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Manejo y Tratamiento del Petrleo Crudo en Superficie

OBJETIVOS

CONCEPTOS BSICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

SEPARACIN GAS LQUIDO

ESTABILIZACIN DEL PETRLEO CRUDO DESHIDRATACIN DEL PETRLEO CRUDO

BOMBEO DE PETRLEO CRUDO

CONTENIDO DEL CURSO

Proporcionar al participante los conocimientos generales que le permitan:

Entender los conceptos, fundamentos tcnicos y aspectos generales relacionados con el manejo de la produccin en superficie.

Conocer los sistemas y procesos que se llevan a cabo en superficie para el manejo, tratamiento y acondicionamiento del petrleo crudo. Conocer todos los equipos asociados en la operacin de las instalaciones superficiales de produccin para el manejo de petrleo crudo.

Conocer los fundamentos y principios bsicos para el diseo de equipos para el manejo y tratamiento de aceite.

OBJETIVOS

EL SISTEMA DE PRODUCCION

El sistema de produccin esta formado por el yacimiento, el pozo y las instalaciones superficiales de produccin. CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

PROCESO DE PRODUCCION

El proceso de produccin comprende el recorrido de los fluidos desde el radio externo de drenaje en el yacimiento hasta el separador de produccin en la estacin de flujo. Existe una presin de partida de los fluidos en dicho proceso que es la presin esttica del yacimiento y una presin final o de entrega que es la presin del separador en la Batera de separacin estacin derecoleccin.CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

Fase

Se define como cualquier porcin homognea de materia, tanto en su composicin como en su estructura, fsicamente diferenciable y separadas por superficies bien definidas de otras fases

Conforman un sistema de tres fases: slido, lquido y gas. CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

QU ES TERMODINAMICA?

Es la ciencia que estudia los Estados y cambios de Estados de un Sistema fsico las interacciones entre los sistemas que acompaan estos cambios de Estados

Clsica : Se relaciona con Estados en Equilibrio.

Procesos Irreversibles: Se relaciona con Estados esencialmente de NO-Equilibrio.


CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES Hidrocarburos lquidos y condensados FLUIDOS DE PRODUCCINGasAguaSlidos

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALESCLASIFICACIN DE LOS CRUDOS Segn su Gravedad API Segn su contenido de azufre Dulces: Contenido de azufre es inferior a 1.5% mol. Amargos: Contenido de azufre es superior a 1.5% mol.

TIPO DE CRUDOGRAVEDAD APICondensadoCrudos livianosCrudos medianosPesados Expresados Mayor a 4032 a 4022 a 3210 a 22Menor de 10 y viscosidad mayor de 10,000 centipoises bajo condiciones de yacimiento

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALESCLASIFICACIN DE LOS CRUDOS Segn ComposicinCrudos 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 alta calidad. 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.

CRUDOS DE BASE PARAFINICAParafinas:La solubilidad de las n-parafinas disminuye en los crudos cuando incrementa peso molecular. Slido blanco a marrn. Molculas formadas enteramente de carbonos e hidrgenos. Su estructura es esencialmente lineal con pequeas ramificaciones. Las parafinas comienzan a partir de C18 y pueden llegar a C60.CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

*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.Inyeccion de gases ricos y cidos en procesos de levantamiento artificial.2. Estimulacin pozos con cidos, solventes, surfactantes.3. Mezcla de crudos con origen distitos.Material no biodegradable .CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

DISTRIBUCION DE LOS CRUDOS SEGN SU COMPOSICION QUIMICACONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALESGAS 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.

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES Cambios de Estados en la Tubera de Produccin

Grfico donde se representa la Presin contra la Temperatura, mostrando las condiciones bajo las cuales varias fases de una sustancia pura pueden estar presentesDiagrama Presin - Temperatura CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALESSEPARACIN FLASH (INSTANTNEA).El proceso de liberacin instantnea simula las condiciones de vaporizacin que existen en los yacimientos o en los sistemas de produccin, cuando el gas liberado permanece en contacto con su lquido asociado original. El gas se forma del lquido, al reducirse la presin mantenindose constante la composicin total del sistema.

Dos fases (agua) y (aceite + gas). El agua sale por debajo, el aceite y el gas por arriba del separador.

Dos fases (agua + aceite) y (gas). Todo el lquido sale por abajo y el gas por arriba.

Tres fases (gas), (aceite) y (agua). El gas sale por arriba, el aceite por en medio y el agua por abajo.ESTA SEPARACIN SE PUEDE DAR EN:SEPARACIN GAS - LQUIDO

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALESProcesos en Superficie para el Manejo, Tratamiento y Acondicionamiento de FluidosCabezal de Llegada de PozosA.P.P.I.B.P.Deshidratacin de GasPetroqumicaEstabilizacinControl del Punto de RocoA.P.RefinacinGASACEITEAGUAComercializacinRectificacinSERVICIOS 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 GAS) QUEMADOR (ELEVADO O DE FOSA) (ACEITE Y GAS)- 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)

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALESManejar 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 que contiene (CO2 y H2S).Comprimir el gas producido para enviarlo a plantas de procesamiento.

PRINCIPALES FUNCIONES DE LAS INSTALACIONES DE PRODUCCIN

CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALESSeparar 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 INSTALACIONES DE PRODUCCIN

Desde el cabezal de cada pozo es tendida una tubera de produccin que llega a una determinada estacin recolectora, diseada para la produccin de un numero determinado de pozos. El dimetro de las tuberas depende de la viscosidad, el volumen de produccin y la presin de flujo en el cabezal de pozo.Las producciones provenientes de cada pozo convergen en un mltiple de produccin y de prueba, donde los pozos pueden ser colocados individualmente en produccin y/o prueba.

Las estrangulaciones a nivel de pozo son realizadas para lograr la reduccin de la presin, las cualespueden ser fijas o ajustables para lograr un flujo optimo del sistema.

El mltiple de produccin es alineado al separador de produccin y el mltiple de Prueba al separador de prueba (medicin).La produccin general es enviada a los sistemas de deshidratacin, estabilizacin y/o tanques de almacenamiento, segn el caso.Proceso de Recoleccin de la Produccin CONCEPTOS BASICOS DE INSTALACIONES SUPERFICIALES

Conocimiento General de las Instalaciones Superficiales a Partir de los Pozos Productores de Aceite y GasLa composicin de la mezcla y las condiciones de presin y temperatura a las que se encuentran los hidrocarburos en el yacimiento, son los elementos requeridos para establecer si un yacimiento es de aceite negro, de aceite voltil, de gas y condensado o de gas seco. De acuerdo con el tipo de yacimiento es la configuracin y las condiciones de operacin del sistema para el manejo superficial de los hidrocarburos producidos.


Las mezclas de liquido y gas, se presentan en los campos petrolerosprincipalmente por las siguientes causas:

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; pero debido a los cambios de presin y temperatura que se producen a travs 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 - LQUIDOFundamentos de la Separacin Gas Lquido

Fundamentos de la Separacin Gas LquidoLas razones principales por la que es importante efectuar una separacin adecuada de lquido y gas son:

En campos da gas y aceite, donde no se cuenta con el equipo de separacin adecuado y adems el gas se quema, una cantidad considerable de aceite ligero que 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 conveniente eliminarle la mayor cantidad de lquido, ya que este ocasiona problemas tales como: corrosin y abrasin del equipo de transporte aumento en las cadas de presin y disminucin en la capacidad de transporte de las lneas.

Como se menciono el flujo de gas frecuentemente arrastra lquidos de proceso los cuales se deben recuperar ya que tienen un valor considerable.

El gas y el aceite obtenidos en superficie deben de cumplir con ciertas especificaciones de calidad y operacin para ser entregados para su posterior procesamiento en plantas petroqumicas y refineras respectivamente para su almacenamiento y distribucin.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Condiciones de SeparacinPara establecer las condiciones de separacin ms apropiadas, de acuerdo con las caractersticas de los fluidos producidos, el Ingeniero de Produccin tiene que considerar las siguientes variables de control:

El tipo, tamao y dispositivos internos del separadorEl tiempo de residencia del aceiteLas etapas de separacinLas presiones y temperaturas de operacin El lugar de instalacin de los separadores. SEPARACIN GAS - LQUIDO

La combinacin de dichas variables permite obtener la separacin requerida a un costo mnimo. La seleccin de las condiciones de separacin depende, fundamentalmente de los objetivos de produccin 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 en forma primordial de la presin de vapor mxima que se fije en las bases de diseo, as como de la composicin de los fluidos producidos y su temperatura al llegar a la central de recoleccin.

Cont. Condiciones de SeparacinSEPARACIN GAS - LQUIDO

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 mas frecuentes cuando los pozos producen artificialmente.

Separadores a baja temperatura

Estos dispositivos se utilizan para la separacin de gas y condensados a baja temperatura, mediante

Eliminadores

Estos dispositivos se utilizan para eliminar los lquidos (hidrocarburos y agua) de una corriente de gas a alta presin. Se utilizan generalmente en los sistemas de separacin a baja temperatura. Algunos eliminadores separan el agua de la corriente de gas.

SEPARACIN GAS - LQUIDOTipos de Separadores

Depuradores

Son dispositivos que se utilizan para manejar corrientes con muy altas relaciones gas-lquido.

Se aplican tambin para separar gotas muy pequeitas de lquido suspendidas en 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 y los filtros, que eliminan adems de las gotas pequeas de liquido, el polvo arrastrado en la corriente de gas.

Es muy recomendable instalar depuradores antes de las compresoras con el fin de protegerlas de los daos que puedan causar las impurezas y las gotas de lquido o neblina arrastradas por el gas.

Su diseo se fundamenta en la primera seccin de separacin donde predominan elementos de impacto para remover partculas lquidas.

SEPARACIN GAS - LQUIDO

SEPARACIN GAS - LQUIDOSeparadores Tipo Filtro

Usan el principio de aglomeracin de gotitas de lquido en un medio filtrante seguido de un medio eliminador de neblina.

El aglomerado ms comn y eficiente esta compuesto de un filtro tubular de fibra de vidrio el cual es capaz de retener las partculas de lquidos hasta tamaos de submicrones.

MECANISMOS DE SEPARACIN

La separacin de mezclas de gas y lquido, se logra mediante una combinacin apropiada de los siguientes factores: momentum, gravedad, fuerza centrifuga y choque.

Momentum (Cantidad de Movimiento).

Fluidos con diferentes densidades tienen diferentes momentum. Si una corriente de dos fases cambia bruscamente de direccin, el fuerte momentum o la gran velocidad adquirida por las fases, no permiten que la partculas de la fase pesada se muevan tan rpidamente como las de la fase liviana, este fenmeno provoca la separacin. Separacin por gravedad. Es el mecanismo de separacin que ms se utiliza, debido a que el equipo requerido 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

Si el flujo es vertical hacia arriba, como en lo separadores verticales, las partculas liquido que se van a separan caen a contraflujo del gas. Estas partculas de liquido que descienden por la accin de la gravedad se aceleran, hasta que la fuerza de arrastre se balancea con la fuerza gravitacional.

Despus de este momento, los partculas continan cayendo a un velocidad constante, conocida como velocidad de asentamiento o velocidad terminal. La velocidad de asentamiento calculada para una gota de liquido de cierto dimetro, indica la velocidad mxima que debe tener el gas , para permitir que partculas de este dimetro a mayor se separen.

Cont. Separacin por GravedadSEPARACIN GAS - LQUIDO

Las gotas de lquido se separan de la fase gaseosa, cuando la fuerza gravitacional que acta sobre las gotas de lquido es mayor que la fuerza de arrastre del fluido de gas sobre la gota. Estas fuerzas definen la velocidad terminal, la cual matemticamente se presenta usando la ecuacin siguiente:

donde: VELOCIDAD DE ASENTAMIENTOSEPARACIN GAS - LQUIDO

En unidadesSIEn unidadesInglesasVt = Velocidad terminal de la gota de Lquidom/spies/sg = Aceleracin de la gravedad9.807 m/s232.174 pie/s2dg =Dimetro de la gotampiesg = Densidad del gaskg/m3lb/pie3l = Densidad del lquidokg/m3lb/pie3C = Coeficiente de arrastre que depende del Nmero de Reynolds Adimensional

Para caso de decantacin de una fase pesada lquida discontinua en una fase liviana lquida continua, aplica la ley de Stokes.

donde:LEY DE STOKESSEPARACIN GAS - LQUIDO

unidadesSI unidadesInglesasVt = Velocidad terminal de decantacinm/spies/sdg =Dimetro de la gotampiesF1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas10001g = Aceleracin de la gravedad9.807 m/s232.174 pie/s2p = Densidad de fase pesadakg/m3lb/pie3L = Densidad de fase livianakg/m3lb/pie3 = Viscosidad de la fase continua mPaslb/pie/s

La fuerza centrifuga que se induce a las partculas de lquido suspendidas en una corriente de gas, puede ser varios cientos de veces mayor que la fuerza de gravedad que acta sobre la misma partcula. Este principio mecnico de separacin se emplea en un separador, tanto en la seccin de separacin primaria como en algunos tipos de extractores de niebla, por ejemplo en el extractor tipo ciclnico.

Las partculas de liquido colectadas en las paredes de un extractor de niebla tipo ciclnico, difcilmente son arrastradas por la corriente de gas. Sin embargo la velocidad del gas a la entrada del tubo ciclnico, no debe ser mayor 45 pies/seg.SEPARACIN POR FUERZA CENTRFUGALa Ley de Stokes se puede aplicar al proceso de separacin centrifuga, sustituyendo g por la aceleracin debida a la fuerza centrifuga (a), entonces:SEPARACIN GAS - LQUIDO

SEPARACIN POR CHOQUEEste mecanismo de separacin es tal vez el que ms se emplea en la eliminacin de las partculas pequeas de lquido suspendidas en una corriente de gas. Las partculas de lquido que viajan en el flujo de gas, chocan con obstrucciones donde quedan adheridas. La separacin por choque se emplea principalmente en los extractores de niebla tipo veleta y en los de malla de alambre entretejido. SEPARACIN GAS - LQUIDO

Cont. Separacin por choqueSe conoce como distancia de paro, a la distancia que una partcula de cierto dametro, viaja a travs de una lnea de corriente de gas. Esta distancia se puede 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 las partculas 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

PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE SEPARACIN 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.


El tamao de las particular suspendidas en el flujo de gas, es un factor importante en la de terminacin de la velocidad de asentamiento en la separacin 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 de cierto dimetro, que se puede considerar como el dimetro base. Tericamente todas las gotas con dimetro mayor que el base deben ser eliminadas. En realidad lo que sucede es que se separan partculas mas pequeas que el dimetro base, mientras que algunas mas grandes en dimetro no se separan.

Lo anterior es debido a la turbulencia del flujo, y a que algunas de las partculas de liquido tienen una velocidad promedio del flujo de gas.

Tamao de las partculas de liquidoSEPARACIN GAS - LQUIDO

SEPARACIN GAS - LQUIDOPORCIENTO DE PARTCULAS DE LIQUIDO ELIMINADAS RELACIN DEL TAMAO DE PARTCULAS DE LIQUIDO 0204060801000.51.02.03.05.07.010.00.70.3En la Fig. se muestra el efecto del tamao de las partculas en la eficiencia de la separacin, cuando el extractor de niebla es del tipo choque o ciclnico. En esta figura se relaciona el tamao de la partcula 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 las partculas de tamao X/2, mientras que se elimina un 90% de partculas de tamao 3X.

El tamao de las partculas de liquido que se forman en el flujo de liquido y gas, cuando no hay agitaciones violentas, es lo suficientemente grande para lograr una buena eficiencia en los separadores.

Generalmente se especifica en los equipos de separacin, que el arrastre no es mayor que 0.1 gal/MMpie3. Una partcula de 10 micras tiene tan poco volumen, que puede haber 720,000 partculas de liquido de este tamao por cada pie cbico de gas, sin que se exceda la especificacin aludida.

Cont. Tamao de las partculas de liquidoSEPARACIN GAS - LQUIDO

La distribucin del tamao de las partculas de liquido y el volumen de lquidos que entra al separador Estos aspectos estn ntimamente ligados en la eficiencia de la separacin. Para ilustrarlo se pueden analizar las siguientes situaciones:

Considrese que un separador se instala, para separar un volumen de liquido de 2,000 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 10 micras, entonces su eficiencia total ser de casi 100%. Sin embargo, si este mismo separador se utiliza en una corriente de gas, donde el contenido 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 ser de 80% y habr un arrastre de liquido en el flujo de gas de 4 galones por milln de pie 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 determinado problema, se debe considerar como aspecto importante, la distribucin de tamao de las partculas y el volumen de liquido que se va a separar. SEPARACIN GAS - LQUIDO

Velocidad del gas Generalmente los separadores se disean de tal forma que las partculas de lquidos mayores de 100 micras, se deben separar del flujo de gas en la seccin de separacin secundaria, mientras que las partculas ms pequeas en la seccin de extraccin de niebla.

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 separan totalmente las partculas de liquido mayores de 100 micras en la seccin de separacin secundaria. Con esto se ocasiona que se inunde el extractor de niebla y, como consecuencia que, haya arrastre repentino de baches de liquido en el flujo de gas que sale del separador.


Presin de separacinEs una de los factores mas importantes en la separacin, desde el punto de vista de la recuperacin de lquidos. Siempre existe una presin ptima de separacin para cada situacin en particular.

En ocasiones al disminuir la presin de separacin, principalmente en la separacin de gas y condensado, la recuperacin de lquidos aumenta, sin embargo, es necesario considerar el valor econmico del incremento de volumen de lquidos, contra la compresin extra que puede necesitarse para trasportar el gas.

La capacidad de los separadores tambin es afectada por la presin de separacin, al aumentar la presin, aumenta la capacidad de separacin de gas y viceversa. SEPARACIN GAS - LQUIDO

Temperatura de separacinEn cuanto a la recuperacin de lquidos, la temperatura de separacin interviene de la siguiente forma: a medida que disminuye la temperatura de separacin, se incrementa la recuperacin de lquidos en el separador.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Densidades del liquido y del gas Las densidades del liquido y el gas, afectan la capacidad de manejo de gas de los separadores. La capacidad de manejo de gas de un separador, es directamente proporcional a la diferencia de densidades del liquido y del gas e inversamente proporcional a la densidad del gas.


Viscosidad del gas El efecto de la viscosidad del gas en la separacin, se puede observar de las formulas para determinar la velocidad de asentamiento de las partculas de liquido.

La viscosidad del gas se utiliza en el parmetro NRe, con el cual se 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 a medida que aumenta la velocidad del gas, disminuye la velocidad de asentamiento y por lo tanto, la capacidad de manejo de gas del separador.SEPARACIN GAS - LQUIDO

PRINCIPIOS DE SEPARACIN DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS

Los separadores son construidos de tal forma que el fluido entre produciendo un movimiento rotacional, impartiendo al fluido un movimiento centrfugo que ocasiona que el lquido choque con las paredes del recipiente y caiga por gravedad.

A medida que el lquido cae, choca con los deflectores y platos, 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 una vlvula flotante y una vlvula tipo back pressure a la salida del separador que controla la presin de salida del mismo.SEPARACIN GAS - LQUIDO

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 sola o en varias etapas, dependiendo de las condiciones de operacin, pasando de una vasija de mayor presin a otra de menor presin.


Es un conjunto de vlvulas y tuberas denominadas mltiples de distribucion, que permiten distribuir a voluntad el flujo de varias pozos (corriente o produccin general), o aislar la correspondiente a uno en particular (corriente de medicin), donde se conecta por varias horas el pozo que se desea medir. CABEZAL DE ENTRADATambin tiene instalada una descarga hacia una presa de captacin para desviar la produccin en caso de una fallo de los separadores cualquier otra falla de operacin o accidente.SEPARACIN GAS - LQUIDO

SECCIN DE SEPARADORES Es un conjunto de vasijas verticales, horizontales, o esfricas, que tienen en su interior una serie de mamparas deflectores y aditamentos como extractores de niebla, filtros, agitadores y flotadores, que permiten la separacin mecnica de la mezcla producida.

La funcin fundamental de un separador, es la de separar los componentes deseados del fluido (crudo, gas, agua, contaminantes) lo mas completamente posible del conjunto de componentes que alimentan al separador.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Los separadores tambin se agrupan para el manejo de la produccin general y se deja uno para recibir al pozo que se desea medir.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Debido a que las variaciones de flujo en la descarga del separador y a la presencia de algunos slidos en suspensin afectan a los medidores convencionales y no se tendran lecturas confiables si se instalaran en la salida del aceite; la medicin del volumen de aceite se realiza en el tanque mediante una cinta mtrica o medidores elctricos operados con un flotador, o con medidores instalados en la descargas del tanque.Para medir el gasto del gas, los separadores tienen instalados dispositivos del tipo placa de orificio o integradores electrnicos en la descarga del gas; el agua se mide porcentualmente en las muestras que se toman peridicamente. SEPARACIN GAS - LQUIDO

Los separadores deben tener capacidad para soportar las variaciones de flujo provenientes de los pozos y estn diseados para mantener una presin constante y un nivel de lquido adecuado, mediante valvulas de contra presin calibradas para abrir al incrementarse la presin y cerrar al reducir la misma a ciertos valores predeterminados.SEPARACIN GAS - LQUIDO

SEPARACIN GAS - LQUIDOSECCIONES DE UN SEPARADOR

Seccin de Separacin Primaria (Fuerza centrfuga)

Seccin de Separacin Secundaria (Gravitacional)

Extraccin de Niebla (Choque y/o Fuerza Centrfuga)

Acumulacin de Lquidos

(a) Seccin de separacin primariaSEPARADOR VERTICALSEPARADOR VERTICALELEMENTOS Y SECCIONES DE UN SEPARADOR (b) Seccin de separacin por gravedad(c) Seccin de acumulacin de liquido(d) Seccin de coalescencia

TIPOS DE INTERNOS EMPLEADOSDesviadores de flujoRompedor de olasPlacas rompedoras de espumaExtractores de niebla Elementos centrfugosRompedor de vorticeSEPARACIN GAS - LQUIDO


En esta seccin se separa la mayor cantidad de lquido de la corriente de gas, y se reduce la turbulencia del Fluido. La separacin del lquido en esta seccin se realiza mediante un cambio de direccin del Flujo. El cambio de direccin se puede efectuar 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 centrfuga al flujo, con lo que se separan grandes volmenes de lquido.

SECCIN DE SEPARACIN PRIMARIA

SEPARACIN GAS - LQUIDOSECCIN DE SEPARACIN SECUNDARIAEn esta seccin se separa la mxima cantidad de gotas de lquido de la corriente de gas, se reduce considerablemente la turbulencia del flujo, as como la velocidad del gas y las gotas del lquido que contiene el gas son separadas al mximo.

ste proceso se realiza mediante el principio de asentamiento por gravedad, en algunos diseos se utilizan veletas o aspas alineadas para reducir aun mas la turbulencia sirviendo al mismo tiempo como superficies colectoras de gotas de liquido.

La eficiencia de separacin en esta seccin depende principalmente de las propiedades fsicas del gas y del liquido suspendidas en el flujo de gas y del grado de turbulencia.

SEPARACIN GAS - LQUIDOSECCIN DE EXTRACCIN DE NIEBLA

En esta seccin se separan del flujo de gas las gotas pequeos de lquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria y secundaria del separador.

En esta parte del separador se utilizan el efecto de choque y/o la fuerza centrifuga como mecanismos de separacin Mediante estos mecanismos se logra que las pequeas gotas de lquido, se colecten sobre una superficie en donde se acumulan y forman gotas ms grandes, que se drenan a travs de un conducto a la seccin de acumulacin de lquidos o bien caen contra la corriente de gas a la seccin primaria.

SEPARACIN GAS - LQUIDOCont. SECCIN DE EXTRACCIN DE NIEBLA

En esta seccin se separan del flujo de gas las gotas pequeos de lquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria y secundaria del separador.

SEPARACIN GAS - LQUIDOExisten varios tipos de eliminadores de niebla entre los cuales tenemos:Tipos de Aletas

Tipos de Malla de Alambre

Tipo CentrfugoLas mas utilizadas son las de tipo de malla de alambre, ya que esta considerada como poseedor de una eficacia de remocin de alta eficiencia.

SEPARACIN GAS - LQUIDOACUMULACIN DE LQUIDOSEn esta seccin se almacena y descarga el lquido separado de la corriente de gas y que fue separado en las secciones anteriores, por lo cual se requiere un tiempo mnimo de retencin que permita llevar a cabo el proceso de separacin.

Esta parte del separador debe tener la capacidad suficiente para manejar los posibles baches de lquido que se pueden presentar en una operacin normal, adems debe tener la instrumentacin adecuada para controlar el nivel de lquido en el separador. SECCIN ACUMULACIN DE LQUIDOS

SEPARACIN GAS - LQUIDOCont. ACUMULACIN DE LQUIDOSEsta instrumentacin esta formada por un controlador y un indicador de nivel, un flotador y una vlvula de descarga.

La seccin de almacenamiento de lquidos debe estar situada en el separador, de tal forma que el lquido acumulado no sea arrastrado por la corriente de gas que fluye a travs del separador.

SEPARACIN GAS - LQUIDOINTERNOS AUXILIARES

ROMPEOLAS.

Este elemento se localizo en los separadores horizontales para amortiguar la formacin 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 la longitud del equipo.

ROMPEDOR DE VORTICE.

La funcin del rompedor de vrtices es evitar problemas en las bombas que se localizan a la salida de lquido en el equipo de separacin evitar la contaminacin del producto y las vibraciones.

Son los separadores ms usados en la industria petrolera y comprenden cuatro secciones fundamentales :

Seccin de separacin: donde el fluido entra y comienza la separacin gas liquido.

Seccin de Fuerzas Gravitacionales: Donde estas fuerzas tienen una influencia fundamental en la separacin gas lquido.

Seccin de Extraccin de Neblina: donde se separan las minsculas partculas de lquido que aun contiene el gas.

Seccin de Acumulacin de Liquido: donde los lquidos separados del gas se acumulan en la parte inferior del separador para luego ser transferido a los tanques de almacenamiento temporal. SEPARADORES BIFSICOSSEPARACIN GAS - LQUIDO

SEPARACIN GAS - LQUIDOSEPARADORES TRIFSICOSSon similares a los separadores de dos fases, en este caso debe agregarse la fase de separacin lquido lquido, as como los medios para remover el agua libre, estos separadores reducen la carga en el equipo de tratamiento de crudo, aumentan la capacidad de transporte en las tuberas y tambin ayudan a mejorar la precisin de las mediciones de flujo.

Estos separadores, adems de separar las fases liquida y gaseosa, separan el liquido en aceite y agua no emulsionada en el aceite. La separacin del lquido en aceite y agua no emulsionada, tiene lugar por diferencia de densidades. Para esto se proporciona al lquido suficiente tiempo de residencia y se deposita en un espacio donde no hay turbulencia. Adems de las secciones y dispositivos con que cuentan los separadores bifsicos, el separador trifsico tiene las siguientes caractersticas y accesorios especiales:Una capacidad de lquidos suficiente para proporcionar el tiempo de retencin 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 TrifsicosSEPARACIN GAS - LQUIDO

PROBLEMAS OPERACIONALES MAS COMUNES EN SEPARADORESSEPARACIN GAS - LQUIDOCrudos espumosos:

Como resultado de la incorporacin mecnica de gas dentro de una fase liquida, es la formacin de burbujas en las cuales la pelcula del liquido rodea un volumen de gas que tiende a ascender.

Ocasiona en el separador:

Dificultad para poder controlar el nivel del fluidoProbabilidad que el fluido que salga del separador vaya mezclado con espumaProblemas en la deshidratacin del fluido

SEPARACIN GAS - LQUIDOProblemas operacionales mas comunes

Presencia de arena en el crudo

Los problemas ms comunesque puede causar son:

Taponamiento de los dispositivos de controlErosin y corte de vlvulas y lneasAcumulacin en el fondo del separador, disminuyendo la capacidad del mismoTransferencia de esta arena a los PDT, causando graves daos a las instalaciones de superficie.


Parafinas

Puede obstruir el eliminador de neblina ocasionando que el gas se vaya en el fluido y disminuya la eficiencia de separacin.

Escape de Liquido o Gas

El escape de liquido o gas puede ocurrir por:

Formacin de espumaProblemas con la instrumentacin de nivelMalla eliminadora de neblina obstruidaObstruccin de la vlvula a la salida del separador

Durante el manejo de los hidrocarburos en la superficie y especialmente en le proceso de separacin la velocidad de gas arrastra gotas de liquido y el liquido acarrea burbujas de gas. La separacin fsica de estas fases es una de las operaciones bsicas en el proceso de produccin, procesamiento y tratamiento de gas y el aceite.

El diseo de separadores gas-aceite se lleva a cabo para que mecnicamente se separen las fases de la corriente de hidrocarburos a una temperatura y presin especifica. El apropiado diseo del separadores muy importante ya que de ello depende en gran medida la capacidad y eficiencia del proceso de separacin y el manejo adecuado de los hidrocarburos. FUNDAMENTOS PARA EL DISEO DE SEPARADORESSEPARACIN GAS - LQUIDO

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 fluidos que 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 10 micras).

FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA CAPACIDAD DE SEPARACIN:SEPARACIN GAS - LQUIDO

FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIN GAS LQUIDO

La separacin de mezclas gas - lquido, se logra mediante una combinacin apropiada de los siguientes factores mecnicos.SEPARACIN GAS - LQUIDO

La distribucin del tamao de las gotas de lquido depende del diseo de los internos, de las caractersticas de los fluidos y del equipo instalado corriente arriba del proceso.DISTRIBUCION DEI TAMAO DE PARTICULA EN UNSEPARADORSEPARACIN GAS - LQUIDO

ASENTAMIENTO:

En la seccin de asentamiento, las gotas de liquido caern a una cierta velocidad determinada por una ecuacin que relaciona la fuerza de gravedad en la gota y el coeficiente de arrastre provocado por el flujo de gas (fase continua).Fuerza de arrastreFuerza de FlotacinSEPARACIN GAS - LQUIDO

Cuando fuerza de arrastre es igual a la fuerza de flotacin, la aceleracin de las gotas es cero as que se mueven a una velocidad constante conocida como la velocidad terminal.La velocidad de asentamiento indica la velocidad mxima que debe tener el gas para permitir que gotas de lquidos de cierto dimetro se separenLey de StokesSEPARACIN GAS - LQUIDO

En el diseo de equipo de separacin la Ley de Stokes no gobierna el comportamiento de la velocidad de asentamiento por el nmero de Reynolds que se 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.5SEPARACIN GAS - LQUIDO

Las ecuaciones 4 y 5 pueden ser resueltas por una solucin iterativa, con los siguientes pasos:1. Iniciando con2. Calcular Num. Reynolds3. Con el Num. Reynolds, calcular CD.4. Recalculando Vt usando el nuevo valor de CD5. Ir al paso 2 e iterar hasta que los valores de Vt, Re y CD sean igualesSEPARACIN GAS - LQUIDO

TAMAO DE LA GOTA DE LIQUIDO El tamao de las partculas suspendidas en el flujo de gas, es un factor importante en la determinacin de la velocidad de asentamiento, por lo que se ha encontrado que las gotas mayores de 100 micras que son removidas con un extractor de niebla, no causaran problemas de inundacin y estar disponible para operar sin problema alguno por lo que las ecuaciones de diseo para determinar la capacidad de gas, estn basadas en la remocin de este tamao de gotas.En algunos casos este criterio de calculo permitir obtener un dimensionamiento conservador y aceptable. Sin embargo las tcnicas empleadas pueden ser fcilmente modificadas para cualquier tamao de gota.CRITERIOS CONSIDERADOS PARA EL DISEO DE SEPARADORESSEPARACIN GAS - LQUIDO

TIEMPO DE RESIDENCIA

Este se define como el tiempo de residencia o el tiempo promedio en que una molcula de lquido es retenida en el separador. El tiempo de residencia es entonces el volumen ocupado por el lquido en el separador dividido entre el gasto de lquido. La capacidad de manejo de aceite de un separador es una funcin del tiempo de residencia y del rea de interfase gas-aceite.

Se ha encontrado que el rango de tiempo de residencia para un separador tiene valores de 1 a 4 minutos, dependiendo de las condiciones de operacin y propiedades de los fluidos. En casos donde se tiene crudo espumoso los tiempos de residencia se incrementan hasta en 4 veces los valores anteriores.

API 12JSEPARACIN GAS - LQUIDO

FORMACIN DE ESPUMA

Los aceites espumosos ofrecen un especial problema en el dimensionamiento del separador. La espuma es una mezcla de gas disperso en el lquido que tiene unas densidad menor a la del lquido pero ms grande que la del gas, en estos casos se necesita tener una rea de interfase y un tiempo de residencia ms grande que lo normal para separar el gas del aceite. En estos casos puede ser necesario un tiempo 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 en la interfase gas-lquido del separador. Esto ocasiono que en un momento el gas le transfiera cierta inestabilidad al lquido y propicie la formacin de olas y ondulaciones y las gotas se rompan y se separen de la fase lquida, siendo acarreadas por la corriente de gas. Este fenmeno debe ser particularmente considerado para el dimensionamiento de separadores horizontales de alta presin dentro de la determinacin de la capacidad para manejo de gas, en donde la interfase gas-aceite es mucho mayor.SEPARACIN GAS - LQUIDO

VELOCIDAD DEL GAS

La velocidad superficial mxima permitida del gas a las condiciones de operacin normalmente se determina mediante a siguiente ecuacin:La velocidad mxima permisible esta considerado para separadores que normalmente tienen un extractor de niebla del tipo malla de alambre. Este flujo o velocidad puede permitir que partculas de lquido mayores de 10 micras se asienten y no sean arrastradas por la corriente de gas.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Cont. Velocidad del gas

Este flujo o velocidad puede permitir que partculas de lquido mayores de 10 micras se asienten y no sean arrastradas por la corriente de gas. La eficiencia de los extractores de niebla depende de la velocidad del flujo de gas, cuando la velocidad es baja, las gotas de lquido tienden a aglomerarse entre los alambres.

A velocidades altas el extractor tiende a inundarse, debido a que el lquido no puede fluir hacia abajo, contra el flujo del gas. En ambos casos los espacios libres del extractor se pueden llenar de lquido y, entonces, una porcin del lquido es arrastrada por la corriente de gas.


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 51015202510095908580 VELOCIDAD DEL GAS (PIES/ SEG.)PORCIENTO DEL LIQUIDO SUSPENDIDO ELIMINADO

VELOCIDAD EN EL PROCESO DE SEPARACIN

La velocidad es un factor muy importante debido o que de esto de penden las dimensiones y la eficiencia de separacin en los internos y en el separador. La velocidad de alimentacin se requiere para el dimensionamiento de la boquilla correspondiente y deber cuidarse que no sea mayor que la velocidad 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 rango de 50 o 100 ft/seg. paro obtener una buena eficiencia de separacin.


PRESION DE DISEO

La presin de diseo ser equivalente a la mxima presin de operacin en el recipiente, ms un 10% o 2 Kg/cm de sobrediseo, emplendose el valor que resulte mayor. En el caso de que la presin del vapor del lquido correspondiente a la temperatura mxima que pudiera alcanzar dicho lquido, fuera superior a los valores anteriores, se considerar una presin de diseo equivalente a la presin de vapor a dicha temperatura ms 2 Kg/cm o 10% de sobrediseo emplendose el valor que resulte mayor.

TEMPERATURA DE DISEO (DE -29 A 340C.)

La temperatura de diseo ser equivalente a la mxima temperatura que pueda presentarse en el recipiente por condiciones de proceso, incrementada por un sobrediseo de 15C.SEPARACIN GAS - LQUIDO

CRITERIOS DE DISEO PARA LOS INTERNOS DE SEPARADORES

TIPO VOLUTACuando se disea o rehabilitan recipientes horizontales con dimetro pequeo, se recomienda colocar una voluta. Esta tipo de internos es recomendable cuando se tienen problemas por formacin de espuma. La determinacin de los espacios es interactivo ya que depende de la capacidad de operacin y de la relacin gas-liquido (RGA).SEPARACIN GAS - LQUIDO

TIPO VANE (Segunda Etapa)

Este interno como se indico, tiene como funcin eliminar las gotas grandes de liquido y la eliminacin de turbulencia del gas. Ocupa toda el rea disponible de vapor (Adv) del separador y se localizo ala mitad del recipiente.SEPARACIN GAS - LQUIDO

TIPO VANE (Tercera Etapa)

Las dimensiones de este interno, se determinan en funcin de una velocidad recomendada para el gas.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:SEPARACIN GAS - LQUIDO

ROMPEDOR DE OLAS.

Los rompedores de olas son placas localizadas transversalmente al recipiente.

Estas placas estn localizadas a 1/3 del separador Normalmente se localizan 2 de este tipo de interno.SEPARACIN GAS - LQUIDO

ROMPEDOR DE REMOLINAS.

Este interno tiene como funcin principal romper el remolino que se forma al fondo del recipiente o a la salido del lquido, evitando de sta manera la gasificacin en el equipo de bombeo.SEPARACIN GAS - LQUIDO

En lo que respecta a los internos de los separadores se concluye lo siguiente:

los internos tipo centrfugo son los ms recomendados como primera etapa de separacin y pueden utilizarse en separadores y/o rectificadores (horizontal y vertical) dependiendo del tipo de servicio del equipo.

El interno tipo voluta como primera etapa de separacin se recomienda cuando el dimetro del separador horizontal sea pequeo y cuando se manejen fluidos con tendencia a espuma.

En la segunda etapa de separacin se recomienda para separadores horizontales los internos tipo zig-zag (vane) para separar pequeas partculas de lquido arrastrado por el gas, obtener un flujo laminar, y para la eliminacin de espuma.


Eliminadores de niebla:

los elementos tipo malla son eficientes para equipos de separacin, pero nicamente cuando no se tiene partculas slidas en la corriente de gas, ya que estos provocan taponamiento en dichos internos.

Los elementos tipo vane (zigzag) son mas recomendados por el servicio requerido en la industria petrolera, sobre todo en las plantas de produccin-compresin, ya que la operacin de este tipo de plantas es continua y no es recomendable diferir la produccin.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Internos en Separadores Verticales. Ya que el gas separado no hace contacto en su recorrido por el equipo con el liquido, nicamente se recomienda el uso de dos etapas de separacin.

Primera etapa. En esta seccin es recomendable localizar un elemento centrifugo para eliminar la mayor cantidad de liquido.

Segunda y ultima etapa. En esta etapa es recomendable el uso de un interno tipo vane o eliminador de niebla, con estos internos se han obtenido buenos resultados en la eficiencia de separacin.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Separadores Verticales.

Ventajas:

Es mas fcil mantenerlos limpios por lo que se recomienda para manejar flujos de pozos con alto contenido de lodo, arena o cualquier material slido.

El control del nivel de liquido no es critico puesto que se recomienda emplear y flotador vertical, logrando que el control de nivel sea mas sensible a los cambios.

Debido a que el nivel de liquido se puede mover en forma moderada, son muy recomendables para flujos de pozos que se producen por bombeo neumtico con 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.


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, para esto, donde queda la interfase gas liquido se instalan rompedoras de espuma.

Desventajas:

No son adecuados para manejar flujos de pozos que contiene materiales slidoscomo arena o lodo pues es difcil limpiar este tipo de separadores.

El control de nivel de liquido es mas critico que en los verticales.


Separadores Esfricos

Ventajas:

Mas baratos que los horizontales o los verticales.

Mas compactos que los horizontales o los verticales por lo que se usan en plataformas costa afuera.

Son mas fciles de limpiar que los separadores verticales.

Los diferentes tamaos disponibles los hacen el tipo ms econmico para instalaciones individuales de pozos de alta presin.

Desventajas: Tienen un espacio de separacin muy limitado.SEPARACIN GAS - LQUIDO

1. Ms favorable. 2. Intermedio. 3. Menos favorable.Anlisis Comparativo Ventajas y Desventajas de Separadores

CONCEPTOHORIZONTALVERTICALESFRICOEFICIENCIA DE SEPARACIN.123ESTABILIZACIN DE FLUIDOS SEPARADOS.123ADAPTABILIDAD A VARIACIN DE CONDICIONES (CABECEO).123FLEXIBILIDAD DE OPERACIN (AJUSTE DE NIVEL DE LQUIDOS).213CAPACIDAD (MISMO DIMETRO).123COSTO POR CAPACIDAD DE UNIDAD.123MANEJO DE MATERIALES EXTRAOS.312MANEJO DE ACEITE EMULSIONADO.123USO PORTTIL.132INSTALACIN: PLANO VERTICAL. PLANO HORIZONTAL.133122FACILIDAD DE INSPECCIN.231INSPECCIN Y MANTENIMIENTO.132

SEPARACIN GAS - LQUIDOMETODOLOGA PARA EL DISEO DE SEPARADORES

SEPARACIN GAS - LQUIDOManejo de GasLas ecuaciones para determinar la Capacidad de Manejo de Gas (Qg max.) estn basadas en remover partculas de lquido de 100 micras para obtener resultados conservadores.

La Qg max. depende de:

Las condiciones de operacin (P y T)Propiedades de los fluidos Dimensiones del separadorCAPACIDADES DE SEPARACIN

SEPARACIN GAS - LQUIDOManejo de Lquido

Para determinar las Capacidades de Manejo de Lquido en Separadores Verticales y Horizontales se tomaron en cuenta los siguientes criterios:

En separadores horizontales el nivel mximo recomendado es la mitad del dimetro interior del separador, en caso de que la instrumentacin instalada este por debajo de este nivel la altura del nivel del lquido en el separador estar definida por la altura mxima del controlador de nivel (Flotador).

En separadores verticales el nivel mximo de lquido estar en funcin de la ubicacin del indicador de nivel (nivel ptico) el cual se considera el 70% del indicador del nivel ptico 2 pies por debajo de la distancia de la altura de la carga y la altura de la descarga.


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.


Para determinar Z y en base a la correlacin de

Benedict Webb-Rubin , primero se determinan las

condiciones Pseudocrticas de presin y

temperatura mediante las siguientes

ecuaciones:

Tpc = 167 + 316.67 ((rg)

Ppc = 702.5 - 50 ((rg)

Posteriormente se calculan las condiciones

Pseudoreducidas mediante las cuales por grfica

por correlacin se determina:

T + 460

Tpr = ((((((

Tpc

P

Ppr = (((

Ppc

SEPARACIN GAS - LQUIDOTr recomendado por el API 12J

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


SEPARADORES VERTICALES

Capacidad de manejo de gas:

Di 2 * 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.


Para determinar Z y en base a la correlacin de Benedict

Webb-Rubin , primero se determinan las condiciones

Pseudocrticas de presin y temperatura mediante las

siguientes ecuaciones:

Tpc = 167 + 316.67 ((rg)

Ppc = 702.5 - 50 ((rg)

Posteriormente se calculan las condiciones Pseudoreducidas

para entrar a la grfica que nos determina el factor de

compresibilidad Z:

T + 460

Tpr = ((((((

Tpc

P

Ppr = (((

Ppc


Capacidad de manejo de lquido:

Vl

Ql max. = (((

tr

Di = De 2 * e

Vl = A * hnl

( * Di2

A = ( (((( )

4

La altura mxima aprovechable del nivel de lquido

en el separador en base a la instrumentacin instalada

esta dada por:

hnl max. = (hpn - hd - e)

La altura mxima recomendada del nivel de lquido

en el separador estar dada por:

hnl = hc hd 2

SEPARACIN GAS - LQUIDOSeparadores Verticales

En separadores verticales se debe seleccionar el dimetro mnimo que satisfaga los requerimientos de capacidad del equipo para el manejo de gas.

Se puede tener una combinacin de dimetro y Longitudes del separador para diferentes tiempos de residencia.

Cualquier dimetro mayor al requerido puede ser seleccionado.DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADORES

SEPARACIN GAS - LQUIDODimetro del Separador por Capacidad de Manejo de GasPara las gotas que caen, la velocidad del gas debe ser menor que la velocidad terminal de la gota.Determinar la Velocidad del Gas Entonces si:

SEPARACIN GAS - LQUIDOEntonces:Finalmente, para gotas de lquido de 100 micras el dimetro del separador se calcula con la siguiente ecuacin:

SEPARACIN GAS - LQUIDODimetro del Separador por Capacidad de Manejo de Lquidodonde h = Altura del volumen de lquidoLuego entoncesLa longitud soldadura soldadura y relacin Lss/d se determinan de la geometra del separador una vez que el dimetro y altura del nivel de lquido son conocidos, se pueden usar las siguientes ecuaciones:

SEPARACIN GAS - LQUIDOEjemplo para el Dimensionamiento de un Separador VerticalDatos: Qg: 10 mmpcd, rg: 0.6, Z: 0.84, Qo: 2,000 bpd de 40 API, Pop.: 1,000 psia, Top.: 60 oFSolucin: 1. Calcular K

De Grafica

2. Dimensiones por Capacidad de Gas

SEPARACIN GAS - LQUIDO3.- Dimensiones por Capacidad de Lquido

4.- Realizar Matriz de Combinacin de d y h para varios tr

5.- Calcular Lss

Donde d es el dimetro mnimo por Capacidad de Gas

SEPARACIN GAS - LQUIDO6.- Calcular la relacin (12 Lss/d). Se recomienda escoger separadores con relacin en un rango de 3 a 4.

7.- Graficar los resultados y escoger un dimetro ligeramente mayor al calculado por capacidad y que se encuentre dentro de la relacin Lss/d recomendada.

Entre ms pequeo sea el dimetro nominal seleccionado con respecto 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 mayor formacin de olas, ondulaciones y re- entrada de lquido en la interfase gas-lquido.

La experiencia ha mostrado que si la capacidad de gas gobierna el diseo 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 velocidades del gas en la interfase.

La mayora de los separadores son diseados para una relacin L/D de 3 a 4.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PARA CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEOSEPARACIN GAS - LQUIDO

En separadores horizontales al tener una relacin L/D mayor disminuye el costo del separador debido a que se tendr una mayor longitud y un menor dimetro del recipiente .

En separadores verticales en donde el volumen de lquido gobierna el dimensionamiento del separador, es comn escoger relaciones de L/D no mayores de 4 para mantener la altura del lquido en la seccin de recoleccin 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 entre otros aspectos para establecer adecuadamente el tipo de internos y tiempos de residencia requeridos para el manejo de los fluidos.

Continuacin SEPARACIN GAS - LQUIDO

Esta metodologa solamente es aplicable para el diseo de separadores que tienen extractores de niebla del tipo malla de alambre y la determinaci6n de la variable del coeficiente de arrastre puede determinarse para cualquier dimetro de partcula de lquido.

Cuando se emplean otro tipo de internos como placas vane, elementos centrfugos, filtros o tubos ciclnicos las consideraciones y criterios de diseo son diferentes.

La eficiencia de estos extractores, depende de la velocidad del flujo de gas. Cuando la velocidad es baja las gotas de lquido tienden a aglomerarse entre los alambres, a velocidades altas el extractor tiende a inundarse, debido a que el lquido puede fluir haca abajo, contra el flujo del gas.Continuacin. SEPARACIN GAS - LQUIDO

CRITERIOS PARA SELECCIONAR LAS CONDICIONES DE SEPARACIN DE ACEITE Y GASSEPARACIN GAS - LQUIDO

CONDICIONES DE SEPARACINPara establecer las condiciones de separacin ms apropiadas, de acuerdo con las caractersticas de los fluidos producidos, el ingeniero de produccin tiene que considerar las 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 variables que permitir obtener la separacin requerida a un costo mnimo. Lo seleccin de las condiciones de separacin dependen, fundamentalmente, de las objetivos de produccin establecidos. SEPARACIN GAS - LQUIDO

OBJETIVOS DE PRODUCCIN

Alta eficiencia en la separacin de aceite y el gas.

Mayores ritmos de produccin.

Mayor recuperacin de hidrocarburos lquidos.

Menores costos por compresin.

Aceite y/o gas estabilizados.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Lo mayora de los yacimientos del cretcico de la Zona Sur producen aceite voltil o gas y condensado. Cuando se obtienen estos hidrocarburos, de formaciones con alta productividad, es necesario prestar especial atencin a las condiciones 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 procedimientos para dimensionar y seleccionar separadores, en funcin de los fluidos y gastos que se desean manejar. Sin embargo los criterios para establecer las condiciones de separacin, de acuerdo con los objetivos de produccin fijados, no han sido explcitamente definidos. 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 de produccin, reducir los costos por compresin, obtener aceite estabilizado, recuperar mayor cantidad de hidrocarburos lquidos, etc. OBJETIVOS DE PRODUCCIN

Alta eficiencia en la separacin de aceite y el gas.

La eficiencia de un separador depende fundamentalmente de su diseo. Las caractersticas de los fluidos y los gastos determinan el tipo y las dimensiones del separador para cada caso particular. Mayores ritmos de produccin.

Cuando las condiciones de explotacin de un yacimiento son favorables, el ritmo de produccin de sus pozos puede aumentarse reduciendo su contrapresin 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 las condiciones de produccin lo permiten.SEPARACIN GAS - LQUIDO

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 la cantidad de hidrocarburos licuables que contiene la fase gaseosa que abandona los separadores.

Para reducir al mnimo esta cantidad de lquidos es necesario generalmente realizar el proceso de separacin en varias etapas; es decir que el lquido desalojado del primer separador pase por otros que operan a presiones reducidas secuencialmente, hasta llegar al tanque de almacenamiento, donde en forma natural se efecta la ltima etapa de separacin a la temperatura y presin del medio ambiente.

En esta forma tambin se obtiene un alto grado de estatizacin del aceite y el gas separado. La cantidad de lquido recuperable en el gas, expresada en galones por millar de pies cbicos producidos (GPM), puede obtenerse simulando el proceso de separacin en el laboratorio.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Menores costos por compresin.

En la determinacin de las presiones de separacin de un sistema en etapas se puede establecer como meta esencial, la minimizacin de los costos por el equipo de compresin que se requiere para transportar el gas producido. En general los costos por este concepto resultan bastante significativos, debido esencialmente a los siguientes factores:Los volmenes de gas que se separan en las bateras de separacin son con frecuencia elevados, siendo esto especialmente vlido para bateras donde se manejan fluidos producidos de yacimientos con aceite voltil, que se caracterizan por tener relaciones gas-aceite mayores de 1200 pies3/bl.

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 propias plantas.

Por lo general la distancia entre las bateras de separacin y las Plantas Petroqumicas es considerable. Esto ocasiona que sea necesaria cierta energa adicional para enviar el gas a la planta.SEPARACIN GAS - LQUIDO

Aceite y gas estabilizados

A fin de que el aceite no experimente perdidas substanciales por evaporacin durante su almacenamiento, al ser manejado a condiciones superficiales en las refineras, o al cargar los buques para su exportacin es necesario estabilizarlo previamente.

El aceite se estabiliza ajustando su presin de vapor, de modo que sta sea menor que la atmosfrica a la temperatura mxima esperada. El grado de estabilizacin de un lquido se acostumbra expresar mediante su presin de vapor REID (PVR).

Esta presin no es la presin de vapor verdadera (PVV), que es la que ejerce sobre un lquido su vapor, en condiciones de equilibrio, a una temperatura dada.


Cont. aceite y gas estabilizadosEl aceite que sale de un separador que opera a 3.0 kg/cm2 man. y 40 C tiene una PVV de 3.0 kg/cm2 man. A 40 C. La PVR se obtiene mediante un procedimiento estndar, utilizando una botella metlica especial y se determina bajo condiciones controladas a 100 F. Debido a las caractersticas de la botella metlica que se emplea para determinar la PVR de un aceite de 100 F, sta es siempre ligeramente menor que su PVV.

Para algunos aceites negros, pero sobre todo para aceites voltiles y condensados, es recomendable el uso de equipos especiales en el campo (torres estabilizadoras o calentadores), para conseguir la PVR requerida obteniendo otras ventajas adicionales.

En algunos casos la estabilizacin de aceite, adems de reducir las prdidas por evaporacin permite incrementar la recuperacin de hidrocarburos lquidos, remover el H2S; y reducir los costos por compresin.


Un gas estabilizado no formar condensados al quedar sometido a los cambios de presin y temperatura que experimentar durante su transporte por tuberas superficiales. Los condensados se forman al disminuir la temperatura de un gas y, generalmente, a incrementarse su presin.

Por lo tanto el gas se estabiliza eliminando los componentes que pudieran llegar a condensarse al ser manejado posteriormente. En esta forma se ajusta su temperatura de roci a la presin mxima de operacin del gasoducto que lo transportara.

Si el gas no es estabilizado, el agua y los hidrocarburos condensados pueden ocasionar problemas de corrosin, baja eficiencia de flujo, represionamientos y condiciones inseguras de operacin entre otros aspectos.SEPARACIN GAS - LQUIDOCont. aceite y gas estabilizados

Optimizacin por Recuperacin de Hidrocarburos Lquidos a Condiciones de AlmacenamientoAl operar un sistema de separacin gas-aceite en etapas bajo condiciones que proporcionen la mxima recuperacin de hidrocarburos lquidos, se tienen incrementos notables en la calidad y el volumen del aceite recuperado. Tambin el gas 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 condensados en las lneas, y en caso de que sea necesario quemarlo, las prdidas econmicas sern menores al disminuir la cantidad de condensados arrastrados por la corriente de gas hacia el quemador.En una etapa de separacin, la corriente de hidrocarburos que se alimenta al separador 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 y lquido separados se pueden determinar mediante clculos de Balance de materia.


Mtodo para Optimizar la Recuperacin de Hidrocarburos LquidosEl mtodo para optimizar las presiones de operacin en un sistema de separacin 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 asignan presiones a las etapas intermedias con el fin de realizar un Balance de Materia Vapor-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 factor de 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

-Los valores mnimos de la relacin gas aceite total y la densidad del aceite a las condiciones de almacenamiento, indican que los hidrocarburos intermedios (C3 a C6), permanecen en la fase lquida, evitndose as, la prdida de los mismos en el gas separado.-El factor de volumen del aceite a la presin de saturacin, vara ligeramente en funcin de las condiciones de separacin que se tengan en la superficie. El valor mnimo de esta variable indica, que se requiere un volumen menor de aceite a las condiciones de saturacin en el yacimiento, para obtener una unidad 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 a la presin optima de operacin en dicha etapa. En la Fig. 111.21, se muestra como quedan graficadas las variables respecto a las presiones de separacin de la segunda etapa, en un sistema de tres etapas.

Mtodo para Optimizar la Recuperacin de Hidrocarburos LquidosSEPARACIN GAS - LQUIDO

Mtodo para Optimizar la Recuperacin de Hidrocarburos Lquidos


SEPARACIN GAS - LQUIDOPROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA PRESION OPTIMA DE SEPARACIN EN UN SISTEMA DE TRES ETAPAS.La presin ptima de separacin en cada etapa de un sistema de separacin en etapas, es aquella a la cual se encuentra el mximo volumen de liquido a condiciones estndar por volumen de flujo producidos del yacimiento.

Para el calculo de la presiones optimas de separacin se requieren datos de una separacin instantnea para diferentes presiones.

A continuacin se describe un mtodo sencillo para la determinacin de la presin optima de separacin en la segunda etapa, en un sistema de tres etapas.

SEPARACIN GAS - LQUIDOEn 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 la presin que se puede optimizar, es la de la segunda etapa (P2).ESQUEMA DE UN SISTEMA DE SEPARACIN EN TRES ETAPAS

SEPARACIN GAS - LQUIDOLa 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 densidad relativa mayor que 1 respecto al aire:

Donde:

SEPARACIN GAS - LQUIDOb) Para mezclas que entran al sistema de separacin con densidad relativa menor que 1 respecto al aire:Donde:En la ecuaciones (1) a (4), A, C1, C2, son funciones de la composicin de los fluidos que estn al sistema; y P1 y P2 son presiones absolutas en lb/pulg2.La constante A se determina mediante figura utilizando la densidad relativa de la mezcla que entra al sistema de separacin y el porciento molar de metano, etano y propano en mezcla.Esta correlacin da resultados con un error medio de 5%.

SEPARACIN GAS - LQUIDOEjemplo de Aplicacin:Determinar la presin ptima de separacin en la segunda etapa en un sistema de 3 etapas.Datos: Presin de separacin en la primera etapa, P1=800 lb/pulg2 abs.Fraccin Molar0.400.100.150.150.100.050.051.006.4043.0076.6138.7187.2154.3096.55042.816Fraccin Molar X Peso Molecular 16.0130.0744.0958.1272.1586.17131.00C1C2C3C4C5C6C7

ComponentePeso Molecular (tablas)Composicin de la Mezcla

SEPARACIN GAS - LQUIDODonde:Densidad relativa de la mezcla Como la densidad relativa de la mezcla es mayor que 1, se utiliza la ecuacin (1).

De la figura A = 0.45, por lo tanto:y:Que es la presin ptima en la segunda etapa

Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas SeparadoEn general los costos para manejar el gas separado, resultan bastante significativos debido a los siguientes factores:- Los volmenes de gas que se separan en la central de recoleccin (Batera de Separacin), son con frecuencia elevados, siendo esto ms notable en las bateras donde se maneja aceite voltil, el cual se caracteriza por tener relaciones gas aceite mayores de 1,000 pie3/bl.- Es frecuente que la presin con la que debe llegar el gas a las plantas de tratamiento (Petroqumicas) es del orden de 1,000 lb/pg2, por especificaciones del diseo de las propias plantas.- Generalmente las distancias entre las bateras de separacin y las plantas de tratamiento son considerables, esto ocasiona la necesidad de cierta energa adicional para transportar el gas a la planta.


Cont. Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas SeparadoPor lo anterior, las presiones de separacin de un sistema en etapas deben optimizarse a fin de minimizar la potencia de compresin requerida para transportar el gas separado. Con tal objetivo, se propuso el mtodo que a continuacin se describe.En la aplicacin del mtodo es necesario disponer previamente de los siguientes datos:1) El numero de etapas de separacin2) Las temperaturas de cada etapa3) La composicin de la corriente que se alimenta al sistema.4) La presin de envo a la planta de tratamiento del gas ( Presin de descarga de las compresoras)SEPARACIN GAS - LQUIDO

Procedimiento de Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas SeparadoEl procedimiento utilizado es iterativo y en cada iteracin se asignan valores de presin a cada una de las etapas intermedias, obtenindose el volumen de gas separado y la potencia necesaria para comprimir el gas y poder enviarlo a la planta de tratamiento.

Las presiones en la primera y la ltima etapa por lo general, permanecen fijas, ya que la presin en la primera etapa ser la de envo a la planta de tratamiento o a la que llegue la corriente de hidrocarburos a la batera de separacin; para la ltima etapa la presin ser la del tanque de almacenamiento, la cual equivale prcticamente a la especificada por las condiciones estndar. El proceso se repite para todos los posibles valores de presin en cada etapa, hasta encontrar aquellos con los que se obtenga la mnima potencia.


El gasto de gas liberado en la etapa j, se determina por la siguiente ecuacin:

donde:qgj , gasto de gas liberado en la etapa j, en millones de pie cbico por da a las c.s.RGAj , relacin gas-aceite en la etapa j, pie3/bl qo, gasto de aceite de alimentacin al sistema, en bl/da a las c.s.

Procedimiento de Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas SeparadoSEPARACIN GAS - LQUIDO

Cont. Procedimiento de Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas SeparadoLa potencia terica para incrementar la presin del gas separado en cada etapa, se calcula mediante la siguiente expresin:

Donde:PTj : Potencia terica, en caballos de fuerza (HP). Nc : Nmero de pasos de compresinRc : Relacin de compresin, Pd/Psk : Relacin de calores especficos, Cp/Cvqgj : Gasto de gas liberado en la etapa j, en millones de pie cbico por da a las c.s.


La presin de descarga de las compresoras (Pd) corresponde a la presin de envo, mientras que la presin de succin (Ps) , corresponde a la de separacin. La relacin de compresin (Rc) , que se define como la presin de descarga entre la de succin (Pd/Ps) , se recomienda que su valor sea menor de cuatro.Esta limitacin es debida a que, al aumentar la relacin de compresin, disminuye la eficiencia mecnica de las compresoras y se incrementan los esfuerzos a que se somete el equipo. Cuando el valor de la relacin de compresin resulte mayor de cuatro, el proceso de compresin debe realizarse en varios pasos o etapas. Para calcular el nmero de pasos de compresin se utiliza la siguiente ecuacin:

Donde:Rc : Relacin de compresin; debe ser menor que cuatro.Pd : Presin de envo a la planta de tratamiento, en lb/pg2 absoluta.Ps : Presin de separacin, lb/pg2, absoluta.Nc : Nmero de pasos de compresin.

Cont. Procedimiento de Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas Separado

Cont. Procedimiento de Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas SeparadoLa relacin de calores especficos (k), se ha determinado para hidrocarburos gaseosos de diferentes pesos moleculares a la temperatura de 1500F, y se obtiene con la siguiente expresin:

Donde:k , relacin de calores especficos medidos a 1500FPMg, peso molecular del gas

Cont. Procedimiento de Optimizacin por Requerimientos de Potencia para Transportar el Gas SeparadoLa potencia real requerida por etapa, se calcula dividiendo la potencia terica (PT) entre la eficiencia de compresin ( Ec. ) . Este ltimo valor se obtiene mediante una correlacin emprica que esta en funcin de la relacin de compresin y es:

Donde:Ec, eficiencia de compresinRc , relacin de compresin

Por lo tanto la potencia real de compresin es:

Donde:PRj , potencia real en la etapa j, (HP)PTj , potencia terica en la etapa j, (HP)

Una vez calculada la potencia real requerida para transportar el gas separado en cada etapa del sistema se suman para obtener la potencia real total, la cual se grafica respecto a las presiones asignadas a cada etapa. Cuando la potencia alcance su valor mnimo, las presiones en cada etapa sern las optimas para minimizar los costos por compresin del gas separado en el sistema.

En la Figura se muestra una grfica, de la potencia real total contra la presin de separacin en la segunda etapa, para un sistema de tres etapas.


Por las caractersticas de los mtodos descritos para optimizar las presiones de operacin de un sistema en etapas, ya sea por recuperacin de hidrocarburos lquidos o por requerimientos de compresin, se puede observar que estos procedimientos tambin permiten establecer el nmero ms adecuado de etapas de separacin realizando un anlisis de tipo econmico.


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