MUESTRA DE CÁLCULOS MANUALES PARA EL DISEÑO DE SEPARADORES VERTICALES Y HORIZONTALES GAS-- PE GAS PETR PETRÓLEO. TRÓL ÓLEO EO..
Dr. Fernando Pino Morales Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Datos: QO = 5 MBNPD QG = 50 MMPCND POPER = 1000 lpca TOPER = 100 F API =40 Z = 0,832 R =10,73 lpca*pie3/lbmol*°R tr = 1,5 min Cálculo de Parámetros: K S La Gravedad Específica del Petróleo K S
K S
!
= 0,8251
141,5
!
131,5 r API
141,5 131,5 40
!
0,8251
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Caudal de Petróleo a condiciones de operación (QO), en pie3 /s
.O
!
5 x10 3 ( BN P ) x5,6146 ( PC )(día ) (día )( BN P )86400 ( s)
!
¨ pie 3 ¸ ¹¹ ª s º
0,3249 ©©
Caudal de Gas a condiciones de operación (QG), en pie3 /s
V G
1000 (lpca ) x 0,7 x 28,97 (lb )(lbmol )( R )
!
!
(lbmol ) x 0,832 x10,73(lpca )( PC ) x560( R )
¨ lb ¸ 3 ¹ ie i e P ª º
4,06©
¨ pie 3 ¸ ¹¹ ! 7,61©© .G ! ( día ) x379,6( PCN )(lbmol ) x 4,06(lb)86400( s ) s ª º 7
5 x10 ( PCN )(lbmol )0,70 x 28,97(lb)( PC )(día )
F
racción Volumétrica de petróleo Alimentado al separador P P !
Qo Qo QG
= (0,3249 pie pie3/s) / (0,3249 pie pie3/s + 7,6222 pie pie3/s) = 0,0409
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Densidad del Petróleo
Vo
! o
V G
!
, en lb/pie3
* 62,4 lb lb/p /pie ie 3= 0,8251 0,8251**62,4 lb lb/p /pie ie 3 = 51,4845 lb lb/p /pie ie3
Densidad del Gas
VS
VG , en lb/pie 3
P OP * 28,96* K G =4,06(lb /pie ie3) =4,06(lb/p r R * Z * T OP
Velocidad Crítica del Gas V C , en pie/s
V C
!
F 1 * ( VS V G ) /( VG )
= 0,5369 pie pie//s
Área vertical requerida para el flujo de gas por encima del NAAO en pie2
AG = QG / VC= (7,6222 pie3/s.) / (0,5370 pie/s) = 14,1955 pie 2 Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Volumen de retención de petróleo entre NAO-NBO , en pie 3
Vr1 = QO * tr * 60 s = 0.3249 pie 3 /s *(1,5 s)*60 s = 29,2426 pie 3 Volumen de retención de petróleo al accionarse una alarma , en pie3
Vr2 = QO * 600 s =0,3249 pie 3 /s * 600 s = 194,9508 pie 3 Volumen de retención máximo entre NAAO-NBBO , en pie 3
r = = Vr 1 + Vr 2 Vr
= 29,241pie 29,241pie3 + 194,94 pie pie3 = 224,1934pie 224,1934pie3
Diámetro del separador (DS), en pie
DS = (4 (4** AG / 3,1416) 3,1416)1/2= (4 (4** 14,1940 pie pie2 / 3,1416) 3,1416)1/2 = 4,2512 pie pie Como es Como este te di diám ámet etro ro no ex exis iste te co come merc rcia ialm lmen ente te,, se redondeo a uno comercial,, por arriba, más ce comercial cerrca cano no;; por lo tanto el diámetro del sep se par arad ador or ut util iliz izad ado o fu fue e de 4,2651 pie pie Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Alturaa del petróleo Altur petróleo entre NAAO NAAO NBBO, en pulg
hN AAO-NBBO
=( 4 * Vr r // p* (D S)2 ) * 12 pulg
hN AAO-NBBO
=( 4 * 224,181 pie pie3 / 3,1416 * (4,251 (4,2512 2 pie)2)* 12 pulg
hN AAO-NBBO
= 188,3031 pulg pulg
Altura desde el FS-NAAO, en pulg
hFS-N AAO hFS-N AAO
= hN AAO-NBBO + hNBBO
= 188,2919 pulg + 9 pulg = 19 197 7,3031 pulg
Velocidad de entrada de la mezcla, en pie/s
V E
M
!
60 V M
??????? ??????? ??
= 24,5069 pie pie//s
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Velocidad de salida del gas, en pie/s
V S G
!
60 4 , 0550 lb / pie 3
= 29,7 29,7960 pie pie//s
Velocidad de salida del petróleo, en pie/s
VSO = 3 pie/s
Diámetro de la boquilla de entrada, en pulg
D BOQE BOQE N T T
!
¨ 4 v 7,9471 pie3 / s ¸ ©© ¹¹ v 12 pu lg ª 3.1416 v 24,5053 pie / s º
= 7,7110 pulg pulg
Como este diámetro no existe comercialmente, se redondeo a uno comercial, por arriba, más cercano; por lo tanto el diámetro de la boquilla boqui lla de entrad entradaa utiliza utilizado do fue fue de de 8 pulg pulg Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Diámetro de la boquilla de salida del gas, en pulg pu lg
¡
¢
£
¤
S G
S G
¨ 4 v Q g ¸ ¹¹ v 12 pu lg ! ©© ª T v V sg º
3 ¨ 4 v 7,622 pie / s ¸ ¹¹ v 12 pu lg = ! ©© ª 3,1416 v 29,7959 pie / s º
6,8485 pulg pulg
Como es Como este te di diám ámet etro ro no ex exis iste te co come merc rcia ialm lmen ente te,, se re redo dond ndeo eo a un unoo comercial, por arriba, más cercano; por lo tanto el diámetro de la boquilla de salida del gas utilizado fue de 8 pulg Diámetro de la boquilla de salida del petróleo, en pulg
D BSO
!
¨ 4 v Qo ¸ © ¹ v 12 pu lg ª T v V so º
D BSO BSO
!
¨ 4 v 0,3249 pie3 / s ¸ ©© ¹¹ v 12 pu lg ª 3,1416 v 3 pie / s º
= 4,4561 pulg pulg
Como es Como este te di diám ámet etro ro no ex exis iste te co come merc rcia ialm lment ente, e, se re redo dond ndeo eo a un unoo comercial, por arriba, más cercano; por lo tanto el diámetro de la boquilla de salida del gas utilizado fue de 6 pulg Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Altura desde NAAO-Boquilla Entrada, en pulg
hNAAOO-BOQE -BOQENT
= DBOQ BOQ ENT
hNAAOO-BOQE -BOQENT
= 8 pulg
Alturaa desde la boquilla Altur boquilla de entrada fondo malla, malla, en pulg
Ár ea ea
hBOQENT-FM -FM
= 0,5 * DS *12 pulg
hBOQENT-FM -FM
= 0,5 * 4,2651 *12 pulg = 25,5906 pulg
de la malla, malla, en pie2 AMalla AMalla
= QG / VC
= 7,622 / 7,622 / 0,5 0,5370 370 = 14,1950 14,1950 pie2
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR VERTICAL Diámetro de la malla, en pie
DMalla = DS DMalla = 4,2651 pie
Distancia mínima permisible permisible entre el tope de la malla y la boquilla de salida de gas, en pulg pu lg
ho=
(F8 * DMalla ± ± DBS BSG G) / (2) pie ± ± 8 pulg pulg)) / (2) = 21,5906 pulg ho= (12 pulg * 4,2651 pie
Altura efectiva de separación del separador, en pie
/(F (F25) LEFF=(hFS +hNAA FS--NAA -BOQENT+DBOQENT+hFMALL -BoqEnt+eMalla+ho) / NAAL L NAAL L-BOQE LLA A-B LEFF=(197,2919
pulg+8 pulg+8 pulg+25,5906 pulg+6 pulg+21,5906 pulg ) / 12 LEFF =
22,2061 pie
Como esta longitud no existe comercialmente, se redondeo a uno comercial, por arriba, más cercano; por lo tanto la longitud efectiva de operación utilizada fue de 22,5 pie Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Datos: QO = 7,5 MBNPD QG = 74 MMPCND POP
= 1000 lpca
TOP
= 100 F
( al air e) API
=40
Z = 0,98 R =10 10,7 ,73 3 lpca lpca**pie3 / lbmol*R lbmol*R tr = 1,5 min
Cálculo de Parâmetros : La Gravedad Específica del Petróleo K S
!
K S :
141,5 131,5 r API K S !
141,5 131,5 40
! 0,8251
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL
Caudal de Petróleo a condiciones de oper aci ación (Q (Qo o), en pie3 /s: 7 , 5 x 10 3 BN ¥
.o !
) x 5 , 6146 ( pie
( día )( BN ¥
3
)( día )
) x 86400 ( s )
¨ pie 3 ¸ ¹¹ ! 0 , 49 ©© ª s º
Caudal de Gas a condiciones de oper aci ación (QG), en pie3 /s: .G
Tasa
!
7 , 4 x10 7 ( PC N )( lbmol ) x 0 ,7 x 28 ,97 ( lb )( PC )( día ) ( día ) x 379 ,6 ( PC N )( lbmol ) x 3, 44 ( lb ) x 86400 ( s )
!
¨ pie 3 ¸ ¹¹ ª s º
13 ,30 ©©
Másica Má sica del Petróleo y Gas Gas
W G= W 0 ! V o.0 !
Caudal
.O x V G
13 ,30 ( pie 3 ) x 3, 44 ( lb ) ( s )( pie )
0,49( pie 3 ) x0,8251 x62,4(lb) ( s )( pie 3 )
3
¨ lb ¸ ! 45 , 75 © ¹ ª s º
¨ lb ¸ ! 25,23© ¹ ª s º
de la Mezcla (Qm.), en pie3 /s: ¨ pie 3 ¸ ¹¹ ª s º
. M ! . o . G ! 0 , 49 13 ,30 ! 13 , 79 ©©
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL racción Volumétrica de petróleo Alimentado al separador P :
F
P
!
.o . o . G
!
0,49 0,49 13,30
!
3,55x10
2
Dens nsiidad del Pet etrróleo , en lb/p /piie3
V o = 0,8251* 0,8251*62,4 lb lb/p /pie ie 3 = 51,4845 lb lb/p /pie ie3
Densidad del Gas , en lb/pie3:
V G
!
P OP * 28 , 96 * K G r R * Z * T OP
Densidad
1000 ( lpca ) x 0 ,7 x 28 ,97 ( lb )( lb ol )( R ) ¦
!
3
0 ,98 x10 , 73 (lpca )( pie ) x 560 ( R ) x (lb ol ) ¦
!
¨ lb ¸ ¹ 3 ¹ pie ª º
3, 44 ©©
de la Mezcla , en lb/pie3: V M
!
« (W L W g ) » 46,37 25,33 ¨ lb ¸ ! 5,20© ¬ ¼! © pie3 ¹¹ ¬ (. L . g ) ½¼ 13,30 0,49) ª º
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Velocidad Crítica del Gas , en pie/s:
Y C ! 0,157
( V o V G ) V G
! 0,157
(3,44 51,49) 3,44
! 0,63 pie / s
Área vertical requerida para el flujo de gas por encima del NAAO en pie2
A G !
.G Y C
!
13 , 3 ( pie
3
)( s )
( s ) 0 , 63 ( pie )
! 21 ,11 ( pie
2
)
Volumen de retención de petróleo entre NAO-NBO , en pie 3
/s.*(1,5 Vr 1 = QO * tr * 60 s= 0,4874 pie3 /s. *(1,5 s)*60 s = 43,8639 pie3
Volumen de retención de petróleo al accionarse una alarma , en pie3
Vr 2 = QO * 600 s= 0,4874pie 0,4874pie3 /s. * 600 s = 292,4262 pie3
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL de r etenci etención máx áximo imo entr e NAAO-NBBO , en pie3
Volumen
Vr = Vr 1 + Vr 2 = 43,8639 pie3 + 292,4262 pie3 = 336,2901 pie3 Longitud
efectiva de oper aci ación LEFF en pie
Como la POP >500 lpca ca,, entonces la relación a utilizar es 4,0 F24*LEFF / D 6,0 Diámetr o
del separ ado ador asumido: DS = 6, 6,23 2336 36 pie F24*LEFF = 4 pie LEFF = (4 (4**6,2336 6,2336)) / 1 = 24,9344 pie
Pero como esta longitud efectiva no existe comercialmente, se redondea a una un a lo long ngit itud ud co come merc rcia iall, por arrib iba a, más cercana. Siendo esta longitud igual a 25 pie.
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Área vertica verticall entre el NBBO NAAO, en pie2
ANBBO-N AAO = Vr /LEFF ANBBO-N AAO = 336,2901 pie3/ 25 pie = 13,4516 pie2
Área fraccional de la sección transversal entre el FS-NBBO (A1*)
R1* R1*
= hNBBO / DS
= (9 pulg. /12 pie) / 6.2336 pie = 0,120 0,120;; con este valor se busco bus co en la Tabla Tabla A1* = 0,0680
Área del separador (A S), en pie2
AS = (3,1416 *(DS)2) / 4 AS = (3,1416 (3,1416**(6,2336 (6,2336))2) / 4 = 30,5198 pie2
Área vertical entre el NBBO- FS, en pie2
AFS-NBBO = ( A A1*) * AS AFS-NBBO = 0,0680 *30,5198 pie2 = 2,0753 pie2 Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Área de la sección transversal vertical disponible para el gas en pie2
ADG = AS - ( A AFS-NBBO + ANBBO-N AAO) ADG = 30,5198 pie2 - (2,0 (2,07 753 pie2 + 13,4516 pie2) =14,9919 pie2
Se comparo esta área con el Área vertical requerida para el flujo de gas por encima del NAAO (AG) y se determino que esta área es menor que la requerida, lo que indica que el diámetro asumido es muy pequeño; por lo quee se de qu debi bióó asu sumi mirr un di diááme mettro mayor al an antter erio iorr y re repe pettir el procedimiento Longitud efectiva de operación LE FF en pie
Como la POP >500 lpca ca,, entonces la relación a utilizar es 4,0 F24*LEFF / D 6,0 Diámetro del sep separador asumido: DS = 6,561 6,5617 7 pie F24*LEFF = 4 pie LEFF = (4 (4**6,561 6,5617) 7) / 1 = 26,246 26,2467 7 pie
Pero como como esta longitud efectiva no existe comercialm comercialmente, ente, se redondea a una longitud comercial, comercial, por arriba, más cercana. Siendo esta longitud igual a 27,5 pie Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Área verti vertical cal entre el NBBO NAAO, en pie pie2
ANBBO-N AAO = Vr /LEFF ANBBO-N AAO = 336,2901 pie3/ 27,5 pie = 12,228 12,2287 7 pie2
Área fraccional de la sección transversal entre el FS-NBBO (A1*)
R1* R1*
= hNBBO / DS
= (9 pulg. /12 pie) / 6,561 6,5617 7 pie = 0,114 0,114;; con este valor se busco en la
Tabla A, el valor de A1*: A1* = 0,0631
Áre Á reaa de dell se sepa parrad ador or (AS), en pie2
AS = (3,1416*(DS)2) / 4 AS = (3,1416 * (6,5617)2) / 4 = 33,8160 pie2 Áre Á reaa ve verrti tica call en entr tree el NB NBB BO-FS, en pie2
AFS-NBBO = (A1*) * AS AFS-NBBO = 0,0631 * 33,8160 pie 2 = 2,1338 pie2 Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL ea Ár ea 2 pie
de la sección tr ansve ansver sal sal ver tical tical disponible par a el gas en ADG
ADG
= AS ± (AFS-NBBO + ANBBO-NAAO)
= 33,8160 pie2 ± (2,1338 pie2+ 12,2287 pie2) = 19,4535 pie2
Se comparo esta área con el Área vertical vertical requerida para el flujo de gas por encima del NAAO (AG) y se determino que esta área es menor que la requerida, lo que indica que el diámetro asumido es muy pequeño; por lo que se debió asumir un diámetro mayor al anterior y repetir el procedimiento efectiva de oper aci ación LEFF en pie Como la POP >500 Lpca ca,, entonces la relación a utilizar es 4,0 4,0F F24*LEFF / D 6,0 Diám Di ámet etrro de dell se sep par arad ador or as asum umid ido: o: DS = 6,8898 Pie F24*LEFF = 4 pie LEFF = (4 (4**6,8898 6,8898)) / 1 = 27 27,5591 pie pie Longitud
Pero co Per com mo est sta a lo long ngiitu tud d efe fect ctiv iva a no ex exis iste te co com mer erc cia ialm lmen ente te,, se redondea a una un a lo long ngit itud ud co come merc rcia iall, por ar arri riba ba,, más ce cerrca cana na.. Sie ien ndo es esta ta lo long ngit itud ud ig igu ual a 30 pie Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL ea Ár ea
ver tical tical entr e el NBBO BBO ± ± NAAO, en pie2 ANBBO-NAAO ANBBO-NAAO
Ár ea ea
= Vr /LEFF
= 336,306 pie3 / 30 pie = 11,2097 pie2
ver tical tical entr e el NBBO ± NAAO, en pie2 ANBBO-N AAO = Vr /LEFF ANBBO-N AAO = 336,306 pie3/ 30 pie = 11,209 7 pie2 11,2097
Ár ea ea
del separ ado ador (AS), en pie2 AS = (3,1416 (3,1416**(DS)2) / 4 AS = (3,1416 (3,1416**(6,8898 (6,8898))2) / 4 = 37,2819 pie2
ea Ár ea
ver tical tical entr e el NBBO-FS, en pie2 AFS-NBBO = ( A A1*) * AS AFS-NBBO = 0,0591 * 37,2819 pie2 = 2, 2,20 2034 34 pie2 Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Ár ea ea pie2
de la sección tr ansve ansver sal sal ver tical tical disponible par a el gas gas,, en
ADG
= AS ± (AFS-NBBO + ANBBO-NAAO )
ADG
= 37 37,2 ,281 819 9 pie2 ± (2,2034 pie2+ 11,2097 pie2) = 23,8689 pie2
Se co comp mpa ar o esta ár ea ea con el Ár ea ea ver tical tical r eque equer ida ida par a el flujo de gas por encima del NAAO (AG) y se deter mino mino que esta ár ea e a no es significativamente may mayor que la r eque equer ida, ida, por lo que se deter mino mino u n % err or entr e am amba bas s ár eas, eas, da dand ndo o co como mo r esul e sulta tado do un err or por centual centual menor al 6%, por centaje centaje aceptable en la industr ia. ia. Este % err or se deter mino mino de la siguiente maner a: a: % Err or = ((ADG - AG / AG) * 100% 100% % Err or = ((23,8689 pie2 ± 22,6557 pie2) / 22,6557 pie2) * 100% 100% % Err or = 4,0308 %
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL ea Ár ea
ver tical tical de petróleo r eque equer ida ida entr e FS-NAAO, en pie2
AFS-NAAO
= AFS-NBBO + ANBBO-NAAO
AFS-NAAO
= 2, 2,19 1997 97 pie2 + 11,2102 pie2 = 13 13,4 ,413 130 0 pie2
ea Ar ea
f r a ansver sal sal entr e el FS-NAAO, en pie2 raccional ccional de la sección tr ansve
A2*
= AFS-NAAO / AS
A2*
= 13 13,4 ,409 099 9 pie2 / 37,2823 pie2 = 0,360
Con este valor se busco en la Tabla A, el valor de R2*, per o como no apar eci eció dir ecta ectame ment nte e en la ta tabl bla a, entonces se inter polo polo entr e los dos do s nú núme mer os o s qu que e lo co cont nten enía ían. n. Par a ello se uso la siguiente ecuación: Númer os os que contenían el valor calculado y la ecuación utilizada par a obtener R2* *
A2* 0,385 0,355 0,360 0,390 0,361 R2
*
= (0,390±0,385) (0,390±0,385)/(0,361/(0,361-0,355) 0,355)*(0,360(0,360-0,355) 0,355)+0,385= 0,385 = * R2 =0,389 R2
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Distancia
ver tical tical entr e el FS - NAAO, en pulg hFS-NAAO
hFS-NAA NAAL L
= R2* * DS * 12 pulg
= 0,389 * 6,8898 pie * 12 pulg. = 32,1614 pulg
ea ver tical tical entr e el NBBO-NBO, en pie2 Ár ea ANBBO-NBO ANBBO-NBO
ea Ár ea
ea Ár ea
= (Qo * 300s 300s) / LEFF
= (0,4874 *300 s) / 30 pie = 4,8738 pie2
ver tical tical entr e el NAAO-NAO, en pie2 ANAAO-NAO
= ANBBO-NBLO
ANAAO-NAO
= 4,8738 pie2
ver tical tical entr e el NAO-NBO, en pie2 ANAO-NBO ANAO-NBO
= Vr 1 / LEFF
= 43,8639 pie3 / 30 pie = 1,4621 pie2
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Ár ea ea
ver tical tical entr e el FS-NBO, en pie2
AFS-NBO
= AFS-NBBO
AFS-NBO
= 2, 2,20 2034 34 pie2
+ ANBBO-NBO +
pie2 4,8738 pie2 = 7, 7,07 0771 71pie
ea ver tical tical entr e el FS- NAO, en pie2 Ár ea AFS-NAO
= AFS-NBO
AFS-NAO
= 7, 7,07 0771 71 pie2 + 1,4621 pie2 = 8, 8,53 5393 93 pie2
ea Ár ea
+ ANAO-NBO
f r a ansver sal sal entr e el FS-NBO, en pie2 raccional ccional de la sección tr ansve
A3*
= AFS-NBO / AS
A3*
= 7, 7,07 0771 71 pie2 / 37,2819 pie2 = 0,1 ,19 90
Con este valor se busco en la Tabla 1 del Apéndice A, el valor de R3*: R3* = 0,245 Distancia
hFS-NBO
ver tical tical entr e el FS-NBO, en pulg
= R3* * DS * 12 pulg
hFS-NBO =
0,245 * 6,8898 pie * 12 pulg. = 20 20,2 ,239 394 4 pulg
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL ea Ár ea
f r a ansver sal sal entr e el FS-NAO, en pie2 raccional ccional de la sección tr ansve A4* A4*
= AFS-NAO / AS
= 8,5359 pie2 / 37,2819 pie2 = 0,229
Con este valor se ubico en la Tabla R4*:
A,
el valor de la altur a de esa ár ea ea
R4* = 0,280 Distancia
ver tical tical entr e el FS-NAO, en pulg FS-NAO
hFS-NAO
= R4* * DS * 12 pulg
= 0,280 * 6,8898 pie * 12 pulg = 23,1497 pulg
Velocidad de ent ntrrada de la mez ezcl claa, en pie/s
V E M
!
60
V M
V E §
M
60
!
5,1424lb / pie
Velocidad de salida de dell gas, en pie/s
V S ¨
G
!
3
! 26,4588 pie / s
60 3.4426lb / pie
3
! 32,3378 pie / s
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Velocidad
de salida del petróleo leo,, en pie/s VSO = 3 pie/s
Diámetro de la bo boq qui uillla de ent ntrrada, en pul ulg g
D BOQE BOQE N T T
!
¨ 4 v Qm ¸ © ¹ v 12 pu lg © T v V ¹ BOQE BOQE N T T º ª B Q E N ©
¨ 4 v 13,9545 pie 3 / s ¸ ¹¹ v 12 pu lg ! 9,7700 pu lg ! ©© ª 3,1416 v 26,5183 pie / s º
Como este diámetro no existe comercialmente, se redondeo a uno comercial, por arriba, más cercano; por lo tanto el diámetro de la boquilla de entrada utilizado fue de 10 pulg Diámetro de la boquilla de salida del gas, en pulg
D BSG BSG
!
¨ 4 v Q g ¸ ©© ¹¹ v 12 pu lg ª T v V sg º
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Diámetro de la boquilla de salida del petróleo, en pulg
D BSO BSO
BS
!
!
¨ 4 v Qo ¸ © ¹ v 12 pu lg ª T v V so º
¨ 4 v 0 , 4874 pie 3 / s ¸ ©© ¹¹ v 12 pu lg ! 5 , 477 pu lg ª 3 ,1416 v 3 pie / s º
Como es Como este te di diám ámet etro ro no ex exis iste te com omer erci cial alme ment nte, e, se re redo dond ndeo eo a un unoo comercial, por arriba, más cercano; por lo tanto el diámetro de la boquilla de salida del petróleo utilizado fue de 6 pulg ea Ár ea
de la malla, malla, en pie2 AMalla = QG/ VC AMalla = (13,28 (13,287 76 pie3/s) / 0,5865 pie ie//s = 22,655 22,6557 7 pie2
Ancho de la malla, en pulg
a Malla
! 12 pu lg
aMalla
v 22,6557 pie 2
! F 25 !
v
A M all a
57,1176 pu lg Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL mínima per misible misible entr e el Tope de Malla alla-B oquilla de salida -Boquilla gas,, en pulg gas Distancia
ho = ho = Distancia
(DMalla ± DBSG) / (2)
(57,1176 pulg. pulg. ± ± 10 pulg pulg)) / (2) = 23,5588 pulg
ver tical tical disponible entr e el Fondo Malla alla--NAAO, en pulg hFM FM--NAAO =
hFM FM--NAAO =
DS - hFS FS--NAAO - ho - eMalla
(6,8898 *12) -32,1614 -32,1614 -23,5588 -23,5588 - 6 = 20,9569 20,95 20, 9569 69 pulg
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL de Separ ado ador es es Hor izontales izontales de Gas as-- Petróleo leo-- Agua. En. la figur a 26 se pr esenta esenta un Separ ado ador Hor izontal izontal Gas as-- Petróleo leo-- Agua Diseño
Separador Horizontal GasGa s- Pe Petr tról óleo eo-- Ag Agua ua
En estos separ arad ador ores es se ha de permitir que el agua y el pet etrróle leo o se de des spren enda dan n un uno o del otro. Lueg ego o, entonces para inicial el diseño de estos separ arad ador ores es Se parte de un valorr arb valo arbitr itrario ario (hg/D=0,5 =0,5)). La velocidad crítica del gas se det ete ermina, por algunas de las ecu ecuaci acione ones s señ señala aladas das Ant Anteri eriorme ormente nte.. ( A AL)= ár área ea di dis sponible para el líquido en (p (pie ie2) y (L) L)= = es la longitud del separ arad ador or en pies Los pie ies s ad adic icio iona nale les s de lo long ngit itud ud,, es esp pacio que qu e se ut util iliz izar ará á par ara a ac acom omod odar ar lo los s in indi dic cad ador ores es de ni nive vell, co cont ntro role les s de ni nive vell, vá válvu lvulas las de dren dr enaj aje e et etc c Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL b.- El contenido de agua del cr udo b.udo que sale del separ ado ador , no debe de ser ma may yor al 5%(V / /V) V) La tasa volumétr ica ica del agua se deter mina mina por :
¨ W W ¸ ¹¹ .W ! ©© ª VW º Para determinar la relación de áreas entre el agua y petróleo, se tiene que: ¨ A0 ¸ ¨ . O ¸ ©© ¹¹ ! ©© ¹¹ ª AW º ª .W º
El área para flujo de agua es:
A
W
A
!
1
O
A
A
O
/ A
W W
El Área para el flujo de petróleo se determina, según lo siguiente AO= (AO+ Aw)- Aw
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Par a
deter mina minar la ve velo loci cida dad d de elev elevac aciión de las gotitas de petróleo a tr avés avés de la fase de agua, agua, par a un tamaño de par tículas tículas de 150 micr ones), ones), se utiliza: 4
Y0 !
1,072 x10 x D0 ( VW V 0 ) 2
QW
La veloc velocidad idad de asenta asentamient mientoo de las gotas de agua en el petróle petróleoo para un tamaño de partículas partículaYs de 150 micrones es: Yw !
2 1,072 X 10 4 xDW ( VW V 0 )
Q 0
El tiempo de retención mínimo requerido para el petróleo: t W
¨ hW ¸ !© © Y ¹¹ ª O º
La velocidad de elevación del petróleo se puede determinar, también por la siguiente ecuación:
Y A xL o
o
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL El tiempo de retención mínimo requerido para el agua es: t 0
!
¨ h0 ©© ª Y W
¸ ¹¹ º
La velocid velocidad ad de ase asenta ntamie miento nto del agu agua, a, se det determ ermina ina,, por la sig siguien uiente te fórmula:
Y
=hw x L Para un asent asentamie amiento nto efecti efectivo vo de las part partícula ículass es: LW
w
¨ 60 xt W x.W ¸ 90 x.0 xt o ¹¹ ! © AW A0 ª º
!©
L0
!
3 ¨ 60 xt 0 x.0 ¸
90 xt o x.0
Ao
A0
©© 2ª
¹¹ ! º
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Sección de Manejo de Fluidos: Existen ocasiones, en que la sección de manejos del fluido líquido del separador tendrá un tamaño basado en el tiempo de retención. También hay ocasiones en que el separador tiene como función no solo separar fases, sino que también puede servir como compensador del líquido amortiguando las variaciones del flujo, de tal forma que los controles automáticos del separador aguas abajo puedan oper op erar ar co conn no má máss de un mi minu nuto toss de pe pert rtur urba baci ción ón.. La ve velo loci cida dadd de asentamiento, para lo cual se obtiene la siguiente ecuación: Y t !
4 x g xD P ( V p V ) 3C
La ecuación se utilizará utilizará de dos formas, ambas forman se se sustentan en que las bu burb rbuj ujaas de dell lílíqu quiido que sub uben en o caen a tra ravvés de dell lílíqu quiido, se fundamentan en un flujo de tipo flujo laminar, lo cual es válido cuando las partículas son de tamaño pequeño, la fórmula matemática queda: Y t !
g x D P ( V V P ) 18 Q
( subiend o )
Y t !
g xD P ( V p V ) 18 Q
(bajando ) Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL Para cuantificar el (trl) se pueden utilizar pruebas de campo, al no disponer de datos de campo se puede utilizar la ecuación de Stokes:
Y P !
(18,5) x ( DP 2 )( V1 V 2 ) Q
Problemas de operación de los separadores. Los principales problemas de operación de los separadores causan problema para y hacen disminuir la eficiencia del proceso de separación, y que además trae graves problemas para los procesos posteriores, y son: a.- Crudos Espumosos .Uno de los puntos que se recomienda tener en cuenta en el manejo de los separadores, son las causales de la formación de espumas b.-- Pr b. Pres esen enci ciaa de Ar Aren enaas: Los principales problemas son: 1.- Taponamiento de los dispositivos internos del separador 2.- Erosión y corte de válvulas y líneas 3.- Acumulación en el fondo del separador Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL c.- Velocidad de Erosión La fórmula para determinar la velocidad de erosión C Ye ! V f d.- Pa d.Paraf rafin inas as.. e.- Emul Emulsio siones nes.. f.- Escape de Líquido y Gas g.-- Pr g. Prob oble lema mass de Ar Arra rast stre re El arrastre es un fenómeno complejo complejo donde gran cantid cantidad ad de variables entran en juego Consec secuenc uencias ias del Arr Arrastr astree Con Determinación de las Condiciones Óptima de Separación de Petróleo y Gas Por lo general, cuando se habla de las condiciones óptimas, se refiere a los parámetros presión y temperatura La presión óptima de un separador es aquella que estabiliza en fase líquida el máximo número de moles de mezcla. De acuerdo a la definición, a la presión óptima se obtiene: a.- Máxima producción de petróleo b.- Máxima gravedad API del crudo c.- Mínima relación gas - petróleo d.- Mínimo factor volumétrico del petróleo Dr. Fernando Pino-
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL La presión del separador esta sujeta a control directo por medios medios de instrumentos instrumentos regulado regu reguladores ladores res de presión. presi pre sión ón. La tempera temperatura tura se determina dete de term rmin inaa con con el fluido que entra al separador.. YY ..en separador en ciertos casos casos la temperatura del separador separador es controlada por calentamiento o refrigeración. refrigeración. Proceso de Separaci Proceso Separación ón GasGas- Petróleo Petróleo:: Si el proceso proceso de separaciónseparación- gas gas-- petróleo es de dos etapas de separación, en este caso se recomienda seguir los siguientes pasos aa...- Se calcula la compos composición ición en moles de líquido y vapor por mol de petróleo del yacimiento b.b. .- Se toma la fase líquida del separador cuya composición se ha calculado y se determina la composición y los determina los moles de líquido líquido y vapor a las condiciones de P y T del tanque. tanque. c..-- Se determina el volumen de una libramol. c. libramol. Este volumen se determina a través del peso molecular aparente del petróleo del yacimiento la densidad del petróleo petróleo a condiciones de presión y temperatura del yacimiento para ello se utiliza la fórmula V
l
!
M
V
0 Y
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MUESTRA DE CÁLCULOS SEPARADOR HORIZONTAL d.- El volumen volumen por mol mol de cada compon componente ente se obtiene: obtiene: VMi =Mi/ VLi e.- Se calc e.lcul ulaa el Fa Fact ctor or Vo Volu lum mét étri ricco (B (Bo) o) a ca cada da pr pres esió iónn del se sepa parrado dorr considerada y a temperatura del separador, según la fórmula siguiente: B0 !
V l V T
Callcul Ca ulo o de la Graveda dad d de dell Petróleo en el Tanq nqu ue
K 0
!
V 0 62,4
API !
141,5 K 0
131,5
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