rc-diseÑo conceptual separadores bifÁsicos-w2007-m
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Universidad Bolivariana de Venezuela
Programa Formación de Grado en Gas
Aldea: IUTM
U.C: DISEÑO y OPERACIÓN DE SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO DE GAS
ACTIVIDAD:
Profesor: Ing. FERNANDO MARTÍNEZ
Realizado por:
TSU RAMÓN E. COELLO S.
C.I: 8.507.279
Maracaibo, 14 de mayo de 2.011
1er PLANTEAMIENTO DEL DISEÑO CONCEPTUAL:
Separador Vertical Bifásico – con Extractor de Neblina tipo Malla
PARÁMETROS VALORESPresión de Operación, psia 850
Presión @ CN, psia 14.7
Temperatura de Operación, °F 160
Temperatura @ CN, °F 60
°API 45
Peso Molecular del Gas, Lb/Lbmol 20
Relación Gas Líquido (RGL), PCN / BN 8500
Flujo Volumétrico de Líquido @ CN, MBND 46,06
Flujo Volumétrico de Gas @ CN, MMPCND 400
I. PROCEDIMIENTO y CÁLCULOS
1. Velocidad del Gas dentro del Separador; velocidad de Asentamiento; Velocidad
Terminal.
Vcg=k √ ρl−ρgpg
-Gravedad Específica del Petróleo
γ o=141,5
131,5+° API= 141,5131,5+45
=0,8017
-Densidad del Petróleo
ρo=ρl=62,43∗¿ γ o ¿62,43∗0,8017=50,050lb / pie3
-Gravedad Específica del Gas
γ g=Mg28,96
=¿ 2028,96
=0,6906
-Presión Crítica
Pc=677+15 γ g−37,5 γ g2 ¿677+15 (0,6906 )−37,5 (0,6906 )2=669,5 psia .
-Temperatura Crítica
Tc=168+325 γ g−12,5 γ g2=168+325 (0,6906 )−12,5 (0,6906 )2=386,5 ° R
-Presión Seudorreducida
Pr¿ PoPc
= 850 psia669,5 psia
=1,2696
-Temperatura Seudorreducida
Tr= ¿Tc
= 620 ° R386,5 ° R
=1,6041
-Factor de Compresibilidad (Método de Papay)
Z=1−( 3,52 Pr100,9813Tr )+( 0,274 Pr2100,8157Tr )=1−( 3,52∗1,2696100,9813∗1,6041 )+( 0,274∗1,26962100,8157∗1,6041 )=0,9026
-Densidad del Gas
ρg=28,9625∗γ g∗Po
10,732∗Z∗¿=28,9625∗0,6906∗85010,732∗0,9026∗620
=2,8308 lbpie3
-Flujo Másico del Líquido (petróleo)
Wo=Wl=5,61∗Qocn∗ρo
86.400=5,61∗45,06 x 10
3∗50,05086.400
=146,43 lbs
-Flujo Másico del Gas
Wg=28,9625∗Qgcn∗γ g
379,73∗86.400=28,9625∗400 x10
6∗0,6906379,73∗86.400
=243,86 Lbs
-Relación de Flujos Másicos
WlWg
=146,43 lb /s243,86 lb /s
=0,6
Según PDVSA:
Wl / Wg ≤ 0,1 K = 0,35
0,1 ˂ Wl / Wg ≤ 1,0 K = 0,25
Wl / Wg > 1,0 K = 0,20
Vcg=K √ ρl−ρgρg
=0,25√ 50,050−2.8312,831=1,02 pies /s
2. Tasa de Flujo Volumétrico del Gas @ Condiciones de Operación
Qgop=Wgρg
= 243,86 lb /s2,831 lb / pie3
¿86,14 Pie3
s
3. Área Sección Transversal del Separador
Ag= QgVcg
=86,14
pie3
s
1,02pies
=84,45 pie2
4. Diámetro Interno del Recipiente
Di=Dv=√ 4 Agπ
=√ 4∗84,453,14159=10,37 pies=124,44 pulg (¿ )
(*) = Se asume un Di = 126’’ (10,5 pies), ya que no se cuenta con la información técnica-
comercial disponible para diámetros de carcasa de separadores-depuradores, contenida en
manuales y normas específicas, como ASME - Sección VIII, ASTM, PDVSA, API y NACE. En
consecuencia, se recalculó el Área de la Sección Transversal del Separador (Ag) a partir de
este valor asumido como Diámetro Interno del Separador:
Ag= Di2∗π4
=(10,5 )2∗3,14159
4=86,59Pie2
5. Flujo Volumétrico del Líquido @ Condiciones de Operación
Ql=Wlρl
=146,4350,050
=2,926 pie3/ s
6. Volumen de Retención de Líquidos
Vl=60∗Ql∗Tr=60 smin
∗2,926 pie3
s∗1,5min¿263,31 pie3
°API del Crudo Características del Líquido Tiempo de Retención, Tr
°API ≥ 40 Destilados y petróleos crudos 1,5 min
25 ≤ °API ≤ 40 Petróleos crudos tipificados como no espumosos 3 min
°API ≤ 25 Petróleos crudos considerados espumosos 5 min
7. Altura del Líquido en el Separador
hl= VlAg
=263,31 pie3
86,59 pie2=3,04 pies=36,5 pulg≈3,1 pies=37,2 pulg*
¿hl=Capacidad del Líquido de l Separador→h6 (PDVSA )=h7(GPSA )
8. Densidad de la Mezcla
ρm=Wl+WgQl+Qg
=146,43+243,862,926+86,14
=4,382 lb
pie3
9. Velocidad del Fluido en la Boquilla de Entrada
Vbe= 80
√ρm= 80
√4.382=38,22 pie
s(¿ )
(*) Según norma, Vbe≤30 pie / s; por lo tanto, Vbe = 30 pie/s.
10. Velocidad Máxima del Gas en la Boquilla de Salida de Gas del Separador
Vbg= 80
√ ρg= 80
√2.8308=47,55 pie /s (*)
(*) Vbg ≤ 90 pie/s (60 pie/s ~ 90 pie/s); por lo tanto se asume Vbg = 60 pie/s
11. Velocidad Máxima del Crudo a la Salida de la Boquilla del Separador (Velocidad del
Líquido a la Descarga del Separador)
Vbo= 80
√ ρo= 80
√50,050=11,31 pie / s (*)
(*) Vbo ≤ 3 pie/s; por lo tanto, Vbo = 3 pie/s
12. Diámetro de la Boquilla de Entrada
Dbe=√ 4 (Ql+Qg )πVbe
=√ 4 (2,926+86,14 )3,14159∗30
=1,94 pies ≈2 pies=24 ' 'de DN
13. Diámetro de la Boquilla de Salida de Gas
Dbg=√ 4QgπVbg
=√ 4∗86,143,14159∗60
=1,35 pies=16,2 pulg
Dbg=16,2+0,5=16,7' '→18' 'de DN ≈1,5 pies
14. Diámetro de la Boquilla de Salida de Líquido (petróleo)
Dbo=√ 4QlπVbo
=√ 4∗2,9263,14159∗3
=1,1144 pies=13,3725' '
Dbo=13,3725' '+0,5' '=13,8725→14 ' ' de DN ≈1,17 pies
NOTA: A continuación, se procede a establecer las proporciones del dimensionamiento del
Separador Bifásico Vertical, según PDVSA y GPSA. Pero antes, se deben recalcular para
ajustarse a la normativa GPSA los siguientes parámetros:
Valor de la Constante de K (GPSA). Según la GPSA, K = 0,35 @ 100 psig y por
cada 100 psig de aumento de Po, K disminuye 0,01. Por lo tanto:
Po=850 psia−14,7=835,3 psig
835,6 psig100,0 psig
x0,01=0,0835≈0,08
K=0,35−0,08=0,27
KGPSA=0,27
Velocidad de Asentamiento en el Separador, Vcg. Se recalcula con el valor de
K(GPSA):
Vcg=K √ ρl−ρgρg
=0,27∗√ 50,050−2,8312,831=1,10 pie /s
Área Transversal del Separador, Ag.
Ag= QgVcg
=86,14 pie3/s1,10 pie /s
=78,31 pie2(Recalculadomás tarde)
Diámetro Interno del Separador, Di (Dv).
Di=√ 4 Agπ
=√ 4∗78,313,14159=9,985 pies→10 pie s=120 ' '
Recálculo de Ag.
Ag= Di2∗π4
=102∗3,141594
=78,54 pies2
Los demás parámetros quedan en igual condición
II. DIMENSIONAMIENTO DEL SEPARADOR BIFÁSICO VERTICAL
Según Normativa PDVSA Según Normativa GPSA
Nivel de
AlturaEspecificación Resultado
Nivel de
AlturaEspecificación Resultado
h0 h0= Dv/4 2,63’ h0 h0= Dv/4 2,5’
h1 h1= (Dv-Di)/2 – h0 1,875’ h1 h1= (Dv-Di)/2 – h0 1,5’
h2 h2 = 6’’ = 0,5’ 0,5’ h2 h2 = 6’’ = 0,5’ 0,5’
h3 h3 = 0,6Dv o 3’’(mín) 8,5’ h3 h3 = Dv o 2’ (mín) 10’
h4 h4 = Di 2’ h4 h4 = 2Di 4’
h5 h5 = 0,3Dv o 2’ (mín) 6,2’ h5 1’ (mín) 3,1’
h6 h6 = Cap. Líq. = 1’ (min) 3,1’ h6 1’ (mín) 3,1’
h7 N/A N/A h7 h7 = Cap. Líq. = 1’ (mín) 3,1’
h0 h0= Dv/4 2,63’ h0 h0= Dv/4 2,5’
L - 27,435’ L - 30,3’
Dv - 10,5’ Dv - 10’
L/Di 2,5 ≤ L/D ≤ 6,0 2,61 L/Di 2,0 ≤ L/D ≤ 4,0 3,03
NOTA. Como podemos apreciar, el dimensionamiento cumple tanto con las especificaciones de PDVSA como de GPSA. Sin embargo, es preciso acotar que para obtener los valores apropiados de h3, h5 y h6 para el cumplimiento de la normativa PDVSA y, en el caso de la normativa GPSA, h5, h6 y h7, se procedió a establecer la siguiente relación de proporciones:
PDVSA → h6 = Altura Normal del Líquido = 3,1’; por consiguiente, si la especificación mínima dice que h3 y h5 deben ser 3’ y 2’, respectivamente, entonces:
h5 = 2h6 = 2x3,1’ = 6,2’h3 = 3h6 = 3x3,1’ = 9,3’. En este caso primó el aspecto económico, ya que sólo hacían falta 8,5’ para cumplir con al menos una L/D = 2,5+0,1=2,6. Con 9,3’ el valor de L/D = 2,68.
GPSA → h7 = Altura Normal del Líquido = 3,1’; por consiguiente, de acuerdo a las especificaciones mínimas de h5 y h6:h5 y h6 = h7 = 3,1’ ; en consecuencia: h5 y h6 = 3,1’.
III. ESPESORES DEL SEPARADOR BIFÁSICO VERTICAL
Por ser un recipiente a presión, el diseño mecánico de un separador puede realizarse con el
código ASME Sección VIII División 1.
Espesor de Pared de la Carcasa. Se consideró junta longitudinal y como material del
recipiente acero al carbono, con esfuerzo a la tensión del material de 20.000 lpcm,
con eficiencia del 85% (0,85) y espesor por corrosión de 0,125’’. La tabla siguiente
muestra los parámetros para el cálculo y sus respectivos valores y unidades:
PARÁMETROS REQUERIDOS PARA ESPESOR DE CARCASA
Descripción Símbolo UnidadValor
Parámetro / Resultado
Espesor Nominal ts Pulgadas Por Calcular ?
Presión de Operación P LpcmEstablecido
por Requerimiento
835,3
Radio Interno del Sep. R Pulgadas Calculado 60
Valor Máximo de Esfuerzo Permisible S Lpcm Asumido 20.000
Eficiencia de Junta Longitudinal E Fracción de 1 Asumido 0,85
Espesor por Corrosión C.A. Pulgadas Asumido 0,125
ts= P . RS . E−0,6. P
+C . A .
ts= 835,3 x60(20.000 x 0,85 )−(0,6 x835,3)
+0,125=3,16 pulg 3,1875 pulg=3316 pulg
Espesor de los Casquetes. Se consideró para el diseño los casquetes elípticos, ya
que ofrecen mayor resistencia a la presión. La tabla siguiente muestra los parámetros
para el cálculo y sus respectivos valores y unidades:
PARÁMETROS REQUERIDOS PARA
ESPESOR DE CASQUETES
Descripción Símbolo UnidadValor
Parámetro / Resultado
Espesor Nominal tc Pulgadas Por Calcular ?
Presión de Operación P LpcmEstablecido
por Requerimiento
835,3
Diámetro Interno del Separador D Pulgadas Calculado 120
Valor Máximo de Esfuerzo Permisible S Lpcm Asumido 20.000
Eficiencia de Junta Longitudinal E Fracción de 1 Asumido 0,85
Espesor por Corrosión C.A. Pulgadas Asumido 0,125
tc= P . D2.S .E−0,2. P
+C . A
tc= 835,3 x120(2 x20.000 x 0,85 )−(0,2 x835,3)
+0,125=3,0877 pulg 3332 pulg .
Espesor de Pared de las Boquillas. De las normas API 5L / ASTM A53 / A106 se
obtienen los diámetros nominales de las tuberías de acero para las tuberías de
Schedule estándar. Opcionalmente, pueden tomarse datos de las tablas contenidas en
el Apéndice A de Marcías Martínez. Adicional a eso, se consideró para el cálculo
que al espesor nominal se le sustraiga el 12,5% de tolerancia permitida más el margen
por corrosión, tal como lo muestra la expresión:
tb (b )=t tub. estándar∗(1−0,125 )+C . A=(t tub .estándar∗0,875)+0,125 ' '
En donde:
tb (b )=Espesor Mínimode Pared
t tub. estándar=Espesor Nominalde TuberíaEstándar
Boquilla de Entrada
Dbe=24' ' DN→t=0,46875' '
(Tomado de Ap. A de M. Martínez, @ Po = 984 lpcm, S = 35.000 lpcm y F = 0,72)
t 24 ¨ (b )=(0,46875∗0,875 )+0,125=0,5625' '→0,5625' 'Tipo30
Boquilla de Salida de Gas
Dbg=18 ' ' DN→t=0,34375 ' '
(Tomado de Ap. A de M. Martínez, @ Po = 963 lpcm, S = 35.000 lpcm y F = 0,72)
t 20¨ (b)= (0,34375∗0,875 )+0,125=0,4258' ' →0,43750 ' ' Tipo30
Boquilla de Salida de Líquido (petróleo)
Dbo=14 ' ' DN→t10=0,2500' '
(Tomado de Ap. A de M. Martínez, @ Po = 900 lpcm, S = 35.000 lpcm y F = 0,72)
t 14 ¨(b)=(0,2500∗0,875 )+0.125=0,34375' '→0,34400' '
2do PLANTEAMIENTO DEL DISEÑO CONCEPTUAL:
Separador Horizontal Bifásico – con Extractor de Neblina tipo Malla
PARÁMETROS VALORESPresión de Operación, psia 500
Presión @ CN, psia 14.7
Temperatura de Operación, °F 160
Temperatura @ CN, °F 60
°API 45
Peso Molecular del Gas, Lb/Lbmol 20
Relación Gas Líquido (RGL), PCN / BN 2667
Flujo Volumétrico de Líquido @ CN, MBND 7,50
Flujo Volumétrico de Gas @ CN, MMPCND 20
I. PROCEDIMIENTO y CÁLCULOS
1. Velocidad de Asentamiento o Velocidad Terminal.
Vt=K∗√ ρo−ρgρg
∗( L10 )
0,56
- γo=0,8017(calculadoanteriormente)
- γg=0,6906(calculadoanteriormente)
- ρo=50,050 lb
pie3(calculadoanteriormente)
- Pc=669,5 psia ;Tc=386,5 ° R (calculados anteriormente )
- Pr¿PopPc
=500 psia669,5 psia
=0,747
¿¿
- Tr=TopTc
= 620 ° R386,5 ° R
=1,604
- Z (Mét .Papay )=1−( 3,52∗Pr100,9813∗Tr )+( 0,274∗Pr2
100,8157∗Tr )
Z=1−(3,52∗0,747100,9813∗1,604 )+( 0,274∗0,7472100,8157∗1,604 )=0,9374- ρg=28,9625∗γg∗Pop
10,732∗Z∗Top=28,9625∗0,6906∗50010,732∗0,9374∗620
=1,603 Lb/ pie3
Asumiendo un L = 10 pies y un K = 0,40 → 2,5<LD
<4,0
Vt=0,40∗√ 50,050−1,6031,603∗( 1010 )
0,56
=2,2 pies/s
2. Velocidad del Gas.
Vg=0,85∗Vt=0,85∗2,2 pies /s ¿1,87 pie /s
3. Flujo Másico del Gas.
Wg=28,9625∗Qgcn∗γg379,73∗86.400
=28,9625∗20 x106∗0,6906
379,73∗86.400=12,19lb / s
4. Flujo Volumétrico del Gas @ Cond. Operación.
Qg=Wgρg
= 12,19 lb /s1,603 lb / pie3
=7,61 pie 3/s
5. Área de la Sección Transversal de Gas.
Ag=Qg@cond .opVg
=7,61 pie3/s1,87 pie /s
=4,07 pie2
6. Área Total en el Separador.
At=2∗Ag=2∗4,07 pie2=8,14 pie2
7. Diámetro del Separador.
D=√ 4∗Atπ
=√ 4∗8,14 pie2
3,14159=3,22 pies=38,64 pulg≈ 40 pulg=3,33 pies
8. Longitud del Separador.
L=10 pies (asumida )
- Relaci ónde Esbeltez= LD
= 103,33
=3→2,5≤LD
≤4,0 → (OK)
9. Flujo Volumétrico del Líquido (petróleo).
Qo=Woρo
- Wo=5,61∗Qocn∗ρo86.400
=5,61∗7,5 x103∗50,050
86.400=24,37 lb /s
Qo=Woρo
= 24,37 lb / s50,050lb / pie3
=0,487 pie3/s
10. Volumen para el Líquido.
Vl=Al∗L→ Al=Ag
Vl=4,07 pie2∗10 pie=40,7 pie3
11. Tiempo de Retención del Líquido.
tr= Vl60∗Ql
= 40,7 pie3
60sm
∗0,487 pie3/s=1,39m 1,5minutos
12. Velocidad de la Boquilla de Entrada.
Vbe≤25
√ ρm
- ρm= ρo .Qo+ρg .QgQo+Qg
=50,050∗0,487+1,603∗7,610,487+7,61
=4,517 lb
pie3
Vbe≤25
√4,517≤11,76 pie /s
13. Diámetro de la Boquilla de Entrada.
Dbe=√ 4∗(Qo+Qg )π∗Vbe
=√ 4∗(0,487+7,61)3,14159∗11,76
=0,9363 pies ≈1 pie ≈12 pulgDN
14. Velocidad de la Boquilla de Salida de Gas.
Vbg≤50
√ ρg≤
50
√1,603≤39,49 pies /s
15. Diámetro de la Boquilla de Salida de Gas.
Dbg=√ 4∗Qgπ∗Vbg
=√ 4∗7,613,14159∗39,49
=0,4953 pies ≈0,5 pies=6 pulgDN
16. Velocidad de la Boquilla de Salida de Líquido.
Vbl oVbo˂3,3pies
→Se asumeVbl=3,2 pie / s
17. Diámetro de la Boquilla de Salida de Líquido.
Dbo=√ 4∗Qoπ∗Vbo
=√ 4∗0,4873,14159∗3,2
=0,44 pies ≈0,5 pies=6 pulgDN
II. DIMENSIONAMIENTO DE ESPESOR DE PAREDES
Para los cálculos de espesor de paredes de carcasa, casquetes y boquillas se tomaron en
cuenta las mismas consideraciones que en el caso del Separador Vertical. Por consiguiente,
se procede directamente con los cálculos, empezando por el espesor de la carcasa cilíndrica:
PARÁMETROS REQUERIDOS PARA ESPESOR DE CARCASA
Descripción Símbolo UnidadValor
Parámetro Resultado
Espesor Nominal ts Pulgadas Por Calcular ?
Presión de Operación P LpcmEstablecido
por Requerimiento
485,3
Radio Interno del Sep. R Pulgadas Calculado 20
Valor Máximo de Esfuerzo Permisible S Lpcm Asumido 20.000
Eficiencia de Junta Longitudinal E Fracción de 1 Asumido 0,85
Espesor por Corrosión C.A. Pulgadas Asumido 0,125
Espesor de Pared de Carcasa
ts= P . RS . E−0,6. P
+C . A .
ts= 485,3 x20(20.000 x 0,85 )−(0,6 x 485,3)
+0,125=0,7059' ' 0,71875' '=23/32 ' '
PARÁMETROS REQUERIDOS PARA ESPESOR DE CASQUETES
Descripción Símbolo UnidadValor
Parámetro Resultado
Espesor Nominal ts Pulgadas Por Calcular ?
Presión de Operación P LpcmEstablecido
por Requerimiento
485,3
Diámetro Interno del Separador D Pulgadas Calculado 40
Valor Máximo de Esfuerzo Permisible S Lpcm Asumido 20.000
Eficiencia de Junta Longitudinal E Fracción de 1 Asumido 0,85
Espesor por Corrosión C.A. Pulgadas Asumido 0,125
Espesor de Pared de Casquete
tc= P . D2.S .E−0,2. P
+C . A
tc= 485,3 x 40(2 x20.000 x 0,85 )−(0,2 x 485,3)
+0,125=0,6976' ' 0,703125' '=45 /64 ' '
Espesor de Pared de las Boquillas. Se aplicaron las mismas consideraciones que
en el caso del Separador Vertical, procediéndose a continuación a calcular los
espesores correspondientes a las Boquillas de Entrada, de Salida de Gas y de Salida
de Líquido.
Boquilla de Entrada
Dbe=12' ' DN (DExt=12,75' ' )→=t 100,1800 ' '
(Tomado de Ap. A de M. Martínez, @ P = 712 lpcm, S = 35.000 lpcm y F = 0,72)
t 12¨ (b)=(0,1800∗0,875 )+0,125=0,2825 ' ' →0,3000 ' '
Boquilla de Salida de Gas
Dbg=6 ' ' DN (DExt=6,625' ')→t 5=0,10900 ' '
(Tomado de Ap. A de M. Martínez, @ P = 829 lpcm, S = 35.000 lpcm y F = 0,72)
t 6 ¨(b)=(0,10900∗0,875 )+0,125=0,220375' '→0,2500 ' '
Boquilla de Salida de Líquido (petróleo)
Dbo=6 ' ' DN (DExt=6,625' ')→t 5=0,10900 ' '
(Tomado de Ap. A de M. Martínez, @ P = 829 lpcm, S = 35.000 lpcm y F = 0,72)
t 6 ¨(b)=(0,10900∗0,875 )+0,125=0,220375' '→0,2500 ' '
CONSIDERACIONES y COMENTARIOS FINALES
1. Para el dimensionamiento de los Separadores Verticales fue necesario la aplicación
de criterios técnicos amplios, con sentido lógico y con proporciones basadas en las
relaciones dimensionales entre cada uno de los niveles de altura del separador. Por
ejemplo, parea el cálculo del nivel h6 (PDVSA) = h7 (GPSA) fue tomado como base la
altura del líquido (hl = Capacidad del Líquido = 3,1’), aunque la especificación fuese
12’’ mín. (1’) en cada caso. A partir de este valor, se establecieron las dimensiones de
otros niveles de altura relacionados con hl, en las que cada uno guarda una relación
proporcional de especificación mínima con los demás. Todo eso se emplea sólo en el
caso eventual en que se tuviese algún inconveniente para cumplir con la Relación de
Esbeltez (L/D) especificada.
2. En varias ocasiones fue preciso asumir valores de algunos parámetros, ya que el valor
calculado según las fórmulas establecidas no cumplía con las especificaciones
máximas o mínimas exigidas. Como muestra de ello se mencionan las velocidades en
las boquillas de entrada y salida de fluidos. No obstante, esta disposición de asumir
valores máximos o mínimos no implica de ningún modo que haya existido algún error
en los cálculos o una equivocación al momento de elegir una constante; sino más bien
lo contrario, ya que con esto estamos evaluando de manera crítica y analítica los
criterios técnicos más estrictos para cumplir minuciosamente con las exigencias de
diseño, en concordancia con las especificaciones propuestas por fabricantes,
operadoras industriales, empresas del ramo, asociaciones profesionales, normas
internacionales, entre otras.
3. Para el caso del Separador Horizontal, se consideró una Longitud L = 10 pìes, la cual
resultó excelente para el dimensionamiento, debido a la Relación de Esbeltez del
Separador (L/D = 3), siendo el rango seleccionado para ésta de 2.5 ~ 4.0, la cual
implicaba un ahorro de espacio y de inversión económica. Esta selección conllevó a
tomar un valor de la Constante de Souders & Brown (K) = 0.4, de acuerdo a los
criterios de selección establecidos para esta constante por la normativa consultada. La
misma consideración se aplicó para la selección de la fórmula para el cálculo de la
Velocidad Crítica del Gas (Vcg), elegida a partir del valor de L asumido.
4. Como consideración final, se realizó una evaluación de los Separadores Bifásicos
Diseñados, para establecer su Recomendación de Uso, de acuerdo a la siguiente
tabla:
Tal como podemos apreciar en la tabla comparativa, para RGL altas, como en el caso
propuesto tanto para Separadores Verticales (RGL = 8500 PCN/BN) como para
Separadores Horizontales (RGL = 2667 PCN/BN), ambos con Extractor de Malla, se
establece una valoración de uso de “MUY RECOMENDABLE” en el caso del Separador
Vertical y de “MANEJO MODERADO” para el caso del Separador Horizontal. Esto se
deduce perfectamente porque altas RGL producen una mayor proporción de gas y menor
proporción de líquidos que bajas RGL, con lo cual un Separador Bifásico Vertical resulta
idóneo para este caso; mientras que los Separadores Bifásicos Horizontales son especiales
para el manejo de mayores cantidades de líquido y menores cantidades de gas, sobre todo
para separación trifásica líquido-líquido-gas, de allí su diseño con mayor capacidad de
almacenaje y separación de líquidos.
FE DE ERRATA
RECOMENDACIÓN DEL TIPO DE SEPARADOR
Situación Vertical sin malla Vertical con malla Horizontal sin malla Horizontal con malla
Alta RGL Muy Recomendable Muy Recomendable Manejo Moderado Manejo Moderado
Alto "turndown" de flujo de gas
Muy Recomendable Muy Recomendable Manejo Moderado Manejo Moderado
Baja RGL Manejo Moderado Manejo Moderado Muy Recomendable Muy Recomendable
Alto "turndown" de flujo de liquido
Manejo Moderado Manejo Moderado Muy Recomendable Muy Recomendable
Presencia de Sólidos/Materiales
PegajososRecomendado
Manejo Moderado Considerar Internos
Especiales
Manejo Moderado Considerar Internos
Especiales/Inclinados
Manejo Moderado Considerar Internos
Especiales/Inclinados
Separación liquido-liquido solamente
No Recomendable No Recomendable Recomendable No Aplica
Separación liquido-liquido-vapor
Manejo Moderado Manejo Moderado Muy Recomendable Muy Recomendable
Limitaciones en área de planta
Recomendable Recomendable No Recomendable No Recomendable
Limitaciones en espacio vertical o
alturaNo Recomendable No Recomendable Recomendable Recomendable
El cálculo de la L/D realizado inicialmente en el Separador Bifásico Vertical (PDVSA y GPSA)
fue hecho tomando en cuenta la altura de los casquetes, lo cual constituye un error, ya que
estos no forman parte del cuerpo cilíndrico de la carcasa y no deben considerarse para el
cálculo, según norma. Por consiguiente, se recalculó la L/D para cada caso y la misma dio
los siguientes resultados:
Tabla: Recálculo de L/D (sin los Casquetes)
Según Normativa PDVSA Según Normativa GPSA
Nivel de
AlturaEspecificación Resultado
Nivel de
AlturaEspecificación Resultado
h0 h0= Dv/4 2,63’ h0 h0= Dv/4 2,5’
h1 h1= (Dv-Di)/2 – h0 1,875’ h1 h1= (Dv-Di)/2 – h0 1,5’
h2 h2 = 6’’ = 0,5’ 0,5’ h2 h2 = 6’’ = 0,5’ 0,5’
h3 h3 = 0,6Dv o 3’’(mín) 8,5’ h3 h3 = Dv o 2’ (mín) 10’
h4 h4 = Di 2’ h4 h4 = 2Di 4’
h5 h5 = 0,3Dv o 2’ (mín) 6,2’ h5 1’ (mín) 3,1’
h6 h6 = Cap. Líq. = 1’ (min) 3,1’ h6 1’ (mín) 3,1’
h7 N/A N/A h7 h7 = Cap. Líq. = 1’ (mín) 3,1’
h0 h0= Dv/4 2,63’ h0 h0= Dv/4 2,5’
L - 22,175’ L - 25,3’
Dv - 10,5’ Dv - 10’
L/Di 2,5 ≤ L/D ≤ 6,0 2,11 L/Di 2,0 ≤ L/D ≤ 4,0 2,53
Tal como podemos apreciar, en la L/D basada en la normativa de PDVSA se obtuvo un valor
por debajo de la especificación mínima exigida (0,39 por debajo). En tanto que para la
normativa GPSA se obtuvo un valor de L/D más bajo, pero acorde con la especificación
mínima (0,53 por encima). En conclusión, se tuvo que efectuar un ajuste para el primer caso,
el cual se fundamentó en el siguiente planteamiento:
Valor de L requerido para una L/D = 2,60:
L ideal=D∗( LD )=10,5∗2,60=27,30 '
Diferencia requerida de L para una L/D = 2,60:
LReq=Lideal−Lcalc .=27,30−22,175=5,125 '
Como técnicamente es incorrecto el ajuste de todos los niveles de altura del cilindro,
ya que resulta algo arbitrario, se tomaron en consideración solamente aquellos en los
cuales puedan hacerse ajustes y que cumplan con las especificaciones establecidas
para el caso (PDVSA) una vez ajustados. Dichos niveles de altura son: h3, h5 y h6,
ubicándose el primero por encima de la boquilla de entrada y los dos últimos por
debajo de la misma. En concreto, se debe entonces distribuir el valor de L requerido
(5,125 pies) entre estos tres niveles, adicionando un valor proporcional a cada uno de
acuerdo a lo mostrado en la siguiente tabla:
Nivel Valor Previo Fracción (F)Valor Adicional:
F * L Req
Valor Ajustado:V. Previo + V. Adic.
h3 8,5 8,5 / 17,8 0,48 0,48 * 5,125 = 2,46 ~ 2,5 8,5 + 2,5 = 11’
h5 6,2 6,2 / 17,8 0,35 0,35 * 5,125 = 1,79 ~ 1,80 6,2 + 1,80 = 8’
h6 3,1 3,1 / 17,8 0,17 0,17 * 5,125 = 0,87~ 1,0 3,1 + 1 = 4,1’
Total 17,8 17,8 / 17,8 1,00 Total Adicionado = 5,3’
De acuerdo a estos resultados, se muestra nuevamente la tabla con el
dimensionamiento ajustado para las especificaciones de PDVSA y su respectiva
Relación de Esbeltez basada en dichos ajustes:
DIMENSIONAMIENTO AJUSTADO DEL SEPARADOR BIFÁSICO VERTICAL
Según Normativa PDVSA
Nivel de Altura Especificación Resultado
h0 h0= Dv/4 2,63’
h1 h1= (Dv-Di)/2 – h0 1,875’
h2 h2 = 6’’ = 0,5’ 0,5’
h3 h3 = 0,6Dv o 3’’(mín) 11’
h4 h4 = Di 2’
h5 h5 = 0,3Dv o 2’ (mín) 8’
h6 h6 = Cap. Líq. = 1’ (min) 4,1’
h7 N/A N/A
h0 h0= Dv/4 2,63’
L - 27,475’
Dv - 10,5’
L/Di 2,5 ≤ L/D ≤ 6,0 2,62
ANEXO Nº 1:
h0 = 2,5’
h1 = 1,5’
h2 = 0,5’
h3 = 10’
h4 = 4’
h5 = 3,1’
h6 = 3,1’
h7 = 3,1’
h0 = 2,5’
DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADOR BIFÁSICO VERTICAL (GPSA)
ANEXO Nº 2:
DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADOR BIFÁSICO VERTICAL (PDVSA)
Di = 2’
De =
Dv = 10’
D = 1,17’
h0 = 2,63’
h1 = 1,875’
h2 = 0,5’
h3 = 8,5’
h4 = 2’
h5 = 6,2’
h6 = 3,1’
h0 = 2,63’
ANEXO Nº 3:
DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADOR BIFÁSICO VERTICAL (PDVSA)
Di = 2’
D = 1,17’
De = 1,5’
Dv = 10,5’
h0 = 2,63’
h1 = 1,875’
h2 = 0,5’
h3 = 11’
h4 = 2’
h5 = 8’
h6 = 4,1’
h0 = 2,63’
RECALCULANDO “L” SIN LOS CASQUETES
De = 1,5’
Di = 2’
D = 1,17’
Dv = 10,5’
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