FRICCION
FUERZA
DE EMPUJE
CORRIENTE DE GAS
FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA GOTA DE LIQUIDO QUE CAE CONTRA
UNA CORRIENTE DE GAS
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
45/163
18
gdFV
LP
2
g1
t
Para caso de decantacin de una fase pesada lquida discontinua en una faseliviana lquida continua, aplica la ley de Stokes.
donde:
unidadesSI
unidadesInglesas
Vt= Velocidad terminal dedecantacin
m/s pies/s
dg=Dimetro de la gota m pies
F1= Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas 1000 1
g = Aceleracin de la gravedad 9.807 m/s2 32.174pie/s2
p= Densidad de fase pesada kg/m3 lb/pie3
L= Densidad de fase liviana kg/m3 lb/pie3
= Viscosidad de la fase continua mPas lb/pie/s
LEY DE STOKES
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
46/163
La fuerza centrifuga que se induce a las partculas delquido suspendidas en una corriente de gas, puede servarios cientos de veces mayor que la fuerza de gravedadque acta sobre la misma partcula. Este principiomecnico de separacin se emplea en un separador, tantoen la seccin de separacin primaria como en algunostipos de extractores de niebla, por ejemplo en el extractor
tipo ciclnico.
Las partculas de liquido colectadas en las paredes de unextractor de niebla tipo ciclnico, difcilmente sonarrastradas por la corriente de gas. Sin embargo lavelocidad del gas a la entrada del tubo ciclnico, no debe
ser mayor 45 pies/seg.
SEPARACIN POR FUERZA CENTRFUGA
La Ley de Stokes se puede aplicar al proceso deseparacin centrifuga, sustituyendo g por la aceleracindebida a la fuerza centrifuga (a), entonces:
18
2
1 LPg
t
adF
V
SEPARACIN GAS - LQUIDO
S C G S Q O
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
47/163
SEPARACIN POR CHOQUE
Este mecanismo de separacin es talvez el que ms se emplea en laeliminacin de las partculas pequeasde lquido suspendidas en una corrientede gas. Las partculas de lquido queviajan en el flujo de gas, chocan conobstrucciones donde quedan adheridas.
La separacin por choque se emplea
principalmente en los extractores deniebla tipo veleta y en los de malla dealambre entretejido.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
48/163
Cont. Separacin por choque
Se conoce como distancia de paro, a la distancia que una partcula de ciertodametro, viaja a travs de una lnea de corriente de gas. Esta distancia sepuede obtener modificando la ley de Stokes de la siguiente forma:
Como se observa de la ecuacin, la distancia de paro es proporcional al
cuadrado del dametro de la partcula de lquido. Esto significa que para laspartculas mas pequeas su distancia de paro es ms corta y, por lo tonto,tienen mayor tendencia a desviarse alrededor de la obstruccin.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
49/163
PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DESEPARACIN DE GAS Y LQUIDO
Tamao de las partculas de lquido.
Distribucin del tamao de la partcula de lquido y volumen de
lquido que entra al separador.
Velocidad del gas.
Presin de separacin.
Temperatura de separacin.
Densidad del lquido y del gas.
Viscosidad del gas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
50/163
El tamao de las particular suspendidas en el flujo de gas, es un factorimportante en la de terminacin de la velocidad de asentamiento en laseparacin por gravedad y en la separacin por fuerza centrifuga.Tambin es importante en la determinacin de la distancia de paro,cuando la separacin es por choque.
La velocidad promedio del gas en la seccin de separacin secundaria,corresponde a la velocidad de asentamiento de una gota de liquido decierto dimetro, que se puede considerar como el dimetro base.Tericamente todas las gotas con dimetro mayor que el base deben sereliminadas. En realidad lo que sucede es que se separan partculas mas
pequeas que el dimetro base, mientras que algunas mas grandes endimetro no se separan.
Lo anterior es debido a la turbulencia del flujo, y a que algunas de laspartculas de liquido tienen una velocidad promedio del flujo de gas.
Tamao de las partculas de liquido
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
51/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
PORCIENTOD
EPA
RTCULAS
DELIQUID
OE
LIMINADAS
RELACIN DEL TAMAO DE PARTCULAS DE LIQUIDO
0
20
40
60
80
100
0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 7.0 10.00.70.3
En la Fig. se muestra el efecto del tamao de las partculas en la eficiencia de la separacin, cuandoel extractor de niebla es del tipo choque o ciclnico. En esta figura se relaciona el tamao de lapartcula con el porciento de partculas eliminadas. Se observa que en un proceso de separacin se
separa, por ejemplo, un 50% de un tamao X de partculas, y que solo se elimina un 22% de laspartculas de tamao X/2, mientras que se elimina un 90% de partculas de tamao 3X.
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
52/163
El tamao de las partculas de liquido que se forman en el flujo deliquido y gas, cuando no hay agitaciones violentas, es losuficientemente grande para lograr una buena eficiencia en losseparadores.
Generalmente se especifica en los equipos de separacin, que elarrastre no es mayor que 0.1 gal/MMpie3. Una partcula de 10 micrastiene tan poco volumen, que puede haber 720,000 partculas de
liquido de este tamao por cada pie cbico de gas, sin que seexceda la especificacin aludida.
Cont. Tamao de las partculas de liquido
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
53/163
La distribucin del tamao de las partculas de liquido y el
volumen de lquidos que entra al separadorEstos aspectos estn ntimamente ligados en la eficiencia de la separacin. Parailustrarlo se pueden analizar las siguientes situaciones:
Considrese que un separador se instala, para separar un volumen de liquido de2,000 galones por cada milln de pie cbico de gas. De este volumen de liquido, 0.5
galones estn formados por partculas menores de 10 micras.
Si el separador tiene una eficiencia de 80% para separar partculas menores de 10micras, entonces su eficiencia total ser de casi 100%.
Sin embargo, si este mismo separador se utiliza en una corriente de gas, donde elcontenido de liquido es de 20 galones por milln de pies cbicos de gas, todo
formado por partculas menores de 10 micras, la eficiencia total de separacin serde 80% y habr un arrastre de liquido en el flujo de gas de 4 galones por milln depie cbico de gas. As aunque el separador funcionara bien, no seria el adecuado.
De lo anterior se concluye que, en la seleccin de separacin para un determinadoproblema, se debe considerar como aspecto importante, la distribucin de tamaode las partculas y el volumen de liquido que se va a separar.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
54/163
Velocidad del gasGeneralmente los separadores se disean de tal forma que laspartculas de lquidos mayores de 100 micras, se deben separardel flujo de gas en la seccin de separacin secundaria, mientras
que las partculas ms pequeas en la seccin de extraccin deniebla.
Cuando se aumenta la velocidad del gas a travs del separador,sobre un cierto valor establecido en su diseo, aunque se
incrementa el volumen de gas manejando no se separantotalmente las partculas de liquido mayores de 100 micras en laseccin de separacin secundaria. Con esto se ocasiona que seinunde el extractor de niebla y, como consecuencia que, hayaarrastre repentino de baches de liquido en el flujo de gas que saledel separador.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
55/163
Presin de separacin
Es una de los factores mas importantes en la separacin, desde elpunto de vista de la recuperacin de lquidos. Siempre existe unapresin ptima de separacin para cada situacin en particular.
En ocasiones al disminuir la presin de separacin, principalmenteen la separacin de gas y condensado, la recuperacin de lquidosaumenta, sin embargo, es necesario considerar el valor econmicodel incremento de volumen de lquidos, contra la compresin extraque puede necesitarse para trasportar el gas.
La capacidad de los separadores tambin es afectada por lapresin de separacin, al aumentar la presin, aumenta lacapacidad de separacin de gas y viceversa.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
56/163
Temperatura de separacin
En cuanto a la recuperacin de lquidos, la temperatura deseparacin interviene de la siguiente forma: a medida quedisminuye la temperatura de separacin, se incrementa larecuperacin de lquidos en el separador.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
57/163
Densidades del liquido y del gas
Las densidades del liquido y el gas, afectan la
capacidad de manejo de gas de los separadores. Lacapacidad de manejo de gas de un separador, esdirectamente proporcional a la diferencia dedensidades del liquido y del gas e inversamenteproporcional a la densidad del gas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
58/163
Viscosidad del gas
El efecto de la viscosidad del gas en la separacin, se puedeobservar de las formulas para determinar la velocidad deasentamiento de las partculas de liquido.
La viscosidad del gas se utiliza en el parmetro NRe, con el cualse determina el valor del coeficiente de arrastre.
De la Ley de Stokes, utilizada para determinar la velocidad de
asentamiento de partculas de cierto dimetro, se deduce que amedida que aumenta la velocidad del gas, disminuye lavelocidad de asentamiento y por lo tanto, la capacidad demanejo de gas del separador.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
59/163
PRINCIPIOS DE SEPARACIN DE MEZCLAS DE
HIDROCARBUROS
Los separadores son construidos de tal forma que el fluidoentre produciendo un movimiento rotacional, impartiendoal fluido un movimiento centrfugo que ocasiona que el
lquido choque con las paredes del recipiente y caiga porgravedad.
A medida que el lquido cae, choca con los deflectores yplatos, producindose por agitacin la separacin de fases.
El gas sale por la parte superior y el lquido por el fondo.
El nivel de lquido del separador es controlado por unavlvula flotante y una vlvula tipo back pressure a lasalida del separador que controla la presin de salida delmismo.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
60/163
BATERA DE SEPARADORES
Las mezclas gas- aceite o gas-condensados agua, se recolecta y se
separa en las bateras de separadores.
La separacin puede darse en una solao en varias etapas, dependiendo de lascondiciones de operacin, pasando de
una vasija de mayor presin a otra demenor presin.
SEPARACIN GAS LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
61/163
Es un conjunto de vlvulas y tuberasdenominadas mltiples de distribucion,que permiten distribuir a voluntad el flujode varias pozos (corriente o produccin
general), o aislar la correspondiente a unoen particular (corriente de medicin),donde se conecta por varias horas el pozoque se desea medir.
CABEZAL DE ENTRADA
Tambin tiene instalada una descarga haciauna presa de captacin para desviar laproduccin en caso de una fallo de losseparadores cualquier otra falla deoperacin o accidente.
SEPARACIN GAS LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
62/163
SECCIN DE SEPARADORES
Es un conjunto de vasijas verticales,horizontales, o esfricas, que tienen en suinterior una serie de mamparasdeflectores y aditamentos como
extractores de niebla, filtros, agitadores yflotadores, que permiten la separacinmecnica de la mezcla producida.
La funcin fundamental de un separador,
es la de separar los componentesdeseados del fluido (crudo, gas, agua,contaminantes) lo mas completamenteposible del conjunto de componentes quealimentan al separador.
SEPARACIN GAS LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
63/163
Los separadores tambin se agrupan para el manejo de la
produccin general y se deja uno para recibir al pozo que sedesea medir.
SEPARACIN GAS LQUIDO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
64/163
Debido a que las variaciones de flujo en la descarga delseparador y a la presencia de algunos slidos en suspensinafectan a los medidores convencionales y no se tendranlecturas confiables si se instalaran en la salida del aceite; lamedicin del volumen de aceite se realiza en el tanque
mediante una cinta mtrica o medidores elctricos operadoscon un flotador, o con medidores instalados en la descargas deltanque.
Para medir el gasto del gas, los separadores tienen instalados
dispositivos del tipo placa de orificio o integradoreselectrnicos en la descarga del gas; el agua se mideporcentualmente en las muestras que se tomanperidicamente.
S C G S QU O
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
65/163
Los separadores deben tener capacidad para soportar lasvariaciones de flujo provenientes de los pozos y estn
diseados para mantener una presin constante y un nivelde lquido adecuado, mediante valvulas de contra presincalibradas para abrir al incrementarse la presin y cerrar alreducir la misma a ciertos valores predeterminados.
Q
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
66/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
67/163
SECCIONES DE UN SEPARADOR
Seccin de Separacin Primaria(Fuerza centrfuga)
Seccin de SeparacinSecundaria (Gravitacional)
Extraccin de Niebla (Choque y/oFuerza Centrfuga)
Acumulacin de Lquidos
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
68/163
(a) Seccin de separacin primaria
SEPARADOR VERTICAL SEPARADOR VERTICAL
ELEMENTOS Y SECCIONES DE UN SEPARADOR
Eliminadorde niebla
Desviadorde flujo
Entrada deproduccin
Nivel de
liquido
Burbujasde Gas
Vlvula deControl
de Nivel
Controlde Nivel
Gotasde liquido
c
a
b
d
Vlvula deControl de
PresinManmetro
Termmetro
Vlvulade Alivio
Disco deruptura
Vlvula deControl de Presin
ba
c
d
Vlvula deControl
de Nivel
Eliminadorde niebla
Gotas
de liquido
Controlde Nivel
Burbujas
de Gas
Nivel deliquido
Desviadorde flujo
Entradade
prod.
Termmetro
Vlvulade Alivio
Disco deruptura
Manmetro
(b) Seccin de separacin por gravedad
(c) Seccin de acumulacin de liquido
(d) Seccin de coalescencia
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
69/163
TIPOS DE
INTERNOS
EMPLEADOS
Desviadores de flujo
Rompedor de olas
Placas rompedoras de espumaExtractores de niebla
Elementos centrfugos
Rompedor de vortice
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
70/163
En esta seccin se separa la mayor cantidad de lquido de lacorriente de gas, y se reduce la turbulencia del Fluido. Laseparacin del lquido en esta seccin se realiza mediante uncambio de direccin del Flujo. El cambio de direccin se puedeefectuar con una entrada tangencial de los fluidos al separador; o
bien, instalando adecuadamente uno placa desviadora a la entrada.Con cualquiera de las dos formas se le induce una fuerza centrfugaal flujo, con lo que se separan grandes volmenes de lquido.
SECCIN DE SEPARACIN PRIMARIA
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
71/163
SECCIN DE SEPARACIN SECUNDARIA
En esta seccin se separa la mxima cantidadde gotas de lquido de la corriente de gas, sereduce considerablemente la turbulencia delflujo, as como la velocidad del gas y las gotasdel lquido que contiene el gas son separadasal mximo.
ste proceso se realiza mediante el principiode asentamiento por gravedad, en algunosdiseos se utilizan veletas o aspas alineadaspara reducir aun mas la turbulencia sirviendo
al mismo tiempo como superficies colectorasde gotas de liquido.
La eficiencia de separacin en esta seccindepende principalmente de las propiedadesfsicas del gas y del liquido suspendidas en el
flujo de gas y del grado de turbulencia.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
72/163
SECCIN DE EXTRACCIN DE NIEBLA
En esta seccin se separan del flujo de gas las gotas pequeos delquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria ysecundaria del separador.
En esta parte del separador se utilizan el efecto de choque y/o lafuerza centrifuga como mecanismos de separacin Mediante estosmecanismos se logra que las pequeas gotas de lquido, secolecten sobre una superficie en donde se acumulan y forman
gotas ms grandes, que se drenan a travs de un conducto a laseccin de acumulacin de lquidos o bien caen contra la corrientede gas a la seccin primaria.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
73/163
Cont. SECCIN DE EXTRACCIN DE NIEBLA
En esta seccin se separan del flujo de gas las gotas pequeos delquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria ysecundaria del separador.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
74/163
Existen varios tipos de eliminadores de niebla entre los cuales
tenemos:
Tipos de Aletas
Tipos de Malla de Alambre
Tipo Centrfugo
Las mas utilizadas son las de tipo de malla de alambre, ya que estaconsiderada como poseedor de una eficacia de remocin de altaeficiencia.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
75/163
ACUMULACIN DE LQUIDOS
En esta seccin se almacena y descarga el lquido separado de lacorriente de gas y que fue separado en las secciones anteriores, porlo cual se requiere un tiempo mnimo de retencin que permita llevara cabo el proceso de separacin.
Esta parte del separador debe tener la capacidad suficiente paramanejar los posibles baches de lquido que se pueden presentar enuna operacin normal, adems debe tener la instrumentacinadecuada para controlar el nivel de lquido en el separador.
SECCIN ACUMULACINDE LQUIDOS
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
76/163
Cont. ACUMULACIN DE LQUIDOS
Esta instrumentacin esta formadapor un controlador y un indicadorde nivel, un flotador y una vlvulade descarga.
La seccin de almacenamiento delquidos debe estar situada en elseparador, de tal forma que ellquido acumulado no sea
arrastrado por la corriente de gasque fluye a travs del separador.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
77/163
INTERNOS AUXILIARES
ROMPEOLAS.
Este elemento se localizo en los separadores horizontales para amortiguar laformacin de olas, evitando el mayor arrastre de lquido en el gas;normalmente son dos placas localizadas en forma transversal a 1/3 y 2/3 de lalongitud del equipo.
ROMPEDOR DE VORTICE.
La funcin del rompedor de vrtices es evitar problemas en las bombas quese localizan a la salida de lquido en el equipo de separacin evitar lacontaminacin del producto y las vibraciones.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
78/163
Son los separadores ms usados en la industriapetrolera y comprenden cuatro seccionesfundamentales :
Seccin de separacin:donde el fluido entra ycomienza la separacin gas liquido.
Seccin de Fuerzas Gravitacionales: Dondeestas fuerzas tienen una influencia fundamentalen la separacin gas lquido.
Seccin de Extraccin de Neblina: donde seseparan las minsculas partculas de lquido que
aun contiene el gas.
Seccin de Acumulacin de Liquido: dondelos lquidos separados del gas se acumulan enla parte inferior del separador para luego sertransferido a los tanques de almacenamientotemporal.
SEPARADORES BIFSICOS
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
79/163
1 PLACA DESVIADORA DE .ENTRADA
2 EXTRACTOR DE NIEBLA
3 VALVULA DE DESCARGA DE LIQUIDOS
4 FLOTADORSALIDA DEL GAS
SECCIN DESEPARACINPRIMARIA
ENTRADA
DE LAMEZCLA
SECCIN DEALMACENAMIENTO DELLIQUIDO
SALIDA DELIQUIDO
DRENEDEFONDO
SELECCIN DEEXTRACCIN DENIEBLA
SECCIN DESEPARACINSECUNDARIA
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
80/163
SEPARADORES TRIFSICOS
Son similares a los separadores de dos fases, en este caso debeagregarse la fase de separacin lquido lquido, as como losmedios para remover el agua libre, estos separadores reducen lacarga en el equipo de tratamiento de crudo, aumentan la
capacidad de transporte en las tuberas y tambin ayudan amejorar la precisin de las mediciones de flujo.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
81/163
Estos separadores, adems de separar las fases liquida y gaseosa,separan el liquido en aceite y agua no emulsionada en el aceite. Laseparacin del lquido en aceite y agua no emulsionada, tiene lugar pordiferencia de densidades. Para esto se proporciona al lquido suficientetiempo de residencia y se deposita en un espacio donde no hayturbulencia.
Adems de las secciones y dispositivos con que cuentan los separadoresbifsicos, el separador trifsico tiene las siguientes caractersticas yaccesorios especiales:
Una capacidad de lquidos suficiente para proporcionar el tiempo deretencin necesario para que se separe el aceite y el agua.
Un sistema de control para la interfase agua -aceite.
Dispositivos de descarga independientes para el aceite y para el agua.
Separadores Trifsicos
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
82/163
PROBLEMAS OPERACIONALES MAS COMUNES EN
SEPARADORESCrudos espumosos:
Como resultado de la incorporacin mecnica de gas dentrode una fase liquida, es la formacin de burbujas en las cualesla pelcula del liquido rodea un volumen de gas que tiende aascender.
Ocasiona en el separador:
Dificultad para poder controlar el nivel del fluido Probabilidad que el fluido que salga del separador vaya
mezclado con espuma Problemas en la deshidratacin del fluido
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
83/163
Problemas operacionales mas comunes
Presencia de arena en el crudo
Los problemas ms comunes que puede causar son:
Taponamiento de los dispositivos de control Erosin y corte de vlvulas y lneasAcumulacin en el fondo del separador, disminuyendo la
capacidad del mismo Transferencia de esta arena a los PDT, causando graves
daos a las instalaciones de superficie.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
84/163
Parafinas
Puede obstruir el eliminador de neblina ocasionando que elgas se vaya en el fluido y disminuya la eficiencia deseparacin.
Escape de Liquido o Gas
El escape de liquido o gas puede ocurrir por:
Formacin de espuma Problemas con la instrumentacin de nivel Malla eliminadora de neblina obstruida Obstruccin de la vlvula a la salida del separador
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
85/163
Durante el manejo de los hidrocarburos en la superficie yespecialmente en le proceso de separacin la velocidad de gasarrastra gotas de liquido y el liquido acarrea burbujas de gas. La
separacin fsica de estas fases es una de las operacionesbsicas en el proceso de produccin, procesamiento ytratamiento de gas y el aceite.
El diseo de separadores gas-aceite se lleva a cabo para quemecnicamente se separen las fases de la corriente dehidrocarburos a una temperatura y presin especifica. Elapropiado diseo del separadores muy importante ya que de ellodepende en gran medida la capacidad y eficiencia del proceso deseparacin y el manejo adecuado de los hidrocarburos.
FUNDAMENTOS PARA EL DISEO DE
SEPARADORES
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
86/163
El dimetro y la longitud del separador.El diseo y arreglo de las partes internas del separador.Las caractersticas fsicas y qumicas del aceite y el gas
que se van a separar.
La presin y la temperatura de operacin del separador.El nmero de etapas de separacin.El nivel del lquido en el separador.El tiempo de residencia del lquidoLa tendencia del aceite a formar espuma.
La cantidad de material slido arrastrada por los fluidosque se van a separar.Las condiciones del separador y de sus componentes.Grado de eficiencia del separador (depende del tamao
mnimo de partcula que se desee separar mayor a 10micras).
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA CAPACIDAD
DE SEPARACIN:
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
87/163
FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIN GASLQUIDO
La separacin de mezclas gas - lquido, se logra mediante unacombinacin apropiada de los siguientes factores mecnicos.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
88/163
La distribucin del tamao de las gotas de lquido depende deldiseo de los internos, de las caractersticas de los fluidos y delequipo instalado corriente arriba del proceso.
DISTRIBUCION DEI TAMAO DE PARTICULA EN UNSEPARADOR
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
89/163
ASENTAMIENTO:
En la seccin de asentamiento, las gotas de liquido caern a una ciertavelocidad determinada por una ecuacin que relaciona la fuerza degravedad en la gota y el coeficiente de arrastre provocado por el flujo degas (fase continua).
Fuerza de arrastreFuerza de Flotacin
2g
VtACF
2
DD
Re
24CD
dS.G.101.78Vt
2
m
6
2g
V
4
D
Dv
g
24
2g
V
4
D
Re
24
2g
VACF
2
g
2
g
2
g
22
gDD
6
DF
3
1B g
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
90/163
Cuando fuerza de arrastre es igual a la fuerza de flotacin, laaceleracin de las gotas es cero as que se mueven a una
velocidad constante conocida como la velocidad terminal.
La velocidad de asentamiento indica lavelocidad mxima que debe tener el gaspara permitir que gotas de lquidos de
cierto dimetro se separen
Ley de Stokes
BD FF
6
VD33
1D
g
18
DV
2
1
t
g
5
26
t10088.218
10281.3..4.62V
mdGS
26
t
..1078.1V m
dGS
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
91/163
En el diseo de equipo de separacin la Ley de Stokes no gobierna elcomportamiento de la velocidad de asentamiento por el nmero de Reynolds quese tiene, as que esta velocidad debe ser determinada en base al coeficiente de
descarga CD:
Entones la velocidad terminal de asentamiento,considerando el balance de fuerzas estar dada por:
Ec.5
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
92/163
Las ecuaciones 4 y 5 pueden ser resueltas por una solucin iterativa, con lossiguientes pasos:
1. Iniciando con
2. Calcular Num. Reynolds
3. Con el Num. Reynolds, calcular CD.
4. Recalculando Vt usando el nuevo valor de CD
5. Ir al paso 2 e iterar hasta que los valores de Vt, Re y CDsean iguales
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
93/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
94/163
TIEMPO DE RESIDENCIA
Este se define como el tiempo de residencia o el tiempo promedio en que unamolcula de lquido es retenida en el separador. El tiempo de residencia esentonces el volumen ocupado por el lquido en el separador dividido entre elgasto de lquido. La capacidad de manejo de aceite de un separador es unafuncin del tiempo de residencia y del rea de interfase gas-aceite.
Se ha encontrado que el rango de tiempo de residencia para un separador tienevalores de 1 a 4 minutos, dependiendo de las condiciones de operacin ypropiedades de los fluidos. En casos donde se tiene crudo espumoso los tiemposde residencia se incrementan hasta en 4 veces los valores anteriores.
API 12J
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
95/163
FORMACIN DE ESPUMA
Los aceites espumosos ofrecen un especial problema en el dimensionamiento delseparador. La espuma es una mezcla de gas disperso en el lquido que tiene unasdensidad menor a la del lquido pero ms grande que la del gas, en estos casosse necesita tener una rea de interfase y un tiempo de residencia ms grande quelo normal para separar el gas del aceite. En estos casos puede ser necesario untiempo de residencia tan grande como 15 minutos dependiendo de la estabilidad
de la espuma.
RE-ENTRAINMENT (re-entrada de lquido a la corriente de gas)
El re-entrainment es un fenmeno causado por tener velocidades altas de gas enla interfase gas-lquido del separador. Esto ocasiono que en un momento el gas letransfiera cierta inestabilidad al lquido y propicie la formacin de olas yondulaciones y las gotas se rompan y se separen de la fase lquida, siendoacarreadas por la corriente de gas. Este fenmeno debe ser particularmenteconsiderado para el dimensionamiento de separadores horizontales de altapresin dentro de la determinacin de la capacidad para manejo de gas, en donde
la interfase gas-aceite es mucho mayor.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
96/163
VELOCIDAD DEL GAS
La velocidad superficial mxima permitida del gas a las condicionesde operacin normalmente se determina mediante a siguienteecuacin:
La velocidad mxima permisible esta considerado para separadoresque normalmente tienen un extractor de niebla del tipo malla dealambre. Este flujo o velocidad puede permitir que partculas delquido mayores de 10 micras se asienten y no sean arrastradas por
la corriente de gas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
97/163
Cont. Velocidad del gas
Este flujo o velocidad puede permitir que partculas de lquidomayores de 10 micras se asienten y no sean arrastradas por lacorriente de gas. La eficiencia de los extractores de niebla depende
de la velocidad del flujo de gas, cuando la velocidad es baja, lasgotas de lquido tienden a aglomerarse entre los alambres.
A velocidades altas el extractor tiende a inundarse, debido a que ellquido no puede fluir hacia abajo, contra el flujo del gas. En ambos
casos los espacios libres del extractor se pueden llenar de lquidoy, entonces, una porcin del lquido es arrastrada por la corrientede gas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
98/163
Cont. Velocidad del gas
En la figura se muestra una grafica de eficiencia contra velocidades del
flujo de gas para un extractor del tipo malla de alambre entretejido.
300 5 10 15 20 25
100
95
90
85
80
VELOCIDAD DEL GAS (PIES/ SEG.)
PORCIENTOD
ELLIQUIDOS
USPENDID
OE
LIMINADO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
99/163
VELOCIDAD EN EL PROCESO DE SEPARACIN
La velocidad es un factor muy importante debido o que de esto de pendenlas dimensiones y la eficiencia de separacin en los internos y en elseparador.
La velocidad de alimentacin se requiere para el dimensionamiento de laboquilla correspondiente y deber cuidarse que no sea mayor que lavelocidad de erosin.
Por otra parte, cuando se tiene un interno tipo centrfugo. Se recomiendo
que la velocidad de flujo de alimentacin se encuentre entre en un rangode 50 o 100 ft/seg. paro obtener una buena eficiencia de separacin.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
100/163
PRESION DE DISEO
La presin de diseo ser equivalente a la mxima presin de operacin en elrecipiente, ms un 10% o 2 Kg/cm de sobrediseo, emplendose el valor queresulte mayor. En el caso de que la presin del vapor del lquidocorrespondiente a la temperatura mxima que pudiera alcanzar dicho lquido,
fuera superior a los valores anteriores, se considerar una presin de diseoequivalente a la presin de vapor a dicha temperatura ms 2 Kg/cm o 10% desobrediseo emplendose el valor que resulte mayor.
TEMPERATURA DE DISEO (DE -29 A 340C.)
La temperatura de diseo ser equivalente a la mxima temperatura quepueda presentarse en el recipiente por condiciones de proceso, incrementadapor un sobrediseo de 15C.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
101/163
CRITERIOS DE DISEO PARA LOS INTERNOS DESEPARADORES
TIPO VOLUTA
Cuando se disea o rehabilitan recipientes horizontales condimetro pequeo, se recomienda colocar una voluta. Esta tipo de
internos es recomendable cuando se tienen problemas porformacin de espuma. La determinacin de los espacios esinteractivo ya que depende de la capacidad de operacin y de larelacin gas-liquido (RGA).
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
102/163
TIPO VANE (Segunda Etapa)
Este interno como se indico, tiene como funcin eliminar lasgotas grandes de liquido y la eliminacin de turbulencia del gas.Ocupa toda el rea disponible de vapor (Adv) del separador yse localizo ala mitad del recipiente.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
103/163
TIPO VANE (Tercera Etapa)
Las dimensiones de este interno, se determinan en funcin deuna velocidad recomendada para el gas.
Vg= 4.5
(v)0.5
Donde: no= Velocidad superficial del gas.rv = Densidad del vapor o gas a condiciones de operacin.
El rea requerida de vapor (ARV) esta dado por:
ARV = Qv
Vg
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
104/163
ROMPEDOR DE OLAS.
Los rompedores de olas son placas localizadas transversalmenteal recipiente.
Estas placas estn localizadas a 1/3 del separador Normalmentese localizan 2 de este tipo de interno.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
105/163
ROMPEDOR DE REMOLINAS.
Este interno tiene como funcin principal romper el remolino quese forma al fondo del recipiente o a la salido del lquido, evitandode sta manera la gasificacin en el equipo de bombeo.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
106/163
En lo que respecta a los internos de los separadores se concluye
lo siguiente:
los internos tipo centrfugo son los ms recomendados comoprimera etapa de separacin y pueden utilizarse en separadoresy/o rectificadores (horizontal y vertical) dependiendo del tipo de
servicio del equipo.
El interno tipo voluta como primera etapa de separacin serecomienda cuando el dimetro del separador horizontal seapequeo y cuando se manejen fluidos con tendencia a espuma.
En la segunda etapa de separacin se recomienda paraseparadores horizontales los internos tipo zig-zag (vane) paraseparar pequeas partculas de lquido arrastrado por el gas,obtener un flujo laminar, y para la eliminacin de espuma.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
107/163
Eliminadores de niebla:
los elementos tipo malla son eficientes para equipos deseparacin, pero nicamente cuando no se tiene partculas slidas
en la corriente de gas, ya que estos provocan taponamiento endichos internos.
Los elementos tipo vane (zigzag)son mas recomendados por elservicio requerido en la industria petrolera, sobre todo en las
plantas de produccin-compresin, ya que la operacin de estetipo de plantas es continua y no es recomendable diferir laproduccin.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
108/163
Internos en Separadores Verticales.
Ya que el gas separado no hace contacto en su recorrido por elequipo con el liquido, nicamente se recomienda el uso de dos
etapas de separacin.
Primera etapa. En esta seccin es recomendable localizar unelemento centrifugopara eliminar la mayor cantidad de liquido.
Segunda y ultima etapa.En esta etapa es recomendable el usode un interno tipo vane o eliminador de niebla, con estosinternos se han obtenido buenos resultados en la eficiencia deseparacin.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
109/163
Separadores Verticales.
Ventajas:
Es mas fcil mantenerlos limpios por lo que se recomienda para manejar flujosde pozos con alto contenido de lodo, arena o cualquier material slido.
El control del nivel de liquido no es critico puesto que se recomienda empleary flotador vertical, logrando que el control de nivel sea mas sensible a loscambios.
Debido a que el nivel de liquido se puede mover en forma moderada, son muyrecomendables para flujos de pozos que se producen por bombeo neumticocon el fin de manejar baches imprevistos del liquido que entre al separador.
Hay menor tendencia de revaporizacin de lquidos.
Desventajas:
Son ms costosos que los horizontales.
Son mas difciles de instalar que los horizontales.
Se necesita de un dimetro mayor que el del horizontal para manejar la misma
cantidad de gas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
110/163
Separadores Horizontales
Ventajas:
Tienen mayor capacidad para manejar gas que los verticales.
Son mas econmicos que los verticales.
Son mas fciles de instalar que los verticales.
Son muy adecuados para manejar aceites con alto contenido de espuma, paraesto, donde queda la interfase gas liquido se instalan rompedoras deespuma.
Desventajas: No son adecuados para manejar flujos de pozos que contiene materiales
slidos como arena o lodo pues es difcil limpiar este tipo de separadores.
El control de nivel de liquido es mas critico que en los verticales.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
111/163
Separadores Esfricos
Ventajas:
Mas baratos que los horizontales o los verticales.
Mas compactos que los horizontales o los verticales por lo que se usan enplataformas costa afuera.
Son mas fciles de limpiar que los separadores verticales.
Los diferentes tamaos disponibles los hacen el tipo ms econmico parainstalaciones individuales de pozos de alta presin.
Desventajas:
Tienen un espacio de separacin muy limitado.
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
112/163
CONCEPTO HORIZONTAL VERTICAL ESFRICO
EFICIENCIA DE SEPARACIN. 1 2 3
ESTABILIZACIN DE FLUIDOS SEPARADOS. 1 2 3
ADAPTABILIDAD A VARIACIN DE CONDICIONES(CABECEO).
1 2 3
FLEXIBILIDAD DE OPERACIN (AJUSTE DE NIVELDE LQUIDOS).
2 1 3
CAPACIDAD (MISMO DIMETRO). 1 2 3
COSTO POR CAPACIDAD DE UNIDAD. 1 2 3
MANEJO DE MATERIALES EXTRAOS. 3 1 2
MANEJO DE ACEITE EMULSIONADO. 1 2 3
USO PORTTIL. 1 3 2
INSTALACIN:PLANO VERTICAL.PLANO HORIZONTAL.
13
31
22
FACILIDAD DE INSPECCIN. 2 3 1
INSPECCIN Y MANTENIMIENTO. 1 3 2
1. Ms favorable. 2. Intermedio. 3. Menos favorable.
Anlisis Comparativo Ventajas y Desventajas de Separadores
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
113/163
METODOLOGA PARA EL
DISEO DE SEPARADORES
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
114/163
Manejo de Gas
Las ecuaciones para determinar la Capacidad de Manejo deGas (Qg max.) estn basadas en remover partculas de
lquido de 100 micras para obtener resultadosconservadores.
La Qg max. depende de:
Las condiciones de operacin (P y T)Propiedades de los fluidos
Dimensiones del separador
CAPACIDADES DE SEPARACIN
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
115/163
Manejo de Lquido
Para determinar las Capacidades de Manejo de Lquido enSeparadores Verticales y Horizontales se tomaron en cuenta lossiguientes criterios:
En separadores horizontales el nivel mximo recomendado es la
mitad del dimetro interior del separador, en caso de que lainstrumentacin instalada este por debajo de este nivel la alturadel nivel del lquido en el separador estar definida por la alturamxima del controlador de nivel (Flotador).
En separadores verticales el nivel mximo de lquido estar enfuncin de la ubicacin del indicador de nivel (nivel ptico) elcual se considera el 70% del indicador del nivel ptico 2 piespor debajo de la distancia de la altura de la carga y la altura de ladescarga.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
116/163
SEPARADORES HORIZONTALES
Capacidad de manejo de gas:
Di * Leff * P
Qg max. = 42 (K) (T) (Z)
Di = De 2 * e
Leff = Lss - Di
K se obtiene la siguiente relacin:
rg * P
T
Con este valor y la Gravedad API del aceite, mediante Grfica se obtiene K.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
117/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
118/163
Para determinar Z y en base a la correlacin de
Benedict Webb-Rubin , primero se determinan lascondiciones Pseudocrticas de presin ytemperatura mediante las siguientesecuaciones:
Tpc = 167 + 316.67 (rg)
Ppc = 702.5 - 50 (rg)
Posteriormente se calculan las condicionesPseudoreducidas mediante las cuales por grfica por correlacin se determina:
T + 460
Tpr =
Tpc
P
Ppr = Ppc
SEPARACIN GAS - LQUIDO
L ef
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
119/163
Capacidad de manejo de lquido:
Vl
Ql max. = tr
Di = De 2 * e
Leff = (Lss)
La altura mxima recomendada del nivel de lquido en el separador ser:
Di
hnl = 2
* Di2
Vl = ( ( ) - Af gas) Leff
4
Di2 ang cos ( 1 - 2hnl/Di)Af gas = ( 1 - ) + (Di - hnl2) 0.5 (Di/2 - hnl)
4 180
C ontr ola dord enivel
Vl vula dec ontro l
d enivel
h pn
h nl
lpn
hd
De scarga deg as
Desc arg ad el q uid o
De
L ef
Lss
e h cl
flo tad or
API TEMP. (F) MINUTOS
> 35 3 - 5
< 35 > 100 5 - 10
< 35 80100 10 - 20
< 35 60 - 80 20 - 30
Tr recomendado por el API 12J
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
120/163
SEPARADORES VERTICALES
Capacidad de manejo de gas:
Di2 * P
Qg max. =
504 (K) (T) (Z)
Di = De 2 * e
Para determina K se obtiene la siguiente relacin:
rg * P
T
Con este valor y la Gravedad API del aceite, se obtiene
el valor de K mediante grfica.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
121/163
Para determinar Z y en base a la correlacin de Benedict
Webb-Rubin , primero se determinan las condicionesPseudocrticas de presin y temperatura mediante lassiguientes ecuaciones:
Tpc = 167 + 316.67 (rg)
Ppc = 702.5 - 50 (rg)
Posteriormente se calculan las condiciones Pseudoreducidaspara entrar a la grfica que nos determina el factor decompresibilidad Z:
T + 460
Tpr =
Tpc
P
Ppr = Ppc
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
122/163
Capacidad de manejo de lquido:
VlQl max. =
tr
Di = De 2 * e
Vl = A * hnl
* Di2A = ( )
4
La altura mxima aprovechable del nivel de lquido
en el separador en base a la instrumentacin instaladaesta dada por:
hnl max. = (hpn - hd - e)
La altura mxima recomendada del nivel de lquido
en el separador estar dada por:
hnl = hc hd2
h c
D escarga de gas
Dren
2 p ie s
Ls s
hp n
h nl
0.3 (lp n)
lp n
h d
Con trol ador de nive l
Vlvula de cont rol denive l
D escarga de l qui do
e
C arg aal separador
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
123/163
Separadores Verticales
En separadores verticales se debe seleccionar el dimetro
mnimo que satisfaga los requerimientos de capacidad delequipo para el manejo de gas.
Se puede tener una combinacin de dimetro y Longitudesdel separador para diferentes tiempos de residencia.
Cualquier dimetro mayor al requerido puede serseleccionado.
DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADORES
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
124/163
Dimetro del Separador por Capacidad de Manejo de Gas
kp
TZQd
g
5042
Para las gotas que caen, la velocidad del gas debe ser menor que lavelocidad terminal de la gota.
2
1
10119.0
D
m
g
g
tC
dV
Determinar la Velocidad del Gas
260
Pd
TZQV
g
g
gt VV
Entonces si:
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
125/163
m
g
D
m
g
g
d
TZQ
C
d
p
pp 60
0119.0
2
1
1
Entonces:
2
1
1
2
5040
m
d
g
gg
d
C
pp
p
p
TZQ
d
Finalmente, para gotas de lquido de 100 micras el dimetro del separador secalcula con la siguiente ecuacin:
kp
TZQd
g
5042
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
126/163
Dimetro del Separador por Capacidad de Manejo de Lquido
12.0
2 Qlt
hd r
donde h = Altura del volumen de lquido
Ql
Voltr
Luego entonces
12.0
2 Qlthd r
Ql
hdtr
2
00.7
La longitud soldadura soldadura y relacin Lss/d se determinan de lageometra del separador una vez que el dimetro y altura del nivel de lquidoson conocidos, se pueden usar las siguientes ecuaciones:
12
76 h
Lss12
40
dhLss
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
127/163
Ejemplo para el Dimensionamiento de un Separador Vertical
Datos:
Qg: 10 mmpcd, rg: 0.6, Z: 0.84, Qo: 2,000 bpd de 40 API, Pop.: 1,000 psia,Top.: 60 oF
Solucin:
1. Calcular K
De Grafica
2. Dimensiones por Capacidad de Gas
3.0
1538.1
60460
000,16.0
KT
SP
ind
d
Z
KP
TZQ
d
g
7.25
3.0000,1
1084.0520504
84.0
504
2
2
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
128/163
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
129/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
130/163
Entre ms pequeo sea el dimetro nominal seleccionado conrespecto al calculado, el peso y el costo del recipiente ser menor.
Cuando se selecciona un dimetro menor se incrementa la velocidad
del flujo de gas y esto incrementa la posibilidad de tener una mayorformacin de olas, ondulaciones y re- entrada de lquido en la interfasegas-lquido.
La experiencia ha mostrado que si la capacidad de gas gobierna eldiseo del separador, la relacin L/D puede ser hasta de 4 a 5 cuando
se tiene problemas de re- entrada de lquidos por las altas velocidadesdel gas en la interfase.
La mayora de los separadores son diseados para una relacin L/D de3 a 4.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PARA
CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEO
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
131/163
En separadores horizontales al tener una relacin L/D mayor disminuyeel costo del separador debido a que se tendr una mayor longitud y unmenor dimetro del recipiente .
En separadores verticales en donde el volumen de lquido gobierna eldimensionamiento del separador, es comn escoger relaciones de L/Dno mayores de 4 para mantener la altura del lquido en la seccin derecoleccin a un nivel razonable.
Es importante conocer las caractersticas fsicas, la tendencia a la
formacin de espuma y el contenido de parafinas, agua y arena entreotros aspectos para establecer adecuadamente el tipo de internos ytiempos de residencia requeridos para el manejo de los fluidos.
Continuacin
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
132/163
Esta metodologa solamente es aplicable para el diseo de separadoresque tienen extractores de niebla del tipo malla de alambre y ladeterminaci6n de la variable del coeficiente de arrastre puededeterminarse para cualquier dimetro de partcula de lquido.
Cuando se emplean otro tipo de internos como placas vane, elementoscentrfugos, filtros o tubos ciclnicos las consideraciones y criterios dediseo son diferentes.
La eficiencia de estos extractores, depende de la velocidad del flujo degas. Cuando la velocidad es baja las gotas de lquido tienden aaglomerarse entre los alambres, a velocidades altas el extractor tiendea inundarse, debido a que el lquido puede fluir haca abajo, contra elflujo del gas.
Continuacin.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
133/163
CRITERIOS PARA SELECCIONAR LASCONDICIONES DE SEPARACIN DE
ACEITE Y GAS
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
134/163
CONDICIONES DE SEPARACIN
Para establecer las condiciones de separacin msapropiadas, de acuerdo con las caractersticas de los fluidosproducidos, el ingeniero de produccin tiene que considerarlas siguientes variables de control:
a) El tipo, el tamao y los dispositivos internos del separadorb) El tiempo de residencia del aceitec) Las etapas de separacind) Las presiones y temperatura de operacine) El lugar de instalacin de los separadores.
Es evidente que existir una combinacin de estas variablesque permitir obtener la separacin requerida a un costomnimo. Lo seleccin de las condiciones de separacindependen, fundamentalmente, de las objetivos de produccinestablecidos.
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
135/163
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
136/163
Lo mayora de los yacimientos del cretcico de la Zona Sur producen aceitevoltil o gas y condensado. Cuando se obtienen estos hidrocarburos, deformaciones con alta productividad, es necesario prestar especial atencin a lascondiciones de separacin de aceite y el gas. Este tema, por diversas rozones,no ha sido suficientemente estudiado y divulgado en nuestro medio. Se han
publicado algunos artculos tcnicos sobre conceptos bsicos y procedimientospara dimensionar y seleccionar separadores, en funcin de los fluidos y gastosque se desean manejar.
Sin embargo los criterios para establecer las condiciones de separacin, deacuerdo con los objetivos de produccin fijados, no han sido explcitamentedefinidos. No siempre el objetivo fundamental es la separacin eficiente de las
fases liquida y gaseosa.
En algunas circunstancias puede ser ms importante: incrementar el ritmo deproduccin, reducir los costos por compresin, obtener aceite estabilizado,recuperar mayor cantidad de hidrocarburos lquidos, etc.
OBJETIVOS DE PRODUCCIN
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
137/163
Alta eficiencia en la separacin de aceite y el gas.
La eficiencia de un separador depende fundamentalmente de su diseo. Lascaractersticas de los fluidos y los gastos determinan el tipo y las dimensionesdel separador para cada caso particular.
Mayores ritmos de produccin.
Cuando las condiciones de explotacin de un yacimiento son favorables, elritmo de produccin de sus pozos puede aumentarse reduciendo sucontrapresin en la superficie. La menor contrapresin, y por consiguiente el
mayor gasto, se obtiene colocando el separador junto al pozo y,simultneamente, ajustando su presin de operacin al valor mnimo que lascondiciones de produccin lo permiten.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
138/163
Mayor recuperacin de hidrocarburos lquidos.Como los hidrocarburos producidos de mayor valor comercial son los lquidos,frecuentemente la eficiencia del proceso de separacin se relaciona con lacantidad de hidrocarburos licuables que contiene la fase gaseosa que abandonalos separadores.
Para reducir al mnimo esta cantidad de lquidos es necesario generalmenterealizar el proceso de separacin en varias etapas; es decir que el lquidodesalojado del primer separador pase por otros que operan a presionesreducidas secuencialmente, hasta llegar al tanque de almacenamiento, donde enforma natural se efecta la ltima etapa de separacin a la temperatura ypresin del medio ambiente.
En esta forma tambin se obtiene un alto grado de estatizacin del aceite y elgas separado. La cantidad de lquido recuperable en el gas, expresada engalones por millar de pies cbicos producidos (GPM), puede obtenersesimulando el proceso de separacin en el laboratorio.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
139/163
Menores costos por compresin.
En la determinacin de las presiones de separacin de un sistema en etapas sepuede establecer como meta esencial, la minimizacin de los costos por el equipode compresin que se requiere para transportar el gas producido. En general loscostos por este concepto resultan bastante significativos, debido esencialmente alos siguientes factores:
a) Los volmenes de gas que se separan en las bateras de separacin son confrecuencia elevados, siendo esto especialmente vlido para bateras donde semanejan fluidos producidos de yacimientos con aceite voltil, que secaracterizan por tener relaciones gas-aceite mayores de 1200 pies3/bl.
b) La presin a la que debe llegar el gas a las Plantas Petroqumicas es del orden
de las 1000 lb/pg2
. Esto es por especificaciones de diseo de las propiasplantas.
c) Por lo general la distancia entre las bateras de separacin y las PlantasPetroqumicas es considerable. Esto ocasiona que sea necesaria cierta energaadicional para enviar el gas a la planta.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
140/163
Aceite y gas estabilizados
A fin de que el aceite no experimente perdidas substanciales por evaporacindurante su almacenamiento, al ser manejado a condiciones superficiales en lasrefineras, o al cargar los buques para su exportacin es necesarioestabilizarlo previamente.
El aceite se estabiliza ajustando su presin de vapor, de modo que sta seamenor que la atmosfrica a la temperatura mxima esperada. El grado deestabilizacin de un lquido se acostumbra expresar mediante su presin devapor REID (PVR).
Esta presin no es la presin de vapor verdadera (PVV), que es la que ejercesobre un lquido su vapor, en condiciones de equilibrio, a una temperaturadada.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
141/163
Cont. aceite y gas estabilizados
El aceite que sale de un separador que opera a 3.0 kg/cm2man. y 40C tiene unaPVV de 3.0 kg/cm2 man. A 40C. La PVR se obtiene mediante un procedimientoestndar, utilizando una botella metlica especial y se determina bajocondiciones controladas a 100 F. Debido a las caractersticas de la botellametlica que se emplea para determinar la PVR de un aceite de 100F, sta es
siempre ligeramente menor que su PVV.
Para algunos aceites negros, pero sobre todo para aceites voltiles ycondensados, es recomendable el uso de equipos especiales en el campo (torresestabilizadoras o calentadores), para conseguir la PVR requerida obteniendootras ventajas adicionales.
En algunos casos la estabilizacin de aceite, adems de reducir las prdidas porevaporacin permite incrementar la recuperacin de hidrocarburos lquidos,remover el H2S; y reducir los costos por compresin.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
142/163
Un gas estabilizado no formar condensados al quedar sometido a loscambios de presin y temperatura que experimentar durante sutransporte por tuberas superficiales. Los condensados se forman aldisminuir la temperatura de un gas y, generalmente, a incrementarsesu presin.
Por lo tanto el gas se estabiliza eliminando los componentes quepudieran llegar a condensarse al ser manejado posteriormente. Enesta forma se ajusta su temperatura de roci a la presin mxima deoperacin del gasoducto que lo transportara.
Si el gas no es estabilizado, el agua y los hidrocarburos condensadospueden ocasionar problemas de corrosin, baja eficiencia de flujo,represionamientos y condiciones inseguras de operacin entre otrosaspectos.
Cont. aceite y gas estabilizados
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
143/163
Optimizacin por Recuperacin de Hidrocarburos Lquidos a Condiciones
de Almacenamiento
Al operar un sistema de separacin gas-aceite en etapas bajo condiciones queproporcionen la mxima recuperacin de hidrocarburos lquidos, se tienenincrementos notables en la calidad y el volumen del aceite recuperado. Tambin elgas separado tiene un mayor grado de estabilizacin; lo que es importante ya que
s el gas se transporta, se reducen los problemas de operacin por condensadosen las lneas, y en caso de que sea necesario quemarlo, las prdidas econmicassern menores al disminuir la cantidad de condensados arrastrados por lacorriente de gas hacia el quemador.
En una etapa de separacin, la corriente de hidrocarburos que se alimenta alseparador gas aceite, es llevada fsicamente a las condiciones de equilibrio de
fases a la presin y temperatura del mismo, por lo que los volmenes de gas ylquido separados se pueden determinar mediante clculos de Balance demateria.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
144/163
Mtodo para Optimizar la Recuperacin de Hidrocarburos Lquidos
El mtodo para optimizar las presiones de operacin en un sistema deseparacin por recuperacin de hidrocarburos lquidos cosiste en que,conociendo la composicin del fluido que se alimenta al sistema de separacin
y las presiones de operacin en la primera y la ltima etapa, se asignanpresiones a las etapas intermedias con el fin de realizar un Balance de MateriaVapor-Lquido que determine en c/u de las etapas propuestas: la relacin gas-aceite total (RGAT) , la densidad del aceite a las condiciones estndar y el factorde volumen del aceite a condiciones de saturacin (Bob)
Este mtodo es iterativo y el proceso se repite hasta determinar las presiones
que proporcionen los valores mnimos de las tres variables mencionadas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
145/163
-Los valores mnimos de la relacin gas aceite total y la densidad del aceite alas condiciones de almacenamiento, indican que los hidrocarburosintermedios (C3a C6), permanecen en la fase lquida, evitndose as, la prdidade los mismos en el gas separado.
-El factor de volumen del aceite a la presin de saturacin, vara ligeramenteen funcin de las condiciones de separacin que se tengan en la superficie. Elvalor mnimo de esta variable indica, que se requiere un volumen menor deaceite a las condiciones de saturacin en el yacimiento, para obtener unaunidad de volumen de aceite a las condiciones de almacenamiento.
- En cada etapa del sistema, los valores mnimos de estas variables deben
coincidir en una misma presin de separacin, que ser la correspondiente ala presin optima de operacin en dicha etapa. En la Fig. 111.21, se muestracomo quedan graficadas las variables respecto a las presiones de separacinde la segunda etapa, en un sistema de tres etapas.
Mtodo para Optimizar la Recuperacin de Hidrocarburos Lquidos
Mtodo para Optimizar la Recuperacin de Hidrocarburos Lquidos
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
146/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
147/163
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA PRESION OPTIMA DE
SEPARACIN EN UN SISTEMA DE TRES ETAPAS.
La presin ptima de separacin en cada etapa de un sistema deseparacin en etapas, es aquella a la cual se encuentra el mximovolumen de liquido a condiciones estndar por volumen de flujo
producidos del yacimiento.
Para el calculo de la presiones optimas de separacin se requierendatos de una separacin instantnea para diferentes presiones.
A continuacin se describe un mtodo sencillo para la determinacin dela presin optima de separacin en la segunda etapa, en un sistema detres etapas.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
En un sistema de separacin de 3 etapas como el que se muestra en la figura
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
148/163
En un sistema de separacin de 3 etapas, como el que se muestra en la figura,la presin en la primera etapa (P1) queda fija generalmente por los
requerimientos de presin para transportar el gas a la planta de tratamiento.La presin en la tercera etapa (Ps), es la presin atmosfrica. Entonces lapresin que se puede optimizar, es la de la segunda etapa (P2).
ESQUEMA DE UN SISTEMA DE SEPARACIN EN TRES ETAPAS
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
149/163
La determinacin de la presin ptima de la segunda etapa, se basa en
una correlacin que consta de 2 ecuaciones, que son:
a) Para mezclas que entran al sistema de separacin con densidadrelativa mayor que 1 respecto al aire:
1
686.0
12 CPAP ..(1)
0233.0
057.01
A
C ..(2)
Donde:
SEPARACIN GAS - LQUIDO
b) Para mezclas que entran al sistema de separacin con densidad
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
150/163
b) Para mezclas que entran al sistema de separacin con densidadrelativa menor que 1 respecto al aire:
2
765.0
12 CPAP ..(3)
Donde:
012.0
028.02
AC ..(4)
En la ecuaciones (1) a (4), A, C1, C2, son funciones de la composicin delos fluidos que estn al sistema; y P1y P2son presiones absolutas en
lb/pulg2.
La constante A se determina mediante figura utilizando la densidadrelativa de la mezcla que entra al sistema de separacin y el porcientomolar de metano, etano y propano en mezcla.
Esta correlacin da resultados con un error medio de 5%.
SEPARACIN GAS - LQUIDO
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
151/163
SEPARACIN GAS - LQUIDO
Ej l d A li i
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
152/163
Ejemplo de Aplicacin:
Determinar la presin ptima de separacin en la segunda etapa en unsistema de 3 etapas.
Datos: Presin de separacin en la primera etapa, P1=800 lb/pulg2abs.
Fraccin Molar
0.40
0.10
0.15
0.150.10
0.05
0.05
1.00
6.404
3.007
6.613
8.7187.215
4.309
6.550
42.816
Fraccin Molar X PesoMolecular
16.01
30.07
44.09
58.1272.15
86.17
131.00
C1C2C3
C4C5C6C7
ComponentePeso Molecular (tablas)
Composicin de la Mezcla
SEPARACIN GAS - LQUIDO
Donde:
8/10/2019 Separacin Gas - Aceite
153/163
Densidad relativa de la mezcla 4779.1
97.28
816.42816.42
PMa
%65151040321
CCC
76.210233.0
057.045.01
C
Como la
Recommended