CONSIDERANDO LOS SEPARADORES HORIZONTALES
"K varía de acuerdo con los diferentes diseñadores o fabricantes"
TIPO DE GOTEO EN LINEA
Estos equipos se instalan en tuberías que manejan fluidos con una alta relación Gas-líquido El objetivo es remover el líquido libre y no necesariamente todo el líquido contenido en la corriente gaseosa. Luego, los equipos de goteo en línea permiten la acumulación y separación del líquido libre
SEPARADORES VERTICALES
Es fácil mantenerlos limpios, por lo que se recomiendan para manejar flujos de pozos con alto contenido de lodo, arena o cualquier material sólido.
El control de nivel de líquido no es crítico, puesto que se puede emplear un flotador vertical, logrando que el control de nivel sea más sensible a los cambios.
son muy recomendables para flujos de pozos que producen por bombeo neumático,manejan baches imprevistos de líquido que entren al separador.
Son más costosos que los horizontales.
Son más difíciles de instalar que los horizontales.
Se necesita un diámetro mayor que el de los horizontales para manejar la misma cantidad de gas.
Ventajas
Por lo normal se emplean cuando la relación gas-líquido es baja.
Requieren de poco espacio vertical para su instalación.
Requieren menor diámetro que un separador vertical, para una capacidad dada de gas.
Manejan grandes cantidades de líquido, optimizando el volumen de operación requerido.
Desventajas
Cuando existen variaciones a nivel de la fase pesada afectan la separación de la fase liviana.
Ocupan mucho espacio horizontal.
Es difícil la remoción de sólidos acumulados.
SEPARADORES HORIZONTALES
SEPARADORES ESFERICOS
Ventajas
Más compactos que los horizontales o los verticales, por lo que se usan en plataformas costa afuera.
Son más fáciles de limpiar que los separadores verticales.
Los diferentes tamaños disponibles los hacen el tipo más económico para instalaciones individuales de pozos de alta presión.
Desventajas
Tienen un espacio de separación muy limitado.
DESCRIPCION DE LAS PIEZAS DE UN SEPARADOR
DEFELCTORES
Se emplean para producir un cambio en la cantidad de movimiento o de dirección del flujo de la corriente de entrada, y así producir la primera separación mecánica de las fases
SEPARADORES TIPO TANQUE DE VENTEO
Estos son separadores que se utilizan para separar el gas que se produce cuando se reduce la presión del líquido
TORRE DE DESTILACION
Este envase permite separar un fluido en varios componentes de composiciones deseadas. Para ello se utilizan procesos de equilibrio térmico basado en las constantes de equilibrio líquido-vapor. Por lo general, las torres de destilación poseen platos en los cuales se establecen flujos en dos direcciones el gas en ascenso y el líquido en descenso.
SEPARADORES CENTRIFUGOS
Estos separadores se utilizan para separar partículas sólidas y líquidas de la corriente de gas.
SEPARADORES ESFERICOS
SEPARADORES DE ENTRADA
SEPARADORES EN PARALELO
DEPURADORES DE GAS
La principal, función del depurador es remover los residuos líquidos de una mezcla, que tiene predominio de partículas gaseosas, para ello en su diseño tienen elementos de impacto para remover las partículas líquidas
SEPARADORES TIPO FILTRO
Este tipo de separador, por lo general tiene dos compartimientos. Uno de ellos es un filtro coalescente, el cual se utiliza para la separación primaria del líquido, que viene con el gas. Mientras, el gas fluya a través de los filtros, las partículas pequeñas del líquido, se van agrupado, para formar moléculas de mayor tamaño. Una vez que la moléculas se han hecho de mayor tamaño, son con cierta facilidad empujadas por la presión del gas hacía el núcleo del filtro, y por ende separadas del gas
DISTRIBUIDORES DE ENTRADA
Tienen ranuras ú orificios, por los cuales salen las dos fases a una baja velocidad. Ayudan a distribución pareja de las fases del área disponible de flujo, que favorece a la separación de las mismas
CICLONES
La separación mecánica se efectúa por la fuerza centrifuga que actúa sobre las partículas al provocar el movimiento giratorio sobre la corriente de alimentación
TUBERIAS INTERNAS
Pueden ser adecuadas tanto para los separadores verticales y horizontales. Para eliminar las impurezas que se depositan en el equipo durante su operación o para desplazar a los hidrocarburos antes de proceder a la apertura del recipiente
PROBLEMAS DE OPERACIÓN DE LOS SEPARADORES
Crudos espumosos
Presencia de arenas
Parafinas
Emulsiones
Corrosión
COMPOSICION DEL FLUIDO QUE SE VA A SEPARAR
Para evaluar el funcionamiento de un sistema de separación en etapas, es necesario efectuar cálculos de equilibrio vapor-líquido y de balance de materiales en cada etapa de separación. Esto permite conocer las cantidades de gas y de líquido separadas en cada etapa, así como los parámetros necesarios para seleccionar las presiones de separación óptimas para los fines que se pretendan.
Constantes de Equilibro
Ley de Raoult
Ley de Dalton
Composición de las fases
CALCULOS DE LA COSNTANTE DE EQUILIBRIO
En Base a la Presión de Convergencia: Este parámetro puede definirse, como la presión a la cual todos los valores de la constante de equilibrio vapor-líquido tienden a la unidad a la temperatura del sistema. Esto significa, que es la presión para un sistema a una temperatura dada, cuando ya no es posible la separación de las fases gaseosas y líquidas.
En Base a la fugacidad: La fugacidad (f) es una forma común para expresar la (KI). La fugacidad es un concepto termodinámico difícil de definir en términos físicos. Es una función de energía libre.
En Base a Ecuaciones de Estado: Estas ecuaciones han sido utilizadas en muchos trabajos de ingeniería en general; en la ingeniería petrolera se han aceptado como una herramienta bastante útil para diagnosticar el comportamiento de fases de los fluidos
PRESION Y TEMPERATURA DE OPERACION
Afectan la operatividad del separador, además que influyen en forma directa en la mayoría de los otros parámetros, que definen la eficiencia del proceso de separación
A la presión óptima se obtiene:
a.-Máxima producción de petróleo
b.-Máxima gravedad API del crudo
c.-Mínima relación gas -petróleo
d.-Mínimo factor volumétrico del petróleo
VELOCIDAD CRITICA DEL GAS
Velocidad máxima del gas a la cual las fuerzas de gravedad controlan el movimiento del gas, y por consiguiente promueve la caída de las gotas del líquido.
ρL: densidad del Líquido en condiciones de operación, lbs/pie3
ρg: densidad del gas en condiciones de operación, lbs/pie3
K: Constante de Souders y Brow
Constante de Souders y Brown(K):
Es el valor que acerca o aleja las predicciones del funcionamiento real del sistema. Se adapta de acuerdo a las mejoras tecnológicas introducidas a los diseños.
Consideraciones:
a.-K = 0,35 a 100 lpcm, y disminuye 0,01 por cada 100 lpcm(Asociación de Productores y Procesadores de Gas de E.U.A).
b.-Depende de la relación tasa másica del líquido y del gas en el separador (Wl/Wg).
COMPOSICION DEL FLUIDO QUE SE VA A SEPARAR
Para un correcto diseño se debe manejar en forma clara el concepto de equilibrio de fases, separación instantánea, ya que serála única manera, en que se pueda manejar la cantidad de líquido y gas a separar bajo las condiciones de presión y temperatura de operación.
DIAGRAMA DE FASES
SERVICIO A PRESTAR
Es muy importante tener en cuenta, que el comportamiento de una gota de fluido en estado líquido, estará en función del tipo de separador a utilizar. Es decir, que una gota líquida en un separador de posición vertical tendrá un comportamiento diferente, que si el separador fuera de posición horizontal.
SEPARADOR HORIZONTAL
SEPARADOR VERTICAL
En el separador se debe tener prevista la eliminación de partículas sólidas, cuando estas se hayan acumulado
En el separador se tiene que tener prevista el control de la presión, para lo cual es recomendable la instalación de válvulas de alivio. También se recomienda instalar manómetros, termómetros, controles de nivel, boca de visitas, de tal forma que se pueda revisar en forma rápida el separador.
Para el correcto diseño de un separador se deben conocer y manejar los parámetros que afectan el comportamiento del sistema a separar. Se deben analizar exhaustivamente las propiedades del fluido, las cuales derivan en el Comportamiento de las fases. Se debe tener en cuenta que tanto las propiedades del gas, como las del líquido actúan dentro del separador, y actúan en forma directa sobre el diseño del separador.
CRUDOS ESPUMOSOS
Dificultad para controlar el nivel del líquido.
Problemas en la separación del líquido del gas.
Probabilidad que el gas y el líquido salgan del separador junto con la espuma y con ello causar considerables pérdidas económicas
PRESENCIA DE ARENAS
Taponamiento de los dispositivos internos del separador.
Erosión, corte de válvulas y líneas.
Acumulación en el fondo del separador
PARAFINAS
La parafina en los separadores de petróleo y gas reduce su eficiencia y puede hacerlos inoperables llenando parcialmente el recipiente y/o bloqueando el extractor de mezcla y las entradas de fluido. Puede ser removida efectivamente utilizando vapor o solventes
EMULCIONES
La presencia de emulsiones crea problemas en los separadores de 3 fases. Se pueden usar los delmulsificantes para romper la emulsión.
CORROCIONES
Los fluidos producidos del pozo pueden ser muy corrosivos y causar la falla temprana del equipo. Los dos elementos más corrosivos son Dióxido de Carbono y el Sulfuro de Hidrogeno
PROBLEMAS OPERACIONALES TÍPICOS A TOMAR EN CUENTA EN EL DISEÑO
FORMACIÓN DE ESPUMA
Se observan en mezcla vapor–líquido o vapor–líquido–líquido. El método más económico de eliminar el problema es incorporar deflectores de espuma, agregar longitud extra al recipiente o usar aditivos químicos.
FLUJO DE AVANCE
Algunas lineas de flujo bifásico muestran la tendencia a un tipo de flujo inestable, de oleaje, que se denomina flujo de avance. Obviamente la presencia del flujo avance requiere incluir placas rompe olas en el separador.
MATERIALES PEGAJOSOS
Tal es el caso de crudos parafinosos, pueden presentar problemas operativos, debido al ensuciamiento o incrustación de los elementos internos. Para controlar este inconveniente comúnmente se utilizan aditivos químicos.
PRESENCIA Y ACUMULACIÓN DE SÓLIDOS
Puede ser controladas instalando tuberías de lavado (si aplica), boquillas de limpieza por inyección de líquidos, boquillas de remoción de sólidos, inclinación de recipientes horizontales, aberturas para la limpieza etc
PARAMETROS QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE SEPARADORES
La energía que posee el fluido al entrar al separador, debe de ser controlada
Las tasas de flujo, tanto de la fase líquida, como de la gaseosa, deben de encontrarse dentro del rango establecido por el separador. Si, esto se cumple se puede asegurar que el fluido es controlado por las fuerzas de gravedad, las cuales actúan sobre el fluido y se establece un equilibrio interfásico líquido-vapor
Las turbulencia que ocurren fundamentalmente en la sección ocupada por la fase gaseosa, debe de ser minimizada, antes que cause problemas en el proceso de separación, y por ende problemas a la hora de evaluar la eficiencia.
La acumulación de espuma y contaminantes debe de ser controlada.
Las salidas del separador de las fases líquidas y gaseosas, deben de realizarse de tal forma, que no vuelvan a encontrase. Además a la salida de los fluidos del separador debe de tener controles, de presión y de nivel de los fluidos
SEPARADORES HORIZONTALES
SEPARADORES TETRAFASICOS
En cuanto a los separadores separadores tetrafasicos podemos decir que en los mismos se ha previsto adicionalmente, una sección para la sección de espuma que suele formarse en algunos tipos de fluidos
DESHIDRATADOR ELECTROESTATICO
MOVIMIENTO DE UNA GOTA DE AGUA ENTRE DOS ELECTRODOS DE POLARIDAD DUAL
FUERZAS ELECTROESTATICAS
Consiste en someter la emulsión a un campo eléctrico intenso, generado por la aplicación de un alto voltaje entre dos electrodos. La aplicación del campo eléctrico sobre la emulsión induce a la formación de dipolos eléctricos en las gotas de agua, lo que origina una atracción entre ellas, incrementando su contacto y su posterior coalescencia. Como efecto final se obtiene un aumento del tamaño de las gotas, lo que permite la sedimentación por gravedad.
CAMBIOS EN LA CANTIDAD DE MOVIMIENTOS
(momentum lineal)
Los fluidos con diferentes densidades tienen diferentes momentum. Si una corriente de dos fases se cambia bruscamente de dirección, el fuerte momentum o la gran velocidad adquirida por las fases, no permiten que la partículas de la fase pesada se muevan tan rápidamente como las de la fase liviana, este fenómeno provoca la separación.
FUERZA CENTRIFUGA
El separador centrífugo funciona mediante el efecto de la fuerza centrífuga. El agua contaminada con sólidos e hidrocarburos/aceites se inyecta tangencialmente a lo largo de la circunferencia del tanque cilindro-cónico para permitir la separación de las partículas pesadas. El aceite libre es retirado de la superficie del estanque y se almacena en el acumulador de hidrocarburo. Las partículas que pueden precipitar sedimentan al fondo del estanque, desde aquí son drenadas a un filtro de bolsa de fácil reemplazo.
Opcionalmente se puede incluir inyección de ozono, control de pH, aplicación de agentes coagulantes/floculantes con el objeto de aumentar la flotación de aceites y la precipitación de sólidos.
SEPARADORES VERTICALES
A) PLACA DESVIADORA
DEMISTER
SECCION DE RECOLECCION DE LIQUIDO DEL DEMISTER
CONDUCTO DE DRENAJE DEL DEMISTER
PRINCIPIOS DE SEPARACION
En los campos petroleros
los efectos mas usados son
En los procesamientos de gas
Los efectos mas usados son
Fuerza de gravedad
Fuerza centrifuga
Cambios en la cantidad de movimiento
Fuerzas electroestáticas
Absorción
Adsorción
Fuerza de gravedad
Fuerza centrifuga
Filtración
Cambios en la cantidad de movimiento
TIPOS DE SEPARADORES
SEPARADOR: Es un cilindro de acero que por lo general se utiliza en los procesos de producción, procesamiento y tratamiento de los hidrocarburos para disgregar la mezcla en sus componentes básicos, petróleo y gas. Adicionalmente, el recipiente permite aislar los hidrocarburos de otros componentes indeseables como la arena y el agua
SEPARACIÓN DE FLUIDOS
EDDER AUGUSTO RICO GALVAN
JOSUE HERNADEZ ROMERO
CARLOS DE JESUS RODRIGREZ AVELDAÑO
JULIO ARTURO RAMIREZ BARRON
Objetivo: conocer los principios de operación diseño y evaluación de separadores
JOSE MARIA REYES QUINTERO
COALESCENCIA
Las gotas muy pequeñas no pueden ser separadas por gravedad. Estas gotas se unen por medio del fenómeno de coalescencia, para formar gotas mayores, las cuales se acercan lo suficientemente como para superar las tensiones superficiales individuales y poder de esta forma separarse por gravedad.
SEPARACION POR COALESCENCIA
FUERZA DE GRAVEDAD
Las gotas de líquido se separan de la fase gaseosa, cuando la fuerza gravitacional que actúa sobre las gotas de líquido es mayor que la fuerza de arrastre del fluido de gas sobre la gota
SEPARADOR VERTICAL
FKW
ADSORCION
La adsorción es el proceso mediante el cual un sólido poroso (a nivel microscópico) es capaz de retener partículas de gas en su superficie tras entrar en contacto con éste.
Una de las aplicaciones más conocidas de la adsorción en el mundo industrial, es la extracción de humedad del aire comprimido. Se consigue haciendo pasar el aire comprimido a través de un lecho de alúmina activa u otros materiales con efecto de adsorción a la molécula de agua. La saturación del lecho se consigue sometiendo a presión el gas o aire, asíla molécula de agua es adsorbida por la molécula del lecho, hasta su saturación. La regeneración del lecho, se consigue soltando al exterior este aire comprimido y haciendo pasar una corriente de aire presecado a través del lecho.
VISTA GENERAL DEL EQUIPO
SEPARADORES TRIFASICOS
Los separadores trifasicos se diseñan para separar tres fases, constituidas por el gas y las dos fases de los líquidos inmiscibles (agua y petróleo), separa los componentes de los fluidos que se producen en un pozo petrolero.
SEPARADORES BIFASICOS
Estos separadores, tiene como principal objetivo separar fluidos bifásicos, tales como Gas y Petróleo, Agua y Petróleo.
ABSORCION
Este es uno de los procesos de mayor utilidad en la industria del gas natural. El proceso consiste en remover el vapor de agua de la corriente de gas natural, por medio de un contacto líquido.El líquido que sirve como superficie absorbente debe cumplir con una serie de condiciones, como por ejemplo:
Alta afinidad con el vapor de agua y ser de bajo costo
Poseer estabilidad hacia los componentes del gas y bajo perfil corrosivo Estabilidad para regeneración
Viscosidad baja
Baja presión de vapor a la temperatura de contacto,
Baja solubilidad con las fracciones líquidas del gas natural
Baja tendencia a la formación de emulsiones y producción de espumas.
Para que un separador pueda cumplir con
sus funciones debe satisfacer lo siguiente:
Controlar la energía del fluido al entrar al separador
Las tasas de flujo deben responder a ciertos rasgos de volumen
La turbulencia que ocurren en la sección ocupada por el gas debe ser minimizada
La acumulación de espuma y partículas contaminantes deben ser eliminadas
Las salidas de los fluidos deben estar previstas de los controles de presión
Las regiones de acumulación de sólidos deben tener prevista la remoción de estas fases
El separador debe tener válvulas de alivio
El recipiente debe estar provisto de manómetros, termómetros, controles de nivel, etc.
El separador debe tener bocas de visitas
UN SEPARADOR SE DIVIDE EN LAS SIGUIENTES SECCIONES
DEFLECTOR
CICLON
SECCIÓN DE EXTRACCIÓN DE NIEBLA
CLASIFICACION DE LOS SEPARADORES
NUMERO DE FASES A SEPARAR
FORMA GEOMETRICA
UBICACIÓN
PRERSION DE OPERACIÓN
BIFASICOS
TRIFASICOS
TETRAFASICOS
VERTICALES
HORIZONTALES
ESFERICOS
S. DE ENTRADA
S. EN SERIE, PARALELO
S. TIPO FILTRO, TIPO TANQUE DE VENTEO, TIPO CENTRIFUGO
S. TIPO DEPURADORES
S. DE GOTEO EN LINEA
TORRE DE DESTILACION
S. DE ALTA, MEDIA Y BAJA PRECION
FUNCION DE LOS SEPARADORES
Las funciones que debe cumplir un separador son:
Hacer una primera separación de fases entre los hidrocarburos de la mezcla.
Cuando el proceso de separación ocurre entre la fase gaseosa y líquida, la función del separador será: Refinar el proceso de separación mediante la recolección de partículas líquidas atrapadas en la fase gaseosa, y partículas del gas atrapadas en la fase líquida.
Liberar parte de la fase gaseosa que haya quedado atrapada en la líquida
Descargar por separado la fase líquida y gaseosa, que salen del separador, con el objetivo de evitar que se vuelvan a mezclar, lo que haría que el proceso de separación sea de una baja eficiencia
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