UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
BUCARAMANGA, MAYO DE 2014
FACILIDADES DE SUPERFICIE:GENERALIDADES
EDISON ODILIO GARCÍA NAVAS
Ingeniero de Petróleos - UISMagíster en Ingeniería de Hidrocarburos - UIS
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
El proceso de manejo se puede dividir en etapas generales, entre las que se
encuentran: etapa de recolección, separación, depuración, calentamiento,
deshidratación, almacenamiento y bombeo.
Es importante mencionar que en todas las Estaciones de Flujo ocurre el
mismo proceso, por lo que podemos decir que estas etapas son empleadas en
un gran número de estaciones; luego de pasar por estas etapas, los
distintos productos pasarán a otros procesos externos a la estación.
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Una vez recolectado, el petróleo crudo o mezcla de fases (líquida y gas) se
somete a una separación líquido–gas dentro del separador. La separación
ocurre a distintos niveles de presión y temperatura establecidas por las
condiciones del pozo de donde provenga el fluido de trabajo. Después de la
separación, el gas sale por la parte superior del recipiente y el líquido por la
inferior para posteriormente pasar a las siguientes etapas. Es importante
señalar que las presiones de trabajo son mantenidas por los instrumentos
de control del separador.
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
El término "separador de petróleo y gas" en la terminología del argotpetrolero es designado a un recipiente presurizado que es utilizado paraseparar los fluidos producidos de pozos de petróleo y gas en componenteslíquidos y gaseosos. Un recipiente de separación puede ser llamado de lassiguientes formas¹:
Separador de petróleo y gas. Separador. Separador por etapas. Recipiente de retención, tambor de retención Cámara de separación flash, recipiente de separación flash, Separador por expansión o recipiente de expansión.
¹Smith Vernon H. (2001). Oil and Gas Separators. Petroleum Engineering Handbook. Chapter 12. Meriand Corp. Houston.
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARADORES.
a. PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS
Los principios básicos, leyes físicas y accesorios utilizados para separar el gasdel líquido son la gravedad, las fuerzas centrífugas, el efecto de deflectores yplatos perforados o mallas.
Otro efecto aprovechado para separar el líquido del gas, es el efecto demojamiento, el cual consiste en la propiedad que poseen las pequeñas gotasdel líquido de adherirse a deflectores y platos por adhesión y capilaridad.También, las caídas de presión a través de pequeños orificios de coladoresocasiona que el líquido caiga.
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARADORES.
a. PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS
Los separadores son construidos de tal forma que el fluido ingreseproduciendo un movimiento rotacional, impartiendo al fluido un movimientocentrífugo que ocasiona que el líquido choque con las paredes del recipiente ycaiga por gravedad. A medida que el líquido cae, choca con los deflectores yplatos, produciéndose por agitación separaciones ulteriores. El gas sale por eltope y el líquido por el fondo. El nivel de líquido del separador es controladopor una válvula flotante y una válvula tipo “back pressure” a la salida delseparador, controla la presión de salida del mismo.
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARADOR BIFÁSICOFluido del pozo
Gas
Líquido
SEPARADOR TRIFÁSICOFluido del pozo
Gas
Agua
Crudo
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARACIÓN DE DOS FASES. Introducción
Se pueden realizar con unseparador fijo o con facilidadesmóviles (well testing).
Los fluidos del pozo se alinean alseparador, allí se dividen en lastres corrientes de interés (gas,crudo, agua), las cuales sonmedidas de forma independientecon medidores dinámicos.
La confiabilidad de los resultadosdepende de la calibración de losmedidores.
PROCESOS DE SEPARACIÓN. Cálculos Flash
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
La cantidad de fluido de hidrocarburo que existe en la fase gaseosa o la fase líquida encualquier punto en el proceso está determinado por un cálculo de flash. Para unapresión y temperatura dadas, cada componente en la fase gaseosa dependerá no sólode la presión y temperatura, también de la presión parcial del componente. Por lotanto, la cantidad de gas depende de la composición total de los fluidos, como lafracción molar de cualquier componente en la fase gaseosa es la función de la fracciónmolar de todos los demás componentes en esta fase.
El valor K está en función de la temperatura y la presión y de la composición del vapor yfase líquida. Se define como:
KN= (VN / V) / (LN / L)Donde:KN= constante de componente N a una temperatura y presión dadas,VN= moles de componente N en la fase de vapor,V = moles totales en la fase de vapor ,LN= moles de componente N en la fase líquida,L = Total de moles en la fase líquida.
PROCESOS DE SEPARACIÓN. Cálculos Flash
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
El valor K es unos de los parámetros que mayor relevancia tiene en elmomento de predecir el comportamiento de los fluidos dentro de unrecipiente. En cierto modo, es el valor que se acerca o aleja las prediccionesdel funcionamiento real del sistema.
A pesar de que, al comienzo, el valor de K atendía a la deducción matemáticade la fórmula, es la experiencia de campo y mejoras tecnológicas que se leintroducen a los diseños lo que ha venido adaptando este parámetro alcomportamiento real de los recipientes. En la práctica, lo que suelen hacer losfabricantes es diseñar el extractor de niebla y ajustar en el campo el valorcorrespondiente, para predecir los resultados reales. Por esa razón, se suelenencontrar unidades pequeñas garantizadas para manejar cantidades de gasmucho mayores de lo esperado. Al utilizar velocidades críticas más altas quelas resultantes del uso directo de las fórmulas, los separadores serán dediámetros más pequeños.
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
CÁLCULOS DE FLASH
EQUILIBRIOS DE FASE. Definición
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Cualquier parte homogénea y distinta de un sistema, que se encuentraseparada de las otras partes por un límite definido.
No necesariamente es continua.
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
El fenómeno se debe a una reducción de presión por debajo de lapresión de saturación (presión de burbuja), que lleva a la liberación deuna fase gaseosa.
P > Pb P > Pb P = Pb P < Pb P = Patm
EQUILIBRIOS DE FASE. Separación Bifásica
CLASIFICACIÓN DE LOS SEPARADORES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Cla
sifi
caci
ón
de
los
Sep
arad
ore
s
Construcción / Aspecto Físico
Vertical
Horizontal
Simple
Dos Cuerpos
Esférico
Tipo de Separación
Bifásico
Trifásico
Dedicación / Ubicación
Producción / General
Prueba
Separadores en Serie / Paralelo
Torres de Destilación
CLASIFICACIÓN DE LOS SEPARADORES
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada: Elemento que cambia abruptamente ladirección de flujo, causando la liberación del gas (Disminuir elImpulso).
Deflector Desviador / Plato esférico
Deflector Tangencial Ciclón de Entrada (Fuerza centrifuga –Chimenea Ciclónica)
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido: la zona inferior delseparador proporciona el tiempo necesario para que el gasatrapado se libere hacia la parte superior.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido
• Sección de asentamiento gravitacional: En esta región sepresenta una reducción de la velocidad de flujo de la corrientegaseosa, lo que permite que las gotas de líquido suspendidascaigan por gravedad.
Se diseña de tal manera que las gotas mayores que 100 ó 140micras sean removidas.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido
• Sección de asentamiento gravitacional
• Extractor de niebla: Este dispositivo genera numerosos cambiosde dirección en el flujo del gas, haciendo que las pequeñas gotasde líquido (menores que 100 micras) sean capturadas porelementos coalescedores y caigan por gravedad.
2 Clases: Extractor Tipo Veleta y Cojines de Malla de Alambre
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido
• Sección de asentamiento gravitacional
• Extractor de niebla: Cojines de Malla de Alambres
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido
• Sección de asentamiento gravitacional
• Extractor de niebla
• Rompedores de vórtices:
OBJETIVO: Disminuir Vórtices(Remolinos), cuando la válvulaestá abierta debido a que estoabsorbe el gas del vapor y loremezcla en la salida del líquido.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido
• Sección de asentamiento gravitacional
• Extractor de niebla
• Rompedores de vórtices:
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido
• Sección de asentamiento gravitacional
• Extractor de niebla
• Rompedores de vórtices
• Drenajes de sólidos:Separadores Horizontales:Problema por depósitos dearena en fondo. Para eliminarlos solidos se instalan unosdrenajes que se operan demanera controlada inyectandofluido a alta presión (agua deproducción)
DESCRIPCIÓN DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DESCRIPCIÓN DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DESCRIPCIÓN DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DESCRIPCIÓN DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
FUNCIONES DE UN SEPARADOR
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
TIPOS DE SEPARADORES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Existen diversos tipos de separadores, que cumplen determinadasfunciones:
• Separadores Horizontales
• Separadores Verticales
• Separadores Esféricos
• Separadores Centrífugos
• Botas de Gas
• Separadores Vénturi
• Separadores de doble barril
• Scrubbers
• Slug Catchers
SEPARADORES HORIZONTALES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARADORES VERTICALES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
VENTAJAS SEPARADOR HORIZONTAL
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
VENTAJAS SEPARADOR VERTICAL
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
HORIZONTAL vs VERTICALEn términos generales, es más recomendable el uso de separadoreshorizontales, pues estos ofrecen una mayor área para las interfases(G/O y O/W), con lo que se consigue un mejor equilibrio de fases yuna separación más rápida.
En algunos casos es recomendable el uso de separadores verticales:
• Los separadores horizontales no son buenos en el manejo desólidos. En un separador vertical puede instalarse un drenaje enla parte inferior, cosa que no es posible en uno horizontal.
• Los separadores horizontales ocupan más espacio. Sin embargo,al usar varios separadores, éstos pueden ubicarse uno sobre otro.
• Los separadores verticales son más versátiles para el manejo detasas de producción variables.
SEPARADORES ESFÉRICOS
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Los separadores esféricos son relativamente baratos y su uso está limitado a
aplicaciones especiales. Son compactos y fácilmente pueden ser montados
sobre “skid” para utilizarlos como separadores portátiles para pozos de baja
producción. Su forma es excelente para condiciones de alta presión y bajos
volúmenes. Estos separadores están disponibles en diámetros desde 24 hasta
60 pulgadas y presiones de trabajo hasta 6000 psi. Los fluidos entran al
recipiente, golpeando a un deflector esférico lo cual obliga a caer a los líquidos
al fondo del envase. El gas sube y a través de un elemento depurador
(“scrubber”), se separan las últimas gotas líquidas.
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
• Botas de gas El diseño de una bota desgasificadora es más simpleque el de un separador, al igual que suscomponentes internos, siendo estos:
Deflector: El deflector de una bota desgasificadora,tiene la forma de un sombrero chino, con un ángulode 45°, y se encuentra a la salida del tubo internoconcéntrico por donde asciende el fluido multifásico.El deflector cambia la dirección de flujo,ocasionando la liberación de gas que ha sidoarrastrado o se encuentra en solución en la corrientede líquido en la salida del separador.
Bafles Perforados: La bota de gas tiene arriba deldeflector una serie de placas o bafles con un ángulode inclinación de 45°. El gas atraviesa los baflesperforados, reteniéndose los líquidos arrastrados enla corriente de gas.
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
• Botas de gas
• Separadores de doble barril
Los separadores de dosbarriles aíslan los líquidosrecolectados en el barrilinferior para prevenir queel gas se vuelva a arrastrardurante las oleadas. Hoy nose ve esta configuracióncon frecuencia porque suconstrucción es cara y lasventajas son más teoréticasque prácticas.
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
• Botas de gas
• Separadores de doble barril
• Separador horizontal con bota
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
• Botas de gas
• Separadores de doble barril
• Separador horizontal con bota
• Separadores tipo filtro Los separadores de filtro Comúnmente son
utilizados en las entradas de compresores
en estaciones de compresión en el campo,
como Depuradoras finales corriente arriba
de las torres de contacto de glicol y en
aplicaciones de instrumento / gas de
campo. Los separadores de filtro pueden
remover todas las partículas mayores a 2 micras
y el 99% de aquellas hasta un mínimo de 0,5
micras. Estas unidades, también disponibles en
configuraciones verticales, son utilizadas en
ingresos de compresores y en otras aplicaciones
de GOR alto.
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
• Botas de gas
• Separadores de doble barril
• Separador horizontal con bota
• Separadores tipo filtro
• Slug Catchers
El Receptor de Slug es un equipo estático
utilizado en las instalaciones de producción de
petróleo para reducir al mínimo el slug de
oleoductos y gasoductos. Los fluidos extraídos
de los yacimientos de petróleo y gas contienen
petróleo crudo, gas natural, agua, sales, etc. El
flujo multifásico en una tubería a menudo
conduce flujo de lodo de la formación. Este
flujo de múltiples fases se recibe en en las
instalaciones de procesamiento y de
almacenamiento de petróleo crudo en el que
el aceite, agua y gases son separados para
eliminar el slug, de ahí el nombre.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:
• Deflector de entrada
• Sección de asentamiento de líquido
• Sección de asentamiento gravitacional
• Extractor de niebla
• Rompedores de vórtices
• Drenajes de sólidos:Este accesorio es indispensable en fluidoscon alto contenido de sólidos, ya quepermite extraer los sólidos asentados. Sufuncionamiento se basa en la inyección defluido a través de una tobera. Estedispositivo se coloca donde se acumula laarena, funcionando con fluido a presiónmediante toberas de inyección, que haganposible la remoción de la arena.
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
• Botas de gas
• Separadores de doble barril
• Separador horizontal con bota
• Separadores tipo filtro
• Slug Catchers
• Scrubber
Sistema de tratamiento primario de gases el
cual busca remover:
- Partículas sólidas
- Gotas de líquidos
- Gases ácidos (CO2, NOx, SOx)
Sus principales aplicaciones son:
- Tratamiento de gases de refinería
- Tratamiento de gas de pozo
- Lavado de gases y emisiones gaseosas
- Desulfuración de combustibles
VARIABLES DE CONTROLTiempo de Retención:
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
VARIABLES DE CONTROLTiempo de Retención:
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Si existe espuma, aumentar por encima de los tiempos de retención por un factor de 2 a 4.
2. Si existe mucho CO2, utilizar un mínimo de tiempo de retención de 5 minutos.
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
COEFICIENTE DE ARRASTRE
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DIMENSIONAMIENTO SEPARADOR HORIZONTAL
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DIMENSIONAMIENTO SEPARADOR HORIZONTAL
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DIMENSIONAMIENTO SEPARADOR VERTICAL
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DIMENSIONAMIENTO SEPARADOR VERTICAL
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo (Suponer un CD=0,34).
21
1 0119,0
D
m
g
gl
C
dV
g
mg Vd
0049,0Re
34,0Re
3
Re
245,0DC
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
21
420
m
D
gl
gg
effd
C
P
TZQdL
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Calcular la capacidad al líquido.
7,0
2 lreff
QtLd
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Calcular la capacidad al líquido.
4. Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y lalongitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
d (in) Gas Leff (ft) Líquido Leff (ft)
16
20
24
30
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
Diámetros Comerciales Separador (in): 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 24, 30, 36, 42, 48, 60, 72.
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Calcular la capacidad al líquido.
4. Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y lalongitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
5. Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss) para cadadiámetro.
Para Leff > 7,5ft:
Para Leff < 7,5ft:
12
dLL effSS
5,2 effSS LL
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Calcular la capacidad al líquido.
4. Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y lalongitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
5. Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss) para cadadiámetro.
6. Determinar la relación de esbeltez para cada diámetro.
d
LSR SS12
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Calcular la capacidad al líquido.
4. Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y lalongitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
5. Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss) para cadadiámetro.
6. Determinar la relación de esbeltez para cada diámetro.
7. Seleccionar la opción que contenga una relación de esbeltezentre 3 y 4. En caso de que dos o más opciones se encuentren enese rango, se puede tomar la decisión de usar la de diámetro menor,pues implica un costo más bajo.
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
DiámetroComercial
Leff gas (ft) Leff liq (ft) Lss (ft)SR (Relación de
Esbeltez)
23468
10121620303642
Seleccionar la opción que contenga una relación de esbeltez entre 3 y 4.
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Ejercicio:
Diseñar un separador horizontal bifásico con los siguientes datos.
Producción de gas: 10MMscfd
Densidad del gas: 1.44 lb/ft3
Producción de crudo: 2000BOPD
Gravedad API: 40°
Presión de operación: 1000psia
Temperatura de operación: 60°F
Tamaño de la partícula a retirar: 140m
Tiempo de retención: 3 minutos
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo (Suponer un CD=0,34).
21
1 0119,0
D
m
g
gl
C
dV
g
mg Vd
0049,0Re
34,0Re
3
Re
245,0DC
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas. De aquí se obtiene el mínimodiámetro requerido. Cualquier diámetro superior a éste puede serutilizado.
21
2 5040
m
D
gl
gg
d
C
P
TZQd
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h)para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo (Tenercuidado, porque en esta ecuación se obtiene h en pulgadas).
12,0
2 lrQthd
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h)para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo.
4. Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss).
Para d ≤ 36in :
Para d > 36in :
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
12
76
hLSS
12
40
dhLSS
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
4. Calcular la Longitud entreCordones de Soldadura (Lss):
Para d ≤ 36in :
Para d > 36in :
12
76
hLSS
12
40
dhLSS
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h)para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo.
4. Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss).
5. Calcular la relación de esbeltez.
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
d
LSR SS12
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1. Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un procesoiterativo.
2. Calcular la capacidad al gas.
3. Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h)para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo.
4. Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss).
5. Calcular la relación de esbeltez.
6. Seleccionar la opción que presente una relación de esbeltezentre 3 y 4.
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Ejemplo:
Diseñar un separador vertical bifásico con los siguientes datos.
Producción de gas: 10MMscfd
Gravedad específica del gas: 0,6
Producción de crudo: 2000BOPD
Gravedad API: 40°
Presión de operación: 1000psia
Temperatura de operación: 60°F
Tamaño de la partícula a retirar: 140m
Tiempo de retención: 3 minutos
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS
ρgas=2.70 ∗𝐺𝐸 ∗𝑃
𝑇 ∗𝑍
T: °RankineZ: Gráficos GPSA (Función GE – Ken Arnold)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS
TEMAS DE CONSULTA:
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
• Problemas operacionales de los Separadores Bifásicos:
- Formación de espuma
- Presencia de parafinas
- Producción de arena
- Arrastre de líquidos
- Gas Blowby
- Baches de líquido
• Extractores de niebla:
- Funcionamiento
- Diseño
- Tipos
- Comparación entre ellos