DISEÑO PARA CALCULAR UN SEPARADOR HORIZONTAL TRIFASICO

1.- Calculo de la velocidad crítica Es aquella por encima de la cual las gotas de líquido siguen arrastradas por la

corriente de gas y no se produce la separación. Con una velocidad menor que la

critica en la sección de las fuerzas gravitacionales, hay certeza de que las gotitas

van a caer por gravedad. Con este valor de velocidad se calcula la sección

transversal mínima del separador.

g

glg KV

ρρρ −

=

Donde:

gV = velocidad del gas en pies/seg. K= constante que toma diferentes valores dependiendo de la relación L/D

lρ = densidad del liquido en libras/pie3

gρ = densidad del gas en libras/pie3

2.5<L/D<4.0 = K=0.40 4.0<L/D<6.0 = K=0.50 L/D >6.0 = K= 0.5 (L/L Base) 0.05 con L base = (6.0) (D) L= longitud del separador (pies) mínimo 7.5 pies D= diámetro del separador en pies. L/D = coeficiente de esbeltez

2.0.- Tasa de flujo volumétrica del gas

g

gg

WQ

ρ=

Donde:

gρ = densidad del gas a T. y P de operación (lb. /pies3

Qg = tasa de flujo volumétrico de gas (pies3/seg.) Wg= tasa de flujo de gas (lb. /Seg.)

3.- Área de la sección transversal del recipiente

g

gg V

QA =

Donde:

Ag = área de la sección transversal para el gas (pies2) Vg = velocidad del gas (pies/seg.)

4.- Diámetro interno del recipiente para A= 2 Ag

pADi

.4=

Donde:

Di = diámetro interno del recipiente (pies) A= área de la sección transversal del separador (pies2) Esta área = 2 Ag es el área calculada para líquidos (petróleo y agua)

5.- Longitud del recipiente Se comienza con un mínimo de 7.5 pies y se añaden secciones de 2.5 pies. El

largo se mide de costura a costura. Se supone un valor para comenzar.

6.- Tasas volumétricas de petróleo y agua

o

oo

WQρ

= w

ww

WQρ

=

Donde:

Qo= Tasa volumétricas el petróleo (pie3/seg.) Wo = Flujo masico del petróleo (lb. /Seg.)

oρ = densidad del petróleo a P. y T. (lb. /pie3) Qw = tasa volumétrica del agua (pie3 /seg.) Ww = flujo masico del agua (lb. /Seg.) wρ = densidad del agua a P. y T. (lb. /pie3)

7.- Relación de áreas

w

o

w

o

QQ

AA

=

Donde:

Ao = área para flujo de petróleo (pie2 ) Aw = área para flujo de agua (pie2)

8.- Área para el flujo de agua

w

o

go

w

o

lw

AAAA

QQ

AA+

+=

+=

11

Donde:

Aw = área para el agua (pie2) Al = área para el liquido (pie2) (ver punto 4) (Al = Ao + Aw) Ao = área para el petróleo (pie2) = Al-Aw

9.- La altura del agua hw Se puede hallar en las tablas de área segmental del GPSA-87 (6.21 y 6.22) 10.- Velocidad de elevación de las gotas de petróleo en el agua Para un tamaño de 150 micrones

w

owoo

DxVµ

δδ )(10072,1 24 −=

−

Donde:

Vo = velocidad de elevación de las gotas de petróleo )pie/min.) Do = diámetro de las gotas de petróleo (en micrones) wδ = densidad del agua (gr. /cm3) oδ = densidad de las gotas de petróleo (gr. /cm3)

wµ = viscosidad del agua (centipoise) 11.- Velocidad de asentamiento de las gotas de agua en el petróleo Para un tamaño de 150 micrones

o

owww

DxVµ

δδ )(10072,1 24 −=

−

Donde:

Vw = velocidad de asentamiento de las gotas de agua (pie/min.) Dw = diámetro de las gotas de agua (en micrones)

oµ = viscosidad del petróleo (en centipoise) Nota.- en las dos ecuaciones anteriores las densidades que están en gr. /cm3,

compatibilizadas estas unidades mediante el factor de conversión que antecede al

diámetro.

12.- Volumen de líquidos retenidos

LAV ll .= LAV ww .= LAV oo .= 13.- Tiempo de retención de líquidos

l

lrl Q

Vt.60

= w

wrw Q

Vt.60

= l

rl QV

t.60

=

Donde:

t = tiempo en minutos Q = correspondiente en pie3/seg.

tro>to y trw> tw

14.- Tiempo de flotación del petróleo en el agua (tiempo de retención mínimo requerido para el petróleo)

wo

wfw t

Vht ==

Donde:

tw = tiempo de flotación del petróleo en el agua (minutos)

hw = altura del agua en (pies) Vo = velocidad del elevación del petróleo (pies/min.) El tiempo de flotación debe ser menor que el tiempo de retención del agua.

15.- Tiempo de asentamiento del agua en el petróleo (tiempo de retención mínimo requerido para el agua)

ow

oao t

Vht ==

Donde:

tao = tiempo de asentamiento del agua en el petróleo (minutos) ho = altura del petróleo (pies) Vw = velocidad de asentamiento del agua (pies/ minuto)

El tiempo de asentamiento debe ser menor que el tiempo de retención del petróleo

Si los tiempos no concuerdan, se debe cambiar las dimensiones del separador,

de la forma que le convenga más.

Ejercicio de aplicación Se desea separar 6Mbpd (mil barriles por día) de un crudo de 34.8 °API, de

1Mbpd de agua y 20MMpcnd (millones de pies cúbicos normales por día) de gas,

de gravedad de 0.7. La separación se llevara a cabo en un separador horizontal a

500 lpca (libras por pulgadas cuadrada) y 100 °F. La viscosidad del petróleo es de

1.5 cp (centipoises) y la del agua es 0.6 cp. . El factor Z del gas es = 0.91

34.8°API = 0.851 gr/cc = 62.4 (lbs/pie3)/ (gr/cc) x 0.851 gr/cc = 53.1 lbs/pie3

Se calculan todos los pasos según han sido enunciados anteriormente

previamente. Se incluyen factores de conversión para pasar los días a segundos o

de pies a pulgadas, o de segundos a minutos. La constante de los gases

correspondientes a:

R = 10.73 lpca*pie3 (lbs/mol)* °R