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CONSTRUCCIN DE ESTACIN DE FLUJO V-8

MEMORIA DE CLCULO DE EQUIPOS DE PROCESO

REV FECHA DESCRIPCION ELABORADOPOR

REVISADOPOR

APROBADOPOR

FIRMA DEAPROBACION

0 Jul. 12 Emisin OriginalD. DelgadoA. Romero

J. Molina J. Castro

GERENCIA DE INGENIERA Y PROYECTOS DEINFRAESTRUCTURA

AA170800-EF0D3-PD01001

ALIANZA TECNOESPECIALISTASY SERVICIOS 2021

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MEMORIA DE CLCULO DE EQUIPOS DEPROCESO

TABLA DE CONTENIDO

GERENCIA DE INGENIERIA Y PROYECTOSDE INFRAESTRUCTURA

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ALIANZA TECNOESPECIALISTAS YSERVICIOS 2021

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1. OBJETIVO

Presentar la memoria de clculo para el diseo de los separadores de produccin,separadores de medida, depuradores, calentadores, bombas, tanques y enfriadores,requeridos para el procesamiento del crudo y gas producido de la Unidad deProduccin Tierra Este Pesado, que sern instalados en la nueva Estacin de Flujo V-8como parte de la Ingeniera Bsica del Proyecto Construccin de Estacin de FlujoV-8.

2. ALCANCE

El presente documento comprende desde el objetivo, el alcance, los datos del proceso, laspremisas de clculo, la metodologa utilizada, las normas y ecuaciones aplicadas; hastalos resultados tabulados, del dimensionamiento de los equipos de proceso, realizada por

la disciplina de procesos, para el proyecto Construccin de Estacin de Flujo V-8.

3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

RENGLN DESCRIPCIN CDIGO DEL DOCUMENTO

1 Bases y Criterios de Diseo AA170800-EF0D3-GD11000

4. BASES Y PREMISAS DEL DISEO

Los flujos de operacin de crudo, agua y gas son mostrados en la tablasiguiente:

Tabla No .1 Flujos de Operacin Crudo y Gas

FLUJO DE CRUDO (MBPD) 16

GAS EXPORTADO (MMPCED) 2,64

GAS DE PRODUCCIN (MMPCED) 0,96

GAS TOTAL (MMPCED) 3,5

AGUA Y SEDIMENTOS (%) 40

Las caractersticas del crudo y del gas son las mostradas en las tablas No. 2 y 3respectivamente y fueron suministradas por PDVSA.




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Tabla No. 2 Caractersticas del Crudo

InstalacinGravedad

API

Gravedad

Especfica

Viscosidad

(cP @ 180 F)

Viscosidad

(cP @ 212 F)

Viscosidad

(cP @ 275 F)

EF V-8 11,3 0,9987 226,2 100,9 33,4

Tabla No. 3 Caractersticas del Gas

Instalacin Gravedad EspecficaViscosidad

(cP @ 60 F)

Densidad

(lbm/pie3)

EF V-8 0,70 0,011 0,20

Las condiciones de operacin de la Estacin de Flujo V-8 se muestran acontinuacin:

Tabla No. 4 Condiciones de Operacin

Variables delProceso

Mxima Promedio Mnima

Presin (psig) 60 50 35

Temperatura (F) 190 100 95

Para el dimensionamiento de los equipos y accesorios de procesos seemplearn hojas de clculos en Microsoft Excel desarrolladas en ambienteMicrosoft Windows Office XP, de acuerdo a las ecuaciones que corresponden alas sugeridas en las normas y prcticas recomendadas y a los criterios dediseo del presente documento.

5. CODIGOS, NORMAS Y ESPECIFICACIONES

Para el Clculo de los equipos de proceso se emplearn las siguientes normas:Tabla No. 5 Cdigos y Normas aplicables




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CODIGO DESCRIPCIN

AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API)




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CODIGO DESCRIPCIN

STD 674 Positive Displacement Pumps Reciprocating

STD 650 Welded steel tanks for oil storageSTD 660 Shell and tube heat exchangers for general refinery services

STD 661 Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery Service

THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS (ASME)

B16.5 Pipe Flanges & Flanged Fittings NPS through 24

B.31.3 Process Piping

B16.9 Factory-Made Wrought Steel Buttwelding Fitting

B16.21 Non Metallic Flat Gasket for pipe Flanges

B16.25 Butt Welding EndsSECT VIII DIV. 1 Rules for construction of pressure vessels

PDVSA

MDP-01-DP-01 Temperatura y Presin de Diseo

MDP-03-S-03 Separadores Lquido-Vapor

90616.1.027 Separadores Lquido Vapor

D-211 Pressure Vessel Desing and Fabrication Specification

MDP-02-P-05 Tipos de BombasMDP-02-P-08 Bombas de Desplazamiento Positivo

L-TP 1.5 Clculo hidrulico de tubera

MPD-02-P-02 Principios bsicos

MPD-02-P-04 NPSH

MPD-02-P-06 Clculos en servicios de bombeo

MPD-02-FF-03 Flujo en fase lquida

MPD-02-FF-04 Flujo en fase gaseosa

GA-201 Centrifugal pumps




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CODIGO DESCRIPCIN

GA-202 Bombas de Desplazamiento Positivo

H -221 Materiales para Tuberas

EC-201 Air Cooled Heat Exchangers

O - 201 Seleccin y especificaciones de aplicacin de sistemas protectivos de pintura

MDP-05-E-01 Principios Bsicos

MDP-05-E-02 Intercambiadores de Tubo y Carcasa

90617.1.041 Intercambiadores de Calor Carcasa y Tubos

EA-201-PR Shell and tube heat exchange equipment

6. CRITERIOS DE DISEO

6.1. Criterio general

El factor de sobre diseo recomendado para todas las facilidades (equipos y tuberas)

dimensionadas en este proyecto, salvo que se indique lo contrario, ser del 10% sobrela base de flujo establecida.

6.2. Separadores y depuradores

Las condiciones de Presin y Temperatura de Diseo requeridas serndeterminada de acuerdo a la norma MDP-01-DP-01, la cual establece:

La presin de diseo para recipientes conteniendo vapor-lquido (no llenos delquido) ser determinada considerando los siguientes valores de la presin deoperacin mxima (POM):

Tabla No. 6 Presin de operacin mxima




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PRESIN DE OPERACIN MXIMA(POM)

PRESIN DE DISEO

Menor a 247 psig POM + 25 psig

Entre 247 y 580 psig 1,1 x POM

Entre 580 y 1160 psig POM + 58 psig

Sobre 1160 psig 1,05 x POM

Para recipientes llenos de lquido, se debe considerar una presin adicionaldebido al cabezal esttico causado por el contenido normal de lquido.

La presin de operacin mxima debe estar al menos 5% sobre la presin deoperacin normal.

La presin de operacin mxima (POM) suministrada por PDVSA es de 60 psig,por lo que la Presin de Diseo ser de 85 psig.

La temperatura de diseo utilizada para el diseo mecnico de equipos ytuberas as como para la seleccin de materiales, debe ser al menos 10C(50F) superior a la temperatura de operacin mxima. La temperatura de

operacin mxima suministrada por PDVSA es de 190F, por lo que laTemperatura de Diseo ser igual a 240 F.

Relacin L/D

Segn norma PDVSA 90616.1.027 Separadores Liquido Vapor (Rev. 1 Mayo91, pgina 8 de17), una relacin L/D entre 2,5 y 6 se considera satisfactoria.

Factor K (Constante Souders Brown)

Los valores de K para el diseo de recipientes verticales estn dados segnnorma PDVSA 90616.1.027 (Rev. 1 Mayo 91, pgina 5 de 18) SeparadoresLquido Vapor:

Wl / Wg < 0,1 K = 0,350,1 < Wl / Wg < 1,0 K = 0,25Wl / Wg > 1,0 K = 0,20

Donde:




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Wl: Velocidad msica de lquido, lb/s

Wg: Velocidad msica de gas, lb/s

Niveles / Alturas, Tiempos de Residencia

Proveer tiempo de retencin de cinco (05) minutos para petrleos crudos quesean considerados espumosos y/o gravedades API por debajo de 25API. Nodeben usarse separadores verticales para servicios con espumeo severo (segnnorma PDVSA 90616.1.027 Separadores Liquido Vapor).

Sin embargo, para el clculo de las alturas, se utiliz un tiempo de respuestaentre los dos (2) min y cinco (5) min, entre ambos niveles y de esta manera

lograr una relacin de L/D que se encuentre en el rango recomendado. La norma MDP-03-S-03 Separadores Liquido-Vapor, indica que en los

recipientes de verticales, la distancia mnima entre la lnea de centro de laboquilla de entrada y el nivel alto - alto de lquido debe ser adecuada paraminimizar o prevenir el arrastre de lquidos. Se recomienda que esta distanciasea igual al dimetro nominal de dicha boquilla. En el caso de entrada tangencialhorizontal, usar un mnimo de 1200 mm (aprox. 4 pies), entre la boquilla deentrada y la lnea tangente superior.

Las dimensiones de los equipos (longitudes y dimetros) deben ajustarse paraproducir tamaos que coincidan con los diseos estndar de los suplidores.

Boquillas

Se estiman los tamaos de las boquillas de proceso de acuerdo a las siguientesrecomendaciones (segn PDVSA MDP03S03 Separadores Lquido Vapor):

Tabla No. 7 Tamaos de Boquillas

Descripcin del casoVmx (pie/s)

Alimentacin bifsica recipientes con

malla mezcla

60

Alimentacin bifsica recipientes sinmalla l

45




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Descripcin del casoVmx (pie/s)

Alimentacin lquida 10

Salida de gasgas

60 13 psia al nivel del mar. Por cada 3280 pies deelevacin sobre el nivel del mar, puede reducirse este valor en 1,6 psi.

La presin de diseo de los tanques atmosfricos, no deber ser mayor a 2 psig.

Los tanques deben ser diseados para una gravedad especfica de 1,0.

Las boquillas deben ser diseadas para coincidir con el dimetro de la tuberaconexa.

Para almacenamiento atmosfrico, los tanques deben disearse para la

temperatura de operacin ms 50 F.

La capacidad nominal es 1,1 veces la capacidad neta.




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Las conexiones de drenaje deben cumplir con la norma API 650, figura 3.16 ytabla 3.18. Para tanques de dimetro 6 m o menor no se requiere la instalacinde sumideros.

Tabla No. 8 Drenajes de Tanques Atmosfricos

DIMETRO DELTANQUE

BOQUILLA DESALIDA

DEL AGUA (waterdrawoff)

Menor a 50 pies 3

50 a 100 pies 4

100 a 150 pies 2 x 4

150 a 200 pies 3 x 4

Mayor a 200 pies 4 x 4

Para el clculo de los niveles en los tanques, deben cumplirse las siguientescriterios:

Nivel bajo-bajo de lquido: 9 pulgadas.

Nivel bajo de lquido: mnimo el equivalente al 1% del volumen del tanque.

De ser muy bajo este valor se modificar sumando al dimetro de laboquilla de salida de lquido la altura desde la boquilla de salida de lquidodel tanque hasta el eje de la bomba.

Nivel alto de lquido: dado por el tiempo requerido de almacenamientodesde el nivel bajo de lquido.

Nivel alto-alto de lquido: dado por 15 minutos de flujo de la bomba de

descarga de producto antes de llegar a la tangente superior.6.4. Calentadores de produccin




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El diseo completo de calentadores de produccin es una funcin de lossuplidores reconocidos de hornos, los cuales entregarn garantas defuncionamiento de dichos equipos.

El calentamiento del crudo de produccin en los calentadores (F 401 A/B/C),es por una combinacin de transferencia de calor por radiacin y porconveccin.

El patrn usual de flujo del crudo de produccin, en el proceso, es encontracorriente con el de los gases de combustin, es decir, el crudo pasaprimero a travs de la seccin de conveccin y luego a travs de la seccin deradiacin del horno, mientras que los gases de combustin van en direccinopuesta.

El calor absorbido (Heat Duty), es el calor total aprovechado por el crudo de

produccin, expresado usualmente MW (BTU/h). El calor generado, se definecomo el calor total liberado en el horno y es igual al combustible totalmultiplicado por el poder calorfico inferior (PCI) del combustible. Este calor esexpresado usualmente en MW/h (BTU/h).

El flujo msico, las propiedades fsicas de los fluidos y las temperaturas dediseo son las que se especifican en el documento AA170800-EF0D3-PD09000Balance de Masa y Energa. (Ver tabla 9)

Tabla No. 9 Crudo de Produccin

Flujo Msico

(lbm/h) Total

2

Flujo Msico(lbm/h) porcalentador (F-401 A/B/C)

7

Temperaturade Entrada(F)

9

Temperaturade Salida (F)

1

Densidad

(lbm/pie3) a 99F

6

Viscosidad(cP) a 99 F

2




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Cp (BTU/ lbmF)

1

Los equipos sern diseados para la condicin ms severa de presin ytemperatura coincidentes esperadas en la operacin normal del equipo. (UG-21Desing Pressure) ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Sec. VIII, Div. 1.

La presin de operacin mxima (POM) suministrada por PDVSA es de 60 psig,por lo que la Presin de Diseo ser de 85 psig.

La temperatura de diseo utilizada para el diseo mecnico de equipos ytuberas as como para la seleccin de materiales, debe ser al menos 10C(50F) superior a la temperatura de operacin mxima. La temperatura deoperacin mxima es de 190 F, por lo que la temperatura de diseo ser igual a240 F.

El vendedor/fabricante de los calentadores, suministrar tanto el diseomecnico como el trmico del calentador.

En la especificacin del calor requerido del equipo, slo son dados losrequerimientos de servicio tales como carga calorfica y condiciones de entraday salida.

6.5. Enfriadores de tiro forzado

Se emplearn los enfriadores por aire (E 801 A/B), para disminuir latemperatura de la corriente de gas de alimentacin a separador de produccin

V-302, cuando ocurra el proceso de calentamiento y luego separacin de crudo. Se calcular el coeficiente global de transferencia de calor, necesario para

enfriar la corriente de gas proveniente de los separadores de produccin V-201A/B/C, hasta 110 F, considerando la mxima temperatura ambiente.

En un enfriador por aire el fluido a ser enfriado fluye por el interior de un haz detubos aleteados, mientras que el aire fluye sobre la superficie exterior de lostubos con un patrn de flujo transversal (en contracorriente).

Los enfriadores por aire seleccionados sern de tiro tipo forzado, de esta formael requerimiento de potencia de los motores de los ventiladores ser menor, losequipos mecnicos estarn ms accesibles para mantenimiento y quedarn

menos expuestos al aire caliente.

La temperatura promedio mxima del aire en la zona es 86 F (30C). Segn lanorma PDVSA MDP-05-E-03 PROCEDIMIENTOS DE DISEO PARAENFRIADORES POR AIRE, para el diseo de enfriadores por aire la




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temperatura del aire de entrada debe ser estimada aadiendo 10 F a latemperatura mxima promedio. En este sentido se fij la temperatura de entradadel aire en 96 F. Segn la norma PDVSA MDP-05-E-01

INTERCAMBIADORES DE CALOR. PRINCIPIOS BSICOS, la cada depresin tpica mxima para enfriadores por aire es de 5 a 10 psi, estableciendocomo criterio para su diseo 5 psi.

Segn la norma PDVSA MDP-05-E-03 PROCEDIMIENTOS DE DISEO PARAENFRIADORES POR AIRE, para aumentar el rea de transferencia en este tipode intercambiadores los tubos contienen aletas. Por lo tanto para el diseodebern considerarse aletas de 5/8 pulg de altura y 1/10 de pulgada deespesor, para un promedio de 10 aletas por pulgada de longitud de tubo.

La presin de aire de entrada es de 0 psig.

Los enfriadores E-801 A/B estarn dispuestos en dos (02) haces tubulares,compartiendo el mismo ventilador.

Los enfriadores por aire se instalarn elevados para garantizar la entrada de airenecesaria.

Se establece una diferencia de temperatura entre la corriente fra y la corrientecaliente de 10 F (Aproximacin de Temperaturas).

En general, todos los enfriadores por aire sern diseados para un 20% adicionalen rea de transferencia, flujos, carga trmica, entre otros, sobre la base de lasimulacin.

La mxima prdida de presin permitida ser entre 0,34 barg 0,69 barg (5 - 10psig).

Longitud de tubo ser entre 1,82 metros y 12,19 metros (6 pies y 40 pies).

El mnimo dimetro de tubo ser de 25,4 mm (1 pulgada).

El mnimo espesor de pared ser 2,76 mm (0,109 pulgadas) (B.W.G 12) paratubos de acero al carbono.

El arreglo de los tubos ser triangular.

Tubos con aletas sern instalados para enfriadores por aire con temperaturas dediseo menores o iguales a 204,4 C (400 F). Para temperaturas mayores seestablecen tubos desnudos.

El nmero de aletas se establece en 10 aletas/pulgada.

La altura de aleta se establece en 16 mm (5/8 de pulgada).




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El accionamiento motor ventilador ser por correas.

La eficiencia de los motores se establece en 85%.

El mximo dimetro del ventilador se establece en 4,8 metros (15,75 pies). La velocidad bsica del aire a travs del banco de tubos se establece entre

12.700 y 13.680 kg/h m2 (2600 a 2800 lb/h-pie2)

Se instalarn interruptores de vibracin para parada de emergencia en todos losventiladores.

Todas las bahas tendrn vlvulas de bloqueo.

Se instalarn termopozos en todas las boquillas de entrada y salida.

6.6. Bombas de produccin

En la norma MDP-02-P-05 Tipos de Bombas, se indican las prcticas tpicasrecomendadas para la seleccin del tipo de bomba, en la siguiente tabla se resumen lainformacin.

Tabla N 10 Sensibilidad a la Viscosidad cinemtica en la Seleccin del Tipo de Bomba

Viscosidad(mm2/s)

ViscosidadSSU

APLICACIN

110-220 500-1000

Las bombas de desplazamiento positivo son casi

siempre usadas si la viscosidad esperada excedeeste nivel.

220650 10003000Se prefiere la rotativa si la viscosidad estusualmente en este rango; si la viscosidad raravez es tan alta como esta se prefiere la centrfuga.

650 3000No se deben especificar bombas centrfugascuando se espera que la viscosidad llegue a estenivel.

En esa misma norma se establece que las bombas de tipo reciprocante sonespecificadas en circunstancias como fluidos de alta viscosidad.

La viscosidad del fluido es 226,2 cP 230,11 Cs = 1.066 SSU

De acuerdo a la variable viscosidad, la seleccin ms adecuada es la bombareciprocante.




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Presin

La bomba seleccionada deber ser capaz de transferir el crudo desde los tanques decompensacin T-501A/B y T-502A/B de la estacin, hasta la interconexin con el

oleoducto que transportar el crudo hasta el patio de tanques Lagunillas Sur.La presin establecida a la descarga de las bombas ser de 375 psig, para cumplir conlos parmetros mnimos de velocidad en tuberas para lquidos (Ver documento

AA170800-EF0D3-PD04000. Evaluacin Hidrulica).

Temperatura de operacin

La bomba seleccionada deber ser capaz de operar a la mxima temperatura detransferencia del crudo, estimada en 180 F.

Caudal manejado por las bombas

En conformidad a lo establecido por PDVSA, se estima un caudal de 16,25 MBBPDpara la nueva produccin, sin embargo, se estipula una filosofa de operacin de n-1,esto quiere decir que tres de las cuatro bombas que conforman el sistema, debernestar en capacidad de manejar el caudal total indicado inicialmente; por tanto, sedeber adecuar el estndar de las bombas, de manera tal, que cumpla con esterequerimiento. Considerando esto, el caudal para el clculo ser de 6 MBBPD (175GPM).

Eficiencia de las bombas

Se considerar una Eficiencia Mecnica de 85 %, y deber ser verificada por elfabricante.

Caractersticas del crudoGravedad Especfica: 0,998

Grado API: 11,3

6.7. Bombas de condensado

Las condiciones de operacin tales como: presiones, temperaturas y caudales, han sidotomado del Diagrama de Flujo de Procesos. (Ver documento AA170800-EF0D3-PP01001).

Los criterios y premisas de diseo se enumeran a continuacin:

El arreglo de las bombas del sistema de condensado (P - 701 A/B), van a estar unaen operacin y la otra de respaldo, con una capacidad cada una de 100 GPM.

La eficiencia de las bombas ser de 85%.

Las bombas de condensado (P - 701 A/B), tienen la funcin de enviar las aguas




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aceitosas del despojador de lquidos (V - 701), hasta el tanque de medida (T-502 A)

7. ECUACIONES APLICADAS

7.1Separadores y Depuradores

Mediante el sistema de ecuaciones descritas en las normas de PDVSA MDP-03-S03 y 90616.1.027 Separadores Lquido - Vapor, se realizaron los clculosrespectivos para determinar el dimensionamiento de los separadores deproduccin, medida y depuradores. La metodologa utilizada en la hoja anexa aeste documento, emplea las siguientes ecuaciones:

Clculo de la Velocidad Crtica (Vc): la norma MDP-03-S-03 Separadores Lquido Vapor asegura que la velocidad superficial del vapor a travs del separador

sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre excesivo de lquido. Lamisma se calcula de acuerdo a la siguiente ecuacin:

G

GL

cFV

= 21 Ec. 1

Donde:

Vc = Velocidad Crtica (pie/s)L = Densidad del Crudo (lb / pie3)G = Densidad del Gas (lb / pie3)

F21 =Factor que depende de las unidades utilizadas (0,157 para unidadesinglesas)

El rea de seccin transversal para el flujo de gas es:

V

V

VV

QA = Ec. 2

Donde:

Av= rea de seccin Transversal para el flujo de vapor (pie 2)Q

v= Flujo de descarga de vapor (pie3

/s)Vv= Velocidad de vapor permitida en el recipiente (pie/s)

Clculo de la Carga Lquida de Alimentacin:




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Se procede a corroborar la Velocidad Permisible del Gas, para ello se debecalcular la Carga Lquida de la Alimentacin, de acuerdo a la ecuacin:

ltransversa

liq

L A

FC = Ec. 3

Donde:

CL = Carga de Lquido (gal/h.pie2)

LiqF = Flujo de Lquido (gal/h)

TransversalA = rea Transversal de Flujo (pie2)

Clculo de la Velocidad Permisible del Gas (VG): De la norma MDP-03-S-03Separadores Liquido-Vapor, se establece que la velocidad permisible del gas

ser un porcentaje de la velocidad crtica de acuerdo a lo indicado en la tabla 1de la norma y como para este servicio se considera 1 % de arrastre de lquido serecomienda el uso de malla con 0,5 pie de espesor.

Para definir la velocidad permisible del gas en funcin de la carga lquida seutilizarn las siguientes ecuaciones:

Donde:

CL = Carga Lquida (gal/h.pie2)

VG = Velocidad Permisible del Gas (pie/s)

VC = Velocidad crtica al caudal normal de flujo de gas (pie/s)

Mximo Flujo de Gas manejado por el Separador: se calcula en funcin del rea

transversal de flujo y la velocidad permisible del gas.

=GAS G G

Q A x V Ec. 5




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CL < 30 G CV = 150% V

30 < CL < 60 G CV = 120% V

CL > 60 G CV = 100% V

Ec. 4

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Donde:

QGAS = Flujo de descarga de gas (pie3/s)A

G = rea de seccin transversal para el flujo de vapor (pie

2

)Vv = Velocidad de vapor permitida en el recipiente (pie/s)

Clculo del rea de Flujo de Vapor:

p

tV

QA = Ec. 6

Donde:At = rea de Seccin Transversal para el flujo de Vapor (pie 2)Q = Flujo de Descarga del Vapor (pie3/s)Vp = Velocidad del Vapor Permisible en el recipiente (pie/s)

Este valor correspondera al rea transversal necesaria para manejar el flujo delos equipos.

Clculo del dimetro para el Flujo de Vapor:

vxAFD4

24=

Ec. 7

Donde:D = Dimetro del Recipiente (pie)

24F = Factor que depende de las unidades utilizadas (1 para unidades inglesas)At = rea Transversal de Flujo (pie2)

Tiempo y Altura de Retencin:

De acuerdo a la norma PDVSA MDP03S03 Separadores Liquido-Vapor, seselecciona el tiempo de retencin de operacin.

Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la IndustriaPetrolera, Petroqumica y Carbonfera Nacional (IPPCN), es difcil establecer uncriterio uniforme acerca de cul es el tiempo promedio de respuesta deloperador; sin embargo, se usar, como criterio general, que el tiempo derespuesta de un operador es de cinco (5) minutos: esto significa que el tiempo




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de retencin de lquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL), ser de cinco(5) minutos. El volumen retenido en ese tiempo se calcula de acuerdo a lasexpresiones:

Vcontrol = QLiq x Tcontrol Ec. 8

Vcontrol = QLiq x Tseguridad Ec. 9Donde:

Vcontrol = Volumen retenido (pie3)QLiq = Caudal de Lquido (pie3/s)Tcontrol = Tiempo de control (s)Tseguridad = Tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (s)

Las alturas de retencin estn dadas por:

hcontrol = Vcontrol / At Ec. 10hseguridad = Vcontrol / At Ec. 11h(NBBL-NAAL)= hcontrol + hseguridad Ec. 12

Donde:

hcontrol = altura de retencin (pie)hseguridad = altura de alarma (pie)

Vcontrol = Volumen retenido (pie

3

)At = rea Transversal de Flujo (pie2)

Clculo de la Longitud Efectiva de Separacin del Tambor:

La longitud efectiva de separacin del tambor est dada por la suma de lasdistancias:

Lefectiva= hNAAL-NBBL + h(NBB-Tangente) + h(NAA-Entrada) + h(ent-Tangsu)+ dp Ec. 13

Donde:

Efectiva

L

= Longitud efectiva (pie)( )NAAL NBBL

h = Longitud entre el nivel Alto-Alto y el nivel Bajo-Bajo= Longitud de

Control+Longitud de Emergencia

NBB Tangenteh = Altura entre el Nivel Bajo-Bajo y la tangente inferior del tambor (pie)




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NAA Entradah

= Altura entre el Nivel Alto-Alto y la boquilla de entrada (pie)

Ent Tangsuh =Altura entre la boquilla de entrada y la tangente superior del tambor

(pie)dp = Dimetro de la boquilla de entrada (pie)

7.2Tanques

Capacidad volumtrica de Tanques

V = x r2 x h Ec.14

Donde:

V = Volumen del Tanque (m3) = Constante (3,14)r = Radio (m)h = Altura del Tanque (m)

7.3Calentadores de produccin

Se determinaron los pararamentos para su especificacin mediante la herramientaHYSYS V-3.2 dadas las condiciones de entrada y salida del fluido segn documento(AA3050800-EF0C3-GD08001- Informe conceptual) se determin la carga calorficarequerida para los calentadores F-401A/B/C.

7.4Enfriadores de tiro forzado

Calculo de Coeficiente de Transferencia de Calor Global (Ux)

1/Ux = ((1/ht) x (Ax/Ai)) + (rdt x (Ax/Ai)) + rmx + (1/ha) Ec.15

Donde:

Ux =Coeficiente de Transferencia de Calor Global (BTU/h x pie2x F)ht =Coeficiente de pelcula, lado tubo (BTU / (h x pie2x F)

Ax =Superficie externa extendida del tubo (pie

2

)Ai = Superficie interna del tubo (pie2)rdt =Factor de ensuciamiento del tubo (h x pie2x F / BTU)

rmx =Coeficiente de resistencia trmica metal del tubo(BTU / (h x pie2x F)ha =Coeficiente de pelcula externa aire(Btu / (h x pie2x F)




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Calor Transferido

Q = (Ux) x (Ax) x CMTD Ec.16

Donde:

Q =Calor Transferido (BTU / h)

Ux =Coeficiente de Transferencia de Calor Global (BTU / (h x pie2x F)Ax =Superficie externa extendida del tubo (pie2)CMTD =Temperatura Media Logartmica Corregida (F)

Calculo diferencia de temperatura aproximada al aire:

ta = ((Ux + 1) / 10) x ((T1 +T2) / 2) t1) Ec. 17

Donde:

ta = Diferencial de temperatura del aire (F)xU = Coeficiente de transferencia de calor (BTU/h.pie

2.F)T1: = Temperatura de entrada lado tubo (F)

T2: = Temperatura de salida lado tubo (F)

t1 = Temperatura del aire (F)

Clculo temperatura media logartmica corregida (CMTD):

CMDT = (GTDD LTDD) / ln (GTDD/LTDD) Ec. 18t)(tTGTDD 11 += Ec. 19

12 tTLTDD = Ec. 20

Donde:CMDT = Temperatura Media Logartmica Corregida (F)GTDD = Diferencia de Temperatura Mayor (F)LTDD = Diferencia de Temperatura Menor (F)t = Difencial de temperatura (F)

T1 = Temperatura de entrada (F)T2 =Temperatura de salida (F)t1 =Temperatura de entrada del aire (F)

Requerimiento del aire




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))((Ax

CMTDU

Q

x

= Ec.24

Donde:

xA = Superficie externa extendida (pie2)

xU = Coeficiente de transferencia de calor (BTU/h.pie2.F)Q = Calor (BTU/h)CMDT=Temperatura Media Logartmica Corregida (F)

Calculo de factor de correccin Fa

APSF

Ax=aF Ec.25

Donde:

aF =Factor de CorreccinAPSF =rea extendida del tubo (externa) (pie2 / pie2 de haz de tubos)

Calculo de W

L

FW a= Ec.26

Donde:

W = Flujo de masa (lbm/h)a

F = Factor de CorreccinL = Longitud del Tubo (pie)

Calculo de nmeros de tubos

))((N t

LAFP

Ax= Ec.27

Donde:

tN = Numero de tubos

xA =Superficie externa extendida (pie2)




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AFP= rea de transferencia del tubo por pie lineal (pie2/pie)L =Longitud del tubo (pie)

Calculo de coeficiente de pelcula de los tubos

1310.Ck

p

fig

k

Ec.28

Donde:k= Conductividad trmica (BTU/(h.pie3.F)/pie))

i

tD

kJk

h

3/1

pC

= Ec.29

Donde:k = Conductividad trmica (BTU/(h.pie3.F)/pie))J =Factor de correccin

Cp = Calor especfico =Viscocidad (cP)Di = Dimetro interno del Tubo (pulg)

=Correccin del gradiente de viscosidad

Calculo de cantidad de aire

at

Q

=24,0

Wa Ec. 30

Donde:

aW = Flujo de masa aire (lbm/h)Q =Calor (BTU/h)

at =Diferencial de temperatura del aire (F)

Para el dimensionamiento del ventilador:

Pies cbicos por minuto actuales de aire

min)/(pieairede,)0749,0)(60)((

ACFM3flujo

D

W

R

a= Ec. 31

Donde:




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ACFM = Pie cbicos por minuto actuales de aire (pie3 x min)Wa = Flujo Msico de Aire (lbm/h)DR = Relacin de densidades respecto al aire (adimensional)

Presin total a Vencer

(psi)venceratotal,

44005

P

2

2FpresinD

D

ACFMP Ra

+=

Ec. 32

Donde:

Pf = Presin Total a vencer (lbf/pulg2)Pa = Cada de presin esttica del aire (lbf/pulg2)

ACFM = Flujo de aire actual (pie3 x min)DR = Relacin de densidades respecto al aire (adimensional)

D = Dimetro interno de tubo (pulg)

Potencia al freno del Ventilador

)7,0)(6356(

)(ACFM)(PBHP F= Ec. 33

Donde:

BHP = Potencia al freno del ventiladorPf = Presin Total a vencer (lbf/pulg2)

ACFM = Flujo de aire actual (pie3 x min)

7.5 Bombas

Bombas de produccin

Para el clculo de la presin de succin y la presin de descarga requerida por lasbombas (P-601 A/B/C/D), para impulsar el fluido desde los T-501A/B y T-502A/B dela estacin, hasta la interconexin con el oleoducto que transportar el crudo hastael patio de tanques Lagunillas Sur, se utiliz el simulador PIPEPHASE, del cual seobtuvieron los clculos realizados en el documento No. AA170800-EF0D3-PD04000

Evaluacin Hidrulica, donde resulto lo siguiente:Presin de Succin: 9,6 psig = 24,3 psi

Presin de Descarga: 375 psig = 389,7 psi




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Bombas de condensado

Para el clculo de la presin de succin:

P1 = P0 (del recipiente) + P (recipiente - bomba) Ec. 34

A continuacin se determinaron los parmetros de diseo de las bombas tanto deproduccin P-601A/B/C/D como las de condensado P-701A/B a travs de lassiguientes frmulas aplicadas.

Flujo Volumtrico

Q = F1 x W / c Ec. 35

Donde:

Q = Caudal de Flujo Volumtrico (gpm)

W = Flujo Msico (lbm/h)

c = Densidad del Fluido (lbm/pie3)

F1 = Factor de correccin

Clculo del NPSH disponible

( )g

gpPFNPSHc

cvd

=

13 Ec. 36

Donde:

dNPSH : Cabezal neto de succin positivo disponible (pie)

1: Presin de succin de la bomba (psi)

v : Presin de vapor del lquido a las condiciones de proceso (psi)c : Densidad del fluido a las condiciones de bombeo (lbm/pie3)

cg : Constante dimensional (32,2 lbm.pie/ lbf.s2)g : Aceleracin de la gravedad (32,2 pie/s2)

3F : Factor que depende de las unidades usadas 144

Calculo de cabezal total de succin

Ht = (P1 P2)/g = (Z2 Z1) + (v22 v12)/2g + hLsuccin +hLdescarga Ec. 37




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Donde:

Ht = Cabezal Total (pies)P1 = Presin de Succin (psig)P2 = Presin de Descarga (psig)Z1 = Altura Geodsica de Succin (pies)Z2 = Altura Geodsica de Descarga (pies)v1 = Velocidad de Succin (pies/s)v2 = Velocidad de Descarga (pies/s)g = Gravedad (pies/s2)hL = Perdidas de carga por friccin (pies) = Densidad del Fluido (lbm/pies3)

Velocidad del fluido en tuberas

v = 0,408 x Q/d2 Ec. 38

Donde:

v= Velocidad del Fluido (pies/s)Q= Caudal o Flujo Volumtrico del Fluido (gpm)d= Dimetro de la tubera (pulg)

Numero de Reynolds

Re = 123,9 x (d x v x )/ Ec. 39

Donde:

Re= Nmero de Reynolds (Adimensional)d = Dimetro de la tubera (pulg)v = Velocidad del Fluido (pies/s) = Densidad del Fluido (lbm/pies3) = Viscosidad del Lquido (cP)

Prdidas de Carga por FriccinhL = 0,1863 x (f x L x v2) /d Ec. 40

Donde:

hL= Perdidas de Carga por Friccin (pies)




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d= Dimetro de la tubera (pulg)f= Factor de Friccin (Adimensional)v= Velocidad del Fluido (pies/s)

L= Longitud de la tubera (pies)Factor de Friccin de Moody

( )

++

=

2

3

12

81

Re

812

1

BA

f Ec. 41

Donde:

f = Factor de Friccin de Moody (Adimensional)Re= Nmero de Reynolds (Adimensional)

A= Constante para la determinacin del factor de friccin (Adimensional)B = Constante para la determinacin del factor de friccin (Adimensional)

Constante (A) del factor de Friccin de Moody

A = [ 2,457 x Ln x (1 / (7/Re)0,9 + (0,27 x e) /d ] 16 Ec. 42

Donde:

A= Constante para la determinacin del factor de friccin (adimensional)Re = Nmero de Reynolds (Adimensional)d= Dimetro de la tubera (pulg)e = Rugosidad de la tubera (pulg)

Constante (B) del factor de Friccin de Moody

B = (37530 / Re)16 Ec. 43

Donde:

B = Constante para la determinacin del factor de friccin (Adimensional)

Re = Nmero de Reynolds (Adimensional).

Potencia del Elemento motriz

BHP = (Q x Ht x r) / (3960 x ) Ec. 44




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Donde:

BHP = Potencia (hp)Q = Caudal o Flujo Volumtrico del fluido (pies3/s)Ht= Cabezal total de la bomba (pies)r = Densidad Relativa del fluido = Eficiencia

8. RESULTADOS TABULADOS

8.1. Separadores y Depuradores

Tabla No. 11 Separadores

SEPARADORES

MEDIDA (V - 202 A/B/C/D) PRODUCCIN (V - 201 A/B/C)

Dimetro(pie-pulg)

3 0 4 6

Altura(pie-pulg)

15 0 18 0

CAPACIDAD (RGP 100)

GAS (PCND) 22500 256000

LIQUIDO(BB) 750 8000

Tabla No. 12 Depuradores

DEPURADORES

PRODUCCIN (V - 302) GENERAL (V - 301)GAS DE

INSTRUMENTOS

(V - 401)Dimetro(pie-pulg)

3 0 3 0 0 10

Altura(pie-pulg)

9 0 9 0 5 0




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CAPACIDAD

GAS (PCND) 960000 2640000 960000

LIQ.(BB) 10 10 111

8.2. Calentadores de Produccin

Tabla No. 13 Calentadores de Produccin (F 401 A/B/C)

Capacidad (MMBTU/h)

Ingeniera Conceptual Calculada

5,0 3,92

8.3. Enfriador de tiro forzado

Tabla No. 14 Enfriador (E 801 A/B)

Capacidad (BTU/h) 120.000

Dimetro del tubo (Pulg) 1

Longitud de los Tubos (pie) 7

Numero de Tubos (n) 68

Dimetro de Ventilador (pie) 3,17

BHP del Ventilador (HP) 2,09

8.1Bombas de produccin y condensado

Tabla No. 15 Bombas de produccin de crudo P 601 A/B/C/D

Capacidad de diseo (gpm) 175




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Presin de succin (psig) 24,3

Presin de descarga (psig) 375

Potencia hidrulica (HP) 41,08

Potencia del motor (HP) 67,78

Tabla No. 16 Bombas de condensado P 701 A/B

Capacidad de diseo (gpm) 100

Presin de succin (psig) 24,3

Presin de descarga (psig) 58,61

Potencia hidrulica (HP) 2,36

Potencia del motor (HP) 3,90

9. CONCLUSIONES

Cumpliendo con lo establecido en la norma MDP-03-S-03, para el diseo deseparadores bifsicos tipo vertical, se establecieron tiempo de residencia paralos separadores de produccin de 2 min y el resto de los equipos de 5 min paracumplir con la relacin econmica (L/D) y esbeltez de los equipos.

Para el dimensionamiento de los equipos y accesorios de procesos seemplearon hojas de clculos en Microsoft Excel desarrolladas en ambienteMicrosoft Windows Office XP, de acuerdo a las ecuaciones que corresponden alas sugeridas en las normas y prcticas recomendadas y a los criterios dediseo del presente documento.




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ANEXOS




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ANEXO N. 1 Hoja de ClculoSeparadores de Produccin (V-201 A/B/C)




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ANEXO N. 2 HOJA DE CLCULOSeparadores de Medida (V-202 A/B/C/D)




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ANEXO N. 3 HOJA DE CLCULODepurador General (V-301)




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ANEXO N. 4 HOJA DE CLCULODepurador de Produccin (V-302)




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ANEXO N. 5 HOJA DE CLCULODepurador de Gas de Instrumentos (V-401)




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ANEXO N. 6 HOJA DE CLCULOCalentadores de Produccin (F-401 A/B/C)




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ANEXO N. 7 HOJA DE CLCULOEnfriadores de Gas (E-801 A/B)




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ANEXO N. 8 HOJA DE CLCULOBombas de Produccin (P-601 A/B/C/D)




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ANEXO N. 9 HOJA DE CLCULOBombas de Condensados (P-701 A/B)




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ANEXO N. 10 HOJA DE CLCULOTanques (T-501 A/B T/502 A/B)

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