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MANUAL DE INGENIERIA DE DISEOVOLUMEN 15GUIA DE INGENIERIAPDVSA N
TITULO
90616.1.027 SEPARADORES LIQUIDO VAPOR
1MAY.91PARA APROBACION17J.S.J.G.E.S.
REV.FECHADESCRIPCIONPAG.REV.APROB.APROB.
APROB. Jos Gilarranz FECHA MAY.91 APROB. Eduardo Santamara FECHA
MAY.91
1994
ESPECIALISTAS GUIA DE INGENIERIASEPARADORES LIQUIDOVAPORPDVSA
90616.1.027
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
2REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
3OBSERVACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .2
4GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
5METODOS DE DISEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .5
5.1 Valores K para Clculo de Tamao del Recipiente . . . . . . .
. . . . . . . . . . .5
5.2 Separadores Verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
5.3 Separadores Horizontales (GasPetrleo) . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .8
5.4 Separadores Horizontales (GasPetrleoAgua) . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .9
6ELIMINADORES DE NIEBLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .11
7LISTA DE VERIFICACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .15
7.1 Espumosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
7.2 Flujo de Avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
7.3 Crudo Parafinoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
7.4 Bajas Temperaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
7.5 Arena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
7.6 Conexiones de Instrumentos . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
7.7 Dimetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
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1 ALCANCE1.1Esta Gua de Ingeniera contiene los procedimientos
para calcular el tamao de separadores horizontales y verticales de
dos y de tres fases.
2 REFERENCIAS2.1 Las siguientes publicaciones son referenciadas
aqu, o son de inters general:
2.1.1 API RP521, Guide for Pressure Relief and Depressuring
Systems, UltimaEdicin.2.1.2 Campbell, John M., Gas Conditioning and
Processing (1976).
2.1.3Kerns, G.D., New Charts Speed Drum Sizing, HYDRO. PROC. 39
(7), 168170 (July, 1960).
2.1.4 Lobdell, W. R., y L. M. Ayers, Separators Cut Weight, Cost
for GasProduction
Equipment, OIL GAS J., 5659 (March 10, 1975).
2.1.5 Natural Gas Processors Suppliers Association (NGPSA)
Engineering Data Book(1972).
2.1.6Neimeyer, E. R., Check These Points When Designing Knockout
Drums, HYDRO. PROC. 40(6), 1556 (June, 1961).
2.1.7 Perry, Robert H., y Cecil H. Chilton, Chemical Engineers
Handbook, Fifth
Edition, McGrawHill, 561 ff (1973).
2.1.8Peters, B. A., How to Adjust Water Weirs in 3Phase Field
Separators, WORLD OIL, 125, 1278 (April, 1974).
2.1.9 Scheiman, A.D., Horizontal VaporLiquid Separators, HYDRO.
PROC. 43(5),
155160 (May, 1964).
2.1.10Souders, Mott, y G.G. Brown, Design of Fractionating
Columns 1. Entrainment and Capacity, IND. ENG. CHEM. 26(1), 98103
(1934).
2.1.11 Watkins, R.N., Sizing Separators and Accumulators, HYDRO.
PROC. 46(11),
253256 (Nov. 1967).
2.1.12 Younger, A.H., Como Calcular el Tamao de Recipientes para
Procesos
Futuros, CHEM. ENG., 201202 (Mayo, 1955).
3 OBSERVACIONES3.1Esta Gua de Ingeniera se relaciona slo con el
tamao bsico de separadores desde el punto de vista del proceso por
ej. especificacin de longitud de costura a costura (C/C), dimetro
interno y niveles aproximados de lquido. Los detalles de diseo
mecnico estn cubiertos en otras Guas de Ingeniera para diseo de
recipientes.
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3.2Las frmulas para el tamao del separador, en esta Gua de
Ingeniera, no contienen correcciones especficas para espumeo,
tensin superficial y similares. Sin embargo, se dan algunas
recomendaciones referentes a estos factores.
3.3Estas guas para clculo del tamao, se usan para establecer
tamaos mnimos aceptables de los recipientes, con fines de estudios
econmicos o para indicar en las solicitudes a los suplidores, el
tamao ms pequeo que pueden ofrecer y que sean considerados en sus
ofertas. Las solicitudes de cotizacin a los suplidores, deben
contener siempre las especificaciones de servicio ms exigentes que
debern llenar los recipientes y el suplidor deber proponer un tamao
tal, que l garantice que prestar ese servicio. A menudo ste es ms
grande que el mnimo especificado.
3.4Algunos fabricantes especficos proveen elementos internos
patentados en sus separadores vaporlquido. Obviamente, los mtodos
aqu propuestos no consideran estos renglones patentados. Sin
embargo, cualquier separador deber tener como elementos internos
mnimos: un interruptor de movimiento de entrada, un preventor de
torbellino a la salida del lquido y pozos para conexiones de
cualquier flotador interno.
4 GENERAL4.1Un separador lquidogas tiene dos secciones bsicas.
En la seccin superior el gas fluye hacia arriba o a travs del
recipiente y las gotitas de lquido caen a travs del mismo hacia la
fase de lquido. La seccin inferior permite que las burbujas de gas
en el lquido emerjan y pasen a la fase de gas. Un recipiente de
tamao satisfactorio proveer espacio apropiado en cada seccin para
permitir que estas funciones se lleven a cabo con alguna eficiencia
arbitraria. Siempre habr algn arrastre de cada fase en la otra. Es
conveniente mantener el arrastre dentro de lmites razonables.
No debe hacerse una seleccin arbitraria entre un separador
vertical y horizontal; cualquiera de los dos tipos ser efectivo, si
est diseado debidamente. La eleccin debe estar basada en muchos
factores, incluyendo el econmico. Un separador horizontal dar ms
capacidad por el mismo dinero, que un separador vertical cuando se
comparan los costos del equipo. Sin embargo, un separador vertical
puede ser preferible en situaciones donde el espacio est limitado o
la arena es un problema.
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4.2En algunos casos, la seccin de manejo de lquido del separador
tendr un tamao basado en el tiempo de retencin. El separador puede
servir no slo como un separador de fases sino tambin como un
recipiente compensador de lquido, amortiguando las variaciones del
flujo, de modo que los controles automticos aguas abajo puedan
operar con un mnimo de perturbacin.
El principio fsico apropiado para los clculos del separador es
la cada libre de una partcula (esfera) a travs de un fluido. La
ecuacin es (Perry, 5ta. Ed., p561):
Vt
3 . c
(1)
4 g . Dp ( p )
Donde:
Vt = velocidad de asentamiento libre g= aceleracin de
gravedad
Dp = dimetro de la partcula p = densidad de la partcula =
densidad del fluido
C = coeficiente de arrastre
El coeficiente de arrastre es una funcin del nmero de
Reynolds.
La ecuacin (1) se usar en dos formas. Para BURBUJAS DE LIQUIDO
que se suben o caen a travs de lquidos, se obtiene el flujo laminar
para partculas pequeas. En ese caso la Ec. (1) se vuelve (Perry,
5ta. Ed., p. 561).
Vt
D2p ( p )18 (subiendo)
gD 2p ( p )18 (cayendo)Donde: es la viscosidad del fluido.
Para Vt en pie/min., Dp en micrones, y p en g/cm3, y en
centipoise, la Ec (2)se vuelve:Vt
1, 072 x 10 4 Dp 2 ( p )Para GOTITAS DE LIQUIDO cayendo a travs
de los gases, usar la forma presentada por Souders y Brown IND.
ENG. CHEM. 26, 98 (1934):
Vt K
(3)
( p )
Donde:
Vt = m/seg (pies/seg)
= kg/m3 (lb/pie3)
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Los valores para la constante K se han determinado a partir del
equipo en operacin.
5 METODOS DE DISEO5.1 Valores K para Clculo de Tamao del
Recipiente5.1.1 Separadores Verticales y Depuradores:WLWG WL
0, 1 K 0, 35
0, 1
1, 0 K 0, 25
GDonde:
WLWG
1, 0 K 0, 20
WL = tasa de flujo de lquido, lb/seg. WG =tasa de flujo de
vapor, lb/seg.
5.1.2 Separadores Horizontales:
2, 5 L 4, 0 K 0, 4
(NOTA: mnimo permisible L = 7,5 pies)
4, 0 L 6, 0 K 0, 5
D 6, 0 K 0, 5
(NOTA: mximo permisible K = 0,7)
LBase
( L )LBase
0, 05
Donde :
D 6, 05.2 Separadores VerticalesPASO 1: Calcular la velocidad de
diseo del gas por Ec. (3):
L GVG K PASO 2: Calcular la tasa de flujo volumtrico del gas: QG
= QW/ G m3/seg (pie3/seg)
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normaDonde:
QG = tasa de flujo volumtrico del vapor, m3/seg (pie3/seg) WG =
tasa de flujo del vapor, kg/seg (lb/seg)
G = densidad del vapor, kg/m3 (lb/pie3) (a temp. y presin de
operacin).
PASO 3 Calcular el rea de la seccin transversal del
recipiente:
QGA G
m2 (pie2)
PASO 4: Calcular el dimetro interno del recipiente:DI 4A
m (pie)
Aproximar el dimetro prctico ms alto prximo (por ej: uno que se
ajuste a un cabezal tamao estndar) y recalcular el rea de la seccin
transversal. La profundidad de las fases lquidas debe escogerse
considerando estos factores.
5.2.1 Proveer tiempo de retencin adecuado para la separacin de
fases.
a. Para separacin de dos fases, proveer un mnimo de:
Un minuto y medio para destilados y petrleo crudo con gravedades
de 40 API o mayor.
Tres minutos para petrleos crudos que sean considerados no
espumosos a condiciones operacionales y gravedades API entre 25
y
40 API.
Cinco minutos para petrleos crudos que sean considerados
espumosos y/o gravedades API por debajo de 25 API. No deben usarse
separadores verticales para servicios con espumeo severo.
b.Para una operacin de tres fases (gas, petrleo, agua), proveer
un mnimo de cinco minutos para la separacin de las dos fases
lquidas. Los separadores verticales no trabajan bien en servicio de
tres fases, de modo que siempre que el espacio lo permita debern
usarse separadores horizontales.
c.Permitir un mximo de 37,8 lt/min. (10 gal/min) de lquido por
pie cuadrado de rea de separacin.
5.2.2 Proveer un volumen de oleaje adecuado.
5.2.3Proveer una profundidad adecuada para evitar que el gas
sople violentamente y dar espacio de separacin suficiente para
evitar el arrastre de lquido.
5.2.4Proveer espacio adecuado para evitar que la fase de agua se
vuelva a mezclar con la fase aceitosa.
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PASO 5: Calcular la tasa de flujo volumtrico del lquido:QL=WL/
L
QLWL=
=tasa de flujo volumtrico de lquido, m3/seg (pie3/seg)
tasa de flujo msico del lquido, kg/seg (lb/seg)
L= densidad del lquido, kg/m3 (lb/pie3) (a temperatura y presin
de operacin).
PASO 6: Calcular el volumen de retencin de lquidos: VL = 60 QL
tH, m3 (pie3)
Donde:
tH = tiempo de retencin del lquido, min. PASO 7: Calcular la
altura del lquido en el recipiente:
VLDonde:
hL
A , m (pie)hL = altura del lquido, m (pie)
VL = volumen de retencin del lquido, m3 (pie3) A = rea de la
seccin transversal, m2 (pie2)
Para los separadores de tres fases deben ejecutarse los pasos 5,
6 y 7 por separado para las fases de agua y petrleo, luego las dos
alturas obtenidas deben sumarse para dar la altura total del
lquido.
La boquilla de entrada debe tener un tamao calculado segn las
frmulas enunciadas por Watkins (ref. 2.1.11)
PASO 8: Calcular la densidad de mezcla (basada en deslizamiento
nulo): mezcla
WL WGQL QG
, kg m3 (lb pie3)
PASO 9: Calcular la velocidad en la boquilla permisible para la
mezcla:Vboquilla 80 mezcla
, m seg. (pie seg)
(Nota: mxima permisible Vboquilla = 9 m/seg. (30 pie/seg) PASO
10: Calcular el dimetro de la boquilla y redondearlo al tamao
estndar:Dboquilla V
, m (pie)
4 (QL QG)
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PASO 11: Estimar la longitud total de costura a costura del
recipiente considerando las relaciones econmicas L/D del recipiente
con el margen desde 2,5 hasta 6. Verificar que la relacin L/D final
computada cae en este margen. Si L es demasiado baja, proveer
arbitrariamente mayor tiempo de retencin de lquido. Si L es
demasiado alta, seguir un diseo horizontal. Siempre que sea posible
las longitudes y los dimetros deben ajustarse para producir tamaos
que coincidan con los diseos estndar de los suplidores del
equipo.
a.La boquilla de entrada debe estar aproximadamente a dos
tercios de la altura de la carcaza por encima de la costura
inferior cabezalcarcaza.
b. La boquilla de entrada debe estar equipada con un dispositivo
deflector pararotar la entrada al separador, para una mejor
desgasificacin del lquido.
c. La distancia mnima entre la entrada y el nivel normal del
lquido debe ser
61 cm (2 pie); debe permitirse un mnimo de 91 cm (3 pie) entre
la entrada y el fondo del extractor de niebla.
La distancia mnima entre la boquilla de entrada y el nivel
normal de lquido debe ser 0,3 veces el dimetro. Debe permitirse 0,6
veces el dimetro entre la entrada y el fondo del extractor de
niebla.
La velocidad del gas en la boquilla de salida debe ser 1827m/seg
(6090 pie/seg) y la velocidad del lquido 1 m/seg (3 pie/seg.)
d. La conexin del drenaje no deber usarse como salida normal de
lquido.
5.3 Separadores horizontales (GasPetrleo)Determinar el tamao de
la seccin de gas como se describe en el prrafo 5.2. PASO 1:
Calcular la velocidad de diseo del gas:
L GVG K
, m seg (pie seg)
PASO 2: Calcular la tasa de flujo volumtrico del gas:QG
WG G , m
3 seg (pie3 seg)
PASO 3: Calcular el rea de la seccin transversal del espacio de
gas en el separador
QGAG
, m2 (pie2)
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PASO 4: El dimetro del recipiente se determina en este punto,
suponiendo la relacin hG/D. Vase Figura 1. En trminos generales,
hG/D ser 0,5. Para petrleos espumosos, usar hG/D
= 0,333 y hL/D = 0,333. La banda restante estar en el centro
delrecipiente y ser para acumulacin de espuma. El tiempo de
retencin del lquido debe ser el mismo que el especificado para
separadores verticales, el cual afectar el valor de hL
seleccionado. Las tablas del Libro de Datos de Ingeniera NGPSA (p.
146 y 147) (Ref. 2.1.5) o tablas similares son tilespara relacionar
dimetros con volmenes parciales. Redondear el dimetro al prximo
valor prctico ms alto y volver a computar el rea de la seccin
transversal. Verificar el tiempo de retencin del lquido para ver si
es razonable.
La altura mnima del espacio de vapor encima del nivel lquido ms
alto debe ser 20% del dimetro del recipiente 30 cm (12 pulgadas),
cualquiera que sea mayor. Si se usa un extractor de niebla, ste
debe colocarse en un plano horizontal por lo menos3845 cm (1518
pulgadas) por encima del nivel mximo de lquido.
PASO 5: Suponer una longitud L costuraacostura de un recipiente.
Las longitudes comunes comienzan con 2,25 m (7,5 pie) y aumentan en
incrementos de 75 cm (2,5 pie).
PASO 6: Calcular el volumen de retencin de lquido VL: VL = AL .
L , m3 (pie3)
PASO 7: Calcular el flujo volumtrico del lquido QL: QL = WL/L,
m3/seg (pie3/seg)
PASO 8: Calcular el tiempo de retencin de lquido, tH VL
tH
60 QL
, min
PASO 9: Ajustar L como sea necesario. Una relacin L/D entre 2,5
y 6 es satisfactoria.
5.4 Separadores Horizontales (GasPetrleoAgua)En los separadores
gaspetrleoagua debe permitirse que el agua y el petrleo se
desprendan uno del otro. Este mismo procedimiento debe aplicarse a
un separador glicolcondensadogas.
PASO 1: Determinar el tamao del rea de gas por el mtodo para
separadoreshorizontales gaspetrleo. Suponer un hG/D arbitrario,
digamos 0,5. Referirse a la Figura 1.
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Los comentarios generales sobre profundidades de lquido y tiempo
de retencin discutidos en el Paso 4 de separadores verticales
tambin se aplican para separadores horizontales. Adems, deben
considerarse los siguientes factores:
5.4.1Despus de haberse establecido las dimensiones para lograr
la separacin requerida, debe proveerse un mnimo de 75 cm (21/2
pies) adicionales de longitud para acomodar: indicadores de nivel,
controles de nivel, vlvulas de drenaje, etc.
5.4.2El contenido de agua del crudo que sale del separador debe
suponerse que es un 5 por ciento de agua por volumen para los
contenidos de agua a la entrada de 10 por ciento o mayor.
PASO 2: Calcular las tasas volumtricas de petrleo y agua (si es
necesario; normalmente son dadas):
Q Wo oWW
, m3 seg (pie3 seg)
QW WPASO 3: Calcular la relacin de rea:Ao QoAw QwPASO 4:
Calcular el rea para flujo de agua:Aw Ao Aw
1 (Ao AW)
, m2 (pie2)
PASO 5: Calcular el rea para flujo de petrleo:
Ao (Ao AW) Aw , m2 (pie2)
PASO 6: Hallar hw en las tablas de rea segmental en el Libro de
Datos de Ingeniera de NGPSA (p. 146, 147).
PASO 7: Calcular la velocidad de elevacin de las gotitas de
petrleo a travs de la fase de agua para algunos tamaos de partcula,
normalmente 150 micrones, por la Ec. (2A) modificada para servicio
de petrleo/agua:.
1, 072 x 104 Do2 ( w Donde:
Vo
o) w , pie minDo = dimetro de las gotitas de petrleo,
micrones
o = densidad de las gotitas de petrleo, g/cm3
w = densidad del agua, g/cm3
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w = viscosidad del agua, centipoise
PASO 8: Calcular la velocidad de asentamiento de las gotitas de
agua en el petrleo para algunos tamaos de partcula, normalmente 150
micrones, por la Ec. (2A) modificada para servicio petrleo/agua:1,
072 x 104 Dw2 ( w Vw
o) o , pie minDw = dimetro de las gotitas de agua, micrones
o = viscosidad del petrleo, centipoise
PASO 9: Calcular los tiempos de retencin de petrleo y agua
mnimos requeridos:
tw hw Vo , min
to
(hL hw)Vw
hoVw , minNOTA: Proveer 5 minutos por lo menos.
PASO 10: Calcular las longitudes requeridas para el recipiente,
suponiendo que slo dos tercios estn disponibles para un
asentamiento efectivo de las partculas.
Lw 3
(60 Qw) twAw
90 Qw twAw
, m (pie)
Lo
90 Qo toAo , m (pie)Seleccionar la longitud mayor de las
dos.
PASO 11: Si es necesario ajustar los niveles de lquido para
proveer un diseo razonable. Ver la nota bajo el paso 9 para
separadores horizontales de gaspetrleo.
PASO 12: Generalmente se usa un recipiente horizontal para
separar dos lquidos inmiscibles del gas y uno de otro
simultneamente; para una buena separacin no debe excederse la
velocidad de asentamiento de 6,1 m/h (20 pie/h).
6 ELIMINADORES DE NIEBLA6.1Ultimamente se han desarrollado
dispositivos para aglomerar las partculas de lquido en una
corriente de vapor, mejorar la separacin y disminuir el arrastre.
Los siguientes tipos de eliminadores de niebla son los ms
comunes:
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6.1.1Tipo de aletas: Los eliminadores de niebla de aleta son
usados para separar gas de las gotitas de lquido arrastradas,
cuando tienen un tamao de 10 micrones o mayor. Muchos fabricantes
aseguran un 100 por ciento de remocin de las gotitas y a menudo es
comn una garanta de arrastre que no excede 13,38 lt/m3 (0,1
gal/MMPCN). La eficiencia de estas unidades disminuye rpidamente
con la presencia de partculas de un tamao ms pequeo que 10
micrones. Aun cuando la aleta de choque es una eleccin mejor que
los eliminadores de niebla de malla de alambre, en presencia de
partculas slidas, la eficiencia de la primera se reduce tambin
substancialmente cuando se encuentran partculas slidas pequeas en
la ausencia de lquidos. A diferencia de las unidades de malla de
alambre, el drenaje de lquido en los eliminadores de niebla tipo
aleta ocurre fuera del flujo del gas, eliminndose el rearrastre del
lquido.
La eficiencia de una unidad tipo aleta depende enteramente de
las configuraciones individuales de la aleta, el ancho y
profundidad de los colectores de lquido y el espacio entre las
aletas. La cada de presin hallada en tales unidades vara
normalmente entre 515 cm (26 pulg.) de agua, dependiendo del tamao
de la unidad.
6.1.2Tipo malla de alambre: Hoy en da se usan frecuentemente los
eliminadores de niebla que contienen una malla tejida de alambre.
El diseo de malla de alambre, est considerado como poseedor de una
eficacia de remocin de las ms altas y se prefiere a los otros tipos
debido a su bajo costo de instalacin. Cambiando el espesor de la
almohadilla, puede manejar varios grados de arrastre requeridos en
la operacin.
Un arrastre de lquido menor que 13,38 lt/m3 (0,1 galones/MMPCN)
de gas puede lograrse con un eliminador de niebla de malla de
alambre debidamente diseado. Dependiendo de la operacin, tiene una
cada de presin mucho ms baja que el eliminador de niebla tipo
aleta. Un margen de cada de presin de 2, 5425,
4 cm (0,11,0 pulgadas) de agua es normalmente observado para
varias condiciones de cargas de lquido y vapor. Este tipo de
eliminador de niebla est considerado como altamente efectivo si la
velocidad del vapor puede mantenerse entre 34, 5 m/seg (1015
pie/seg).
Una desventaja de las unidades tipo malla de alambre con
respecto a los otros, es que si hay slidos pegajosos en la
corriente de gas el sistema es ms propenso a obstruirse. An cuando
el tamao y calidad del sistema de malla de alambre vara
ampliamente, el alambre ms comunmente usado tiene una densidad en
masa de aproximadamente 0,192 g/cm3 (12 lb/pie3), usando un dimetro
de alambre de 0,28 mm (0,011 pulg.) y provisiones para un volumen
de huecos de aproximadamente 98 por ciento. El fabricante siempre
debe ser consultado para un diseo detallado de los eliminadores de
niebla.
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Comnmente se usa una almohadilla de 1015 cm (46 pulg.) de
espesor, dependiendo de las condiciones de proceso, an cuando
pueden usarse espesores de hasta 30 cm (12 pulg.) cuando el
arrastre consiste de neblinas o nieblas muy finas.
6.1.3Tipo centrfugo: El principio de la fuerza centrfuga puede
ser usado con xito, al disear algunos elementos del eliminador de
niebla, para separar el gas de las gotitas de lquido arrastradas.
Se requiere una velocidad de vapor alta para una separacin
eficiente en este tipo de unidad. Suponiendo una velocidad promedio
constante en la unidad, el tipo de la partcula recogida puede
definirse por la ley de Stoke como:
Dp
Vo N (
g )
(4)
Donde:
9 S1
Dp = Dimetro de la partcula recogida, pie.
= Viscosidad del gas, centipoise. S =Paso radial de la partcula,
pie.
Vo = Velocidad promedio del gas, pie/seg.
N= Nmero efectivo de giros dados por la corriente del gas en la
centrfuga. El valor debe determinarse experimentalmente.
1 = Densidad del lquido, lb/pie3.
g = Densidad del gas, lb/pie3.
Normalmente, se usan tubos centrfugos de 5 cm (2 pulg.) de
dimetro en paralelo para obtener una velocidad alta, eliminando as
las partculas ms pequeas posible. Arreglos de tubos centrfugos
mltiples son igualmente efectivos para la remocin tanto de lquido
como de partculas de polvo. Los fabricantes a menudo alegan, que
usando separadores centrfugos, el arrastre de lquido puede ser
reducido a menos de 13,38 lt/m3 (0,1 gal/MMPCN) de gas y tambin es
posible la remocin del 100 por ciento de las partculas de polvo de
tamaos de ocho micrones y ms. Hasta las partculas con un tamao de
dos micrones y mayores pueden ser removidas con una eficiencia del
8085 por ciento en algunos diseos.
La eficiencia de estas unidades aumenta con un aumento en la
velocidad, pero decae muy rpidamente si sta disminuye, como puede
verse en la Ec. 4, donde el dimetro de la partcula es inversamente
proporcional a la raz cuadrada de la velocidad. Esto limita el uso
de separadores centrfugos para aplicaciones donde las cargas de gas
no son ampliamente variables. Adems, la cada de presin en estas
unidades es alta. Normalmente se observa una cada de presin en el
margen de 3570 Kpa (510 lb/pulg2).
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El uso de separadores centrfugos es preferido, por lo tanto,
cuando se encuentra una separacin difcil, esto es entre un gas de
alta densidad 0,15 g/cm3 (unas10 lb/pie3. o ms) y lquido de baja
densidad 0,48 g/cm3 (unas 30 lb/pie3 o menos)y cuando es tolerable
una cada de presin alta.
Debido a la alta velocidad a travs del tubo centrfugo, debe
tenerse cuidado cuando se construyen estos tubos para que soporten
una tasa alta de desgaste abrasivo. Debe usarse acero de aleacin
especial resistente al desgaste para la construccin de las partes
crticas de los tubos centrfugos. Aun cuando los separadores
centrfugos verticales son muy comunes, para ahorrar espacio, para
tasas altas de flujo se prefiere una configuracin horizontal para
evitar problemas de vibracin que pueden hallarse en la tubera. Un
elemento de choque puede usarse a veces con efectividad delante de
estas unidades centrfugas para obtener mejor separacin.
6.1.4Separadores de filtro. El aumento en la demanda de gas de
mejor calidad (con arrastre de gotitas de tamao menor que 5
micrones) ha aumentado dramticamente el uso de separadores de
filtro durante los ltimos aos. Los separadores de filtro usan el
principio de aglomeracin de gotitas de lquido en un medio filtrante
seguido por un elemento eliminador de niebla.
El aglomerador ms comn y eficiente est compuesto de un filtrado
tubular de fibra de vidrio el cual es capaz de retener las
partculas de lquido hasta tamaos de submicrones. El gas fluye
dentro de la parte superior del empaque de filtro, pasa a travs de
los elementos y luego viaja hacia afuera a travs de los tubos. Las
partculas pequeas, secas, son retenidas en los elementos filtrantes
y el lquido se aglutina para formar partculas ms grandes.
Como gua general para determinar el tamao de los filtros, puede
estimarse la capacidad del filtro usando la siguiente ecuacin.
Capacidad, C = 38.400 (P 0,47), MMPCND por pie2 de rea de
filtro. Donde, P = Presin de operacin, lb/pulg2.
El lquido aglomerado en el empaque del filtro es removido por un
elemento eliminador de niebla situado cerca de la salida del
gas.
La eficiencia de un separador de filtro, depende mayormente del
diseo apropiado del empaque del filtro y que este produzca una cada
de presin mnima, mientras retiene su eficiencia de extraccin. Una
cada de presin de aproximadamente 714 Kpa (12 lb/pulg2) es normal
en un separador de filtro limpio. Si estn presentes partculas
excesivas de slido, puede ser necesario limpiar o reemplazar los
filtros a intervalos regulares, cuando se observe una cada de
presin mayor de 70 Kpa (10 lb/pulg2). La remocin del empaque de
filtro debe ser fcil, a travs de un cierre de abertura rpida.
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Los fabricantes de separadores de filtro dan garantas para
remocin del 100 por ciento de las gotitas de lquido de 9 micrones y
mayores y remocin del 99,5 por ciento de partculas en el margen de
0,58 micrones.
Mientras todas las partculas slidas secas de tres micrones y
mayores son removibles, la eficiencia de remocin es de alrededor
del 99 por ciento para partculas ms pequeas que tres micrones.
Para cargas de lquido pesado o cuando los lquidos se condensan
en la interetapa del compresor, se prefiere un separador de filtro
horizontal con un sumidero de lquido, el cual recoge y vierte los
lquidos de entrada separadamente de los lquidos aglomerados.
7 LISTA DE VERIFICACION7.1 EspumosidadLa tendencia a formar
espuma de una mezcla de gaspetrleo gaspetrleoagua afectar
severamente el desempeo del separador. Generalmente, si se sabe que
la espuma es un problema antes de instalar el recipiente, pueden
incorporarse deflectores de espuma como el mtodo ms econmico de
eliminar el problema. Sin embargo, en algunos casos puede ser
necesario resolver un problema en particular usando soluciones ms
efectivas como agregar longitud extra al recipiente o usar aditivos
qumicos. Cualquier informacin que pueda obtenerse sobre la
dispersin de espuma por anlisis de laboratorio del petrleo crudo
antes del diseo del separador ser de mucha ayuda.
A presiones elevadas es menos costoso construir grandes
separadores porque se ahorrara en el espesor del plato carcasa
usado, lo cual reduce los costos de fabricacin.
7.2 Flujo de AvanceAlgunas lneas de flujo de dos fases muestran
una tendencia a un tipo de flujo inestable, de oleaje, que se
denomina flujo de avance. Obviamente, la presencia del avance
necesita capacidad extra de oleaje en el separador.
7.3 Crudo ParafinosoLos petrleos crudos parafinosos pueden
presentar problemas, especialmente si los elementos internos se
ensucian fcilmente.
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7.4 Bajas TemperaturasAun cuando esta condicin no se encuentran
a menudo, la temperatura baja y la presin alta presentan la
posibilidad de formacin de hidratos de gas. Es correcto suponer que
cualquier gas natural o gas asociado contiene vapor de agua al
producirlo y que esta agua puede condensarse y causar formacin de
hidratos. Este rengln debe ser verificado ya que puede ser
necesario el calentamiento para resolver el problema.
7.5 ArenaConsiderables cantidades de arena pueden ser producidas
con el crudo. En los separadores en servicio de petrleo arenoso
deben proveerse aberturas para la limpieza.
7.6 Conexiones de InstrumentosEn todos los casos, debe
asegurarse que las alturas de lquido sean adecuadas para permitir
el espacio necesario para instrumentacin y control.
7.7 DimetroSe evitarn en lo posible los recipientes con un
dimetro menor de 60 cm
(2 pie).
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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice normaFig 1.
SEPARADORES HORIZONTALES (GAS PETROLEO)Fig 2. SEPARADORES
HORIZONTALES (GAS PETROLEO AGUA)(2)
(2A)
W
D
D
L
G
V
G
V
o
2