¿Conoces Tus Separadores?

7/23/2019 Conoces Tus Separadores?

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CONOCES TUS SEPARADORES?

Si los separadores estn apropiadamente dimensionados y operados, las

prdidas de lquido (gas condensado y/o petrleo) y vapores ricos sern mnimas,

mas lquido y altas gravedades signifca mayor benefcio para el productor. asseries que empie!an con este artculo intentan mostrar al operador como

seleccionar y operar sus separadores y otros equipos de procesamiento de

campo para ma"imi!ar la rentabilidad. os siguientes artculos mostraran el

e#ecto de la presin y la temperatura en la separacin, aplicacin en la

separacin por etapas, y como conseguir la m"ima efciencia de otras

operaciones.

a separacin de gas y petrleo es la operacin ms crtica en el procesamiento

en campo,

Requerimientos del Separador

$n separador completo debe tener lo siguiente%

&. $na seccin de separacin primaria para remover la masa de lquido del gas.'. Sufciente capacidad del lquido para manear los oleaes o variaciones de

lquido de la lnea.. Sufciente longitud y altura para permitir que las peque*as gotas de lquido

asienten por gravedad y prevenir arrastre.+. $n medio para para reducir la turbulencia en el cuerpo principal del

separador, de modo que se pueda dar lugar a la sedimentacin.. $n dispositivo para capturar las peque*as gotas arrastradas y removerlas por

gravedad.-. $na contrapresin adecuada y controles de nivel de lquido.

oda separacin puede ser dividida en dos clases, scrubbers y separadores. sta

clasifcacin esta independiente, y solo es para distinguir que equipo tiene todas

las caractersticas necesarias y que equipo no lo tiene.

n esta nomenclatura, un scrubber es un equipo dise*ado para separar el lquido

del gas que no tiene las caractersticas (') y () y posiblemente (-). ste es un

recipiente, dise*ado para manear relativamente peque*as cantidades de lquido

sin alto grado de oleae. scoger este equipo de separacin obviamente depende

de la economa, un scrubber es un equipo peque*o econmico #cil de instalar.

l uso de un scrubber debe ser cuidadosamente anali!ado y se debe ver que

e#ectos podra causar un arrastre de lquido aguas abao de la operacin, dic0o

anlisis a menudo revela que el costo de un separador es ligeramente ms

elevado y asegura una meor separacin de los 1uidos.

s una mala prctica usar un scrubber como mtodo de separacin primaria de

un po!o. a produccin de lquido a menudo no es estable y se requiere

capacidad de manear el oleae del lquido en el recipiente de separacin.


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2ncluso los po!os de gas seco (gas pobre) a menudo inician produciendo liquido e

incluyendo salmueras durante su vida fnal.

3onsecuentemente los Scrubber son recomendados solo para%

&. Separacin secundaria, para remover arrastre de 1uidos de equipos deproceso tales como absorbedores y otros.

'. neas de gas, separacin aguas abao de un separador y donde las lneas de

1uo no son largas.. 4iversas separaciones donde la relacin gas5liquido es e"tremadamente

grande.

Tipos de Separadores

os separadores de varias manu#acturas diferen ligeramente en sus detalles,

pero todos en general se pueden divididos en%

&. Separadores verticales.'. Separadores 0ori!ontales.. Separadores es#ricos.

l tipo es#rico de separadores es una reciente adicin a los tipos de

separadores, 0an sido o#ertados por algunas manu#acturas por ra!ones

competitivas, aunque estos 0an encarnado todas las caractersticas de los

separadores convencionales. stos tienen limitada la capacidad de oleae de

lquido y el espacio de separacin. 4e acuerdo a la nomenclatura usada aqu,

estos pueden caer entre los separadores y los scrubbers, su uso est limitado apeque*os rangos de tiempo de residencia, presiones moderadas de operacin,

donde la inversin inicial es considerada importante.

a abla & resume las ventaas y desventaas de cada tipo de separador, los

datos de operacin del tipo es#rico estn limitados ya que una evaluacin fnal

es difcultosa.

a abla& muestra que el separador vertical es el ms verstil, pero tambin el

ms costoso. 3onsecuentemente, su uso debe ser ustifcado por los

requerimientos de operacin actual o por una operacin segura intangible. npromedio, el costo e"tra de un separador vertical, particularmente en tama*os

peque*os, es despreciable cuando se compara con el costo total del po!o,

cuando la relacin gas5petrleo es baa, el separador vertical es siempre

recomendado.

Componentes de los Separadores

a fgura & y ' muestran cortes tpicos donde se pueden ver varias partes de los

separadores. a separacin primaria esta normalmente acompa*ada de la #uer!acentr#uga. 6a sea mediante una entrada tangencial o que se use una tubera


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interna para causar un movimiento de rotacin del gas de entrada, este 7ltimo es

el pre#erido para la mayora de los casos, de esta manera gran cantidad de gotas

de lquido es lan!ada 0acia las paredes, se limita el 1uo 0acia arriba y se reduce

el arrastre.

Tabla 1: enta!as " Des#enta!as de los Tipos de Separadores

Tipo enta!as Des#enta!as

8ertical

3ontrol de nivel de lquido

no muy crtico.

9anea grandes cantidades

de arena y lodo.:ran capacidad de maneo

de lquidos y oleae.

;aa tendencia para la

revapori!acin de los

lquidos.

9s caro.

4ifcultoso de transportar

sobre sori!ontal

9s econmico que el

vertical.

?cil de transportar sobre un

s


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$i%ura (: Separador erti)al


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odos los separadores estndar tienen capacidades basadas en el maneo de

oleae de los 1uidos, por lo tanto, la e"periencia 0a dictado que los separadores

sern dimensionados con capacidades #actibles entre el costo del equipo y los

requerimientos del proceso.

as dimensiones estndar de los separadores de manu#acturas de renombre,

tienen dimensiones muy similares, y todos tienen incorporado una cantidadarbitraria de para la capacidad de oleae. n muc0os casos, particularmente con

el tipo vertical, peque*os separadores 0an probado ser completamente

satis#actorios.

a longitud de un separador 0ori!ontal tiene mayores e#ectos sobre la capacidad

que la altura de un tipo vertical. n los recipientes 0ori!ontales, la trayectoria de

cualquier gota de lquido es simular a la trayectoria de una bala, por lo tanto, la

longitud necesaria depende de%

&. ama*o de las gotas.


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'. 8elocidad del gas.. 4ensidad de la gota.+. 4imetro del recipiente.. :rado de turbulencia.

n un caso ideal la turbulencia debe ser despreciable y el e#ecto de gravedaddebe ser asumido contante. a velocidad a#ecta la longitud en modo de

incrementos de longitud, las gotas viaan tramos considerables antes de su

asentamiento o sedimentacin. Bunque las correcciones se deben reali!ar para

condiciones no ideales e"istentes, este anlisis muestra que la capacidad de un

separador 0ori!ontal de un dimetro dado puede ser incrementada por el

incremento de su longitud.

Bplicaciones de los mismos principios para separadores verticales muestran

ligeramente distintos resultados, aqu la velocidad de las gotas trabao en contra

de la gravedad, lo cual 0ace ms di#cil la separacin. 3on el fn de mantener unaaltura ra!onable del separador, la velocidad del 1uido debe ser lo menor posible.

Sufciente longitud es requerida solo para que la velocidad tienda a cero y las

gotas empiecen a caer, incrementos en la longitud por encima de este punto

logran pocos benefcios.

Si demasiado lquido es arrastrado en la seccin de separacin, la sedimentacin

de las gotas ms peque*as se ver obstaculi!ada y el arrastre ser ms

#recuenteC sta es una ra!n por la que el dise*o de los internos es crtico. a

teora no proporciona 0erramientas sufcientes para este dise*o, as que el

dise*o se logra meor mediante una prueba tcnica.

l e"tractor de niebla es dise*ado para atrapar esas gotas que por cualquier

ra!n 0ayan sido arrastradas ms all de seccin apropiada de separacin.

Dimensionamiento de Separadores

6a que la teora no toma en cuenta algunos #actores importantes, las capacidades

de los separadores publicadas 0an sido obtenidas por prueba y aplicacin de

estndares arbitrarios.

Capa)idad de *as

@or muc0os a*os los dise*adores 0an utili!ado variaciones de #rmulas

empricas%

Q=67824 CD2(1Z) ( PPb )

(LG )G

(&)

4nde%D E sc#d, capacidad del gas.


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3 E proporcionalmente constante.

4 E #t, dimetro interno del separador.

F E #actor de compresibilidad del gas.

@ E psia, presin de operacin.

@b E psia, presin base.

G E lb/#t, densidad del lquido.G: E lb/#t, densidad del gas.

n la ecuacin &, a menudo son usados los siguientes valores de 3 E H.&- I H.&J

para separadores verticales y 3 E H.+H I H.+' para separadores 0ori!ontales.

n ausencia de grafcas detalladas de capacidad, la ecuacin & puede ser usada

para estimar dimensiones requeridas de separadores. 9uc0os calculadores

asumen F E & para clculos de dimensionamiento, particularmente para

presiones debao de &HHH psig.

$na correccin adicional por la temperatura puede ser mostrada, pero en la

mayora de los procesos de separacin, no es signifcativo, e"cepto para la

gravedad de los lquidos.

as manu#acturas de renombre basan las curvas de dimensiones bao las

siguientes condiciones%

&. Separacin de peque*as partculas es#ricas de lquido &HK (H.HHH+ in.) o

dimetros ms grandes.

'. a densidad B@2 de las partculas de lquido en la corriente de gas es de +LB@2 o menos.

. iquido espumoso no est presente y no 0ay oleae indebido.+. l petrleo est a una temperatura superior a la de roci.. a temperatura es superior a la de #ormacin de 0idratos.-. l gas tiene una gravedad especfca de H.M y la gravedad del petrleo es de

L B@2.

$sando estas asunciones, el arrastre del separador es garanti!ado y no e"cede

H.& galones por cada &HHH pies c7bicos estndar.

$n medio de estimacin de la capacidad de gas del separador estaproporcionada por las fguras al -. n estas curvas el dimetro interno es usado

como un parmetroC muc0as manu#acturas basan los tama*os de sus

separadores en el dimetro e"terno, por lo cual una correccin por el espesor de

pared es necesaria. sto es #cilmente 0ec0o para la ecuacin &, observando

que D es proporcional al 4'para una corriente de po!o dado, a condiciones de

separacin dadas, consecuentemente%

Q1=Q2

(D

1

2

D22

)(')


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4nde%

D&E 3apacidad deseada para un separador con 2.4. 4&.

D'E 3apacidad conocida para un separador con 2.4. 4'.

$i%ura +: Estas )ur#as est,n basadas sobre 1- .t/ De lon%itud0 aunque a%randes presiones un separador %rande puede ser e)onmi)o/

&H &HH &HHH&

&H

&HH

CAPAC2DAD DE SEPARADOR &OR23ONTA44ON*2TUD 5 1- $T/ *% 6 -07-

DENS2DAD 428U2DO +9AP2

&' in. 2.4. &- in. 2.4. 'H in. 2.4. '+ in. 2.4. H in. 2.4. - in. 2.4.

PRES2ON DE OPERAC2;N 5PS2*

CAPAC2DAD 5


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&H &HH &HHH

&

&H

&HH

&- in. 2.4.

'H in. 2.4.

'' in. 2.4.

'+ in. 2.4.

H in. 2.4.

- in. 2.4.

+J in. 2.4.

PRES2ON DE OPERAC2;N 5 PS2*/

CAPAC2DAD 5


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&HH

&HHH

H.-H

H.MH

H.JH

H.NH

&.HH&.&H

&.'H

$ACTOR DE CORRECC2ON C PARAAR2AC2ON DE 4A *S DE4 *AS

:S H,N

:S H,J

:S H,M

:S H,-

PRES2ON DE OPERAC2;N 5 PS2*

$ACTOR DE CORRECC2;N C%5 *RAEDAD DE4 *AS

Tabla (/ Resumen de enta!as de Separadores &ori'ontales )on arrilSimple " Doble arril

;arril

Simple

;ao costo inicial.?cil de aislar para operacin en climas #ros.l gas y el lquido permanecen en contacto, manteniendo

el lquido ms caliente y minimi!ando el congelamiento y

deposicin de parafnas.

;arril

4oble

:ran capacidad bao condiciones de oleae, seccin de

separacin semi5aislada de los e#ectos del oleae.9eor separacin del gas en solucin en la cmara baa

inactiva.9eor separacin cuando el gas y el lquido tienen

densidades similares, como a altas presiones.9enor oportunidad para el arrastre.Aivel de control de lquido ms estable ya que el 1otador

est situado leos de la seccin turbulenta de separacin

de gas.Aivel de control no muy crtico.

a fgura + est basada en el uso de un ingreso tangencial o su equivalente y s almenos ' pies de di#erencia de altura entre la salida del petrleo y la entrada.


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9uc0os dise*adores indican que el mnimo de ' pies es requerido para evitar

arrastre como resultado de e#ectos turbulentos.

as capacidades de los separadores 0ori!ontales se muestran en la fgura

estaban basadas en separadores de &H pies de longitud con el dimetro

equivalente muestra e"istente enteramente disponible para 1uos de gas. @araseparadores de barril simple, la porcin que ocupa el lquido debera ser restada

del rea total para encontrar un dimetro equivalente.

B altas presiones es menos costoso construir separadores largos debido al a0orro

en el espesor de pared usado en el cuerpo y cabe!ales del separador, los cuales

reducen el costo. 4atos publicados muestran que la siguiente ecuacin puede ser

usada para estimar la capacidad a cualquier longitud una ve! que la capacidad

para cualquier otra longitud sea conocida.

Q1=Q

2(L1

L2 )

0.56

()

4nde%

D&E 3apacidad del separador del longitud &.

D'E 3apacidad del separador de longitud ', con el mismo dimetro de &.

3uando se usa la fgura , D'sera igual a la capacidad leda de la grfca y 'sera igual a &H #t.

@ara aquellos casos donde el gas y el lquido tienen gravedades di#erentes de H.M

y L B@2 respectivamente, es necesario usar las fguras y -. a fgura es una

grfca de un #actor de correccin versus la densidad B@2, mientras que la fgura -

proporciona el correspondiente #actor de correccin para el gas.

a capacidad total del separador es entonces encontrada con la ecuacin

siguiente.

QT=Q (Cg ) (CL) (+)

4nde%

D E 3apacidad a las condiciones actuales.

D E capacidad, leer de la fgura o +.

3g E #actor de correccin del gas, leer la fgura -

3 E #actor de correccin del gas, leer la fgura

E!emplo:4eterminar la capacidad del gas de los siguientes separadores%

a) H in 2.4. Separador vertical


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b) H in 2.4. Separador 0ori!ontal, &H pies de longitud.c) H in 2.4. Separador 0ori!ontal, 'H pies de longitud.

3uando se procesa las corrientes de un po!o de gas con gravedad especifca de

H.J y densidad B@2 E H para el lquido, separados a JHH psig.

Solu)in:a) 4e la fgura +, capacidad del gas E &-.- 99S3?4

4e la fgura , 3 E H.N'4e la fgura -, 3g E H.NH$sando la ecuacin +%D E (&-.-)O(H.N')O(H.NH) E &+.' 99S3?4

b) 4e la fgura , capacidad del gas E N.H 99S3?44e la fgura , 3 E H.N'4e la fgura -, 3g E H.NH

$sando la ecuacin +%D E (N.H)O(H.N')O(H.NH) E .+ 99S3?4

c) D' E .+ 99S3?4 y ' E &H pies.& E 'H pies4e la ecuacin

Q1=33.4 (2010 )

0.56

=33.4MMSCFD

Capa)idad del 4>quido

a capacidad del lquido est limitada por dos #actores, la capacidad del lquido

de las baantes y otras porciones de lquidos maneados en el recipiente y/o la

capacidad de la vlvula de control de nivel de lquido. 6a que 0ay infnitas

combinaciones de estas, no 0ay una correlacin para la capacidad del lquido que

sea #actible.

$n incremento en la presin, produce un e#ecto correspondiente en la capacidad

del lquido, ya que se dispondr de ms #uer!a en el recipiente y a travs de la

vlvula, sin embargo, no 0ay cambio e#ectivo en la capacidad despus que la

presin e"cede los &HHH psig.

$no de los mtodos para incrementar la capacidad del lquido es usar un ca*o

ms grande y asientos en la vlvula de descarga, esto podra ser 0ec0o con

precaucin, aunque pueden surgir muc0os problemas de control. ste aspecto

ser discutido a detalle en una #utura entrega.

3omo una gua, las siguientes capacidades son dadas por una de las

manu#acturas para &' psig de presin de trabao en separadores verticales.

Di,metroin/

TamaFo de

#,l#ula dedes)ar%a in/

Capa)idadbarrilesGd>a


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'' ' -HHH + &JH- + 'M-H+J + HH-H - J-HH

as capacidades mostradas esta basadas en propiedades de 1uido anteriormente

asumidas.

Dimensionamiento " E#alua)in de Separadores


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son evaluados correctamente pueden ser usados para propsitos de dise*os en

ingeniera conceptual.

Es)rito por:o0n 9. 3ampbellTradu)ido " ampliado por: 4avid =omero :arcia

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