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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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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .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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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice 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)

boquilla GUIA DE INGENIERIASEPARADORES LIQUIDOVAPORPDVSA 90616.1.027

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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)

G GUIA DE INGENIERIASEPARADORES LIQUIDOVAPORPDVSA 90616.1.027

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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

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