Facilidades de Producción Diseño de Equipos

 

Universidad Central del Ecuador  Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental Escuela de Petróleos Facilidades de Producción

DISEÑO DE EQUIPOS Ing. Atahualpa Mantilla Integrantes: • • • • •

         

Bermeo Be rmeo Andr Andrés és Cajamarca Franklin García Kelly Ruiz Jefferson Tacuri Ange Tacuri Angell 2019-2019

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Objetivos •  Mediante

una comprensión de la terminología relacionada con el área de las separaciones físicas de fluidos, realizar  el diseño de un Separador Bifásico Horizontal •   Programar el código computacional para diseño y evalua eva luación ción del equipo equipo de separa separació ción n med median iante te modelo modelos s clásicos. herramienta computacional •   Verificar el funcionamiento de la herramienta con el ejemplo descrito en la literatura. los procesos de Manejo, Tratamiento y •   Analizar  Almacenamiento de Crudos y los diseño •  Entender el funcionamiento y principio de un deshidratador  electrostático

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¿Que es un Separador? Recipiente que separa los fluidos del pozo en gas y líquido total. Un separador de dos fases puede ser horizontal, vertical v ertical o esférico. El líquido (petróleo, emulsión) sale del recipiente por el fondo a través de una válvula de control de nivel o de descarga. El gas sale por la parte superior del recipiente y pasa a través de un extractor de niebla para retirar las pequeñas gotas de líquido del gas. Los separadores se pueden clasificar según su presión operativa. 

Las de baja presión manejan presiones de 10 a 180 psi [69 a 1241unidades kPa].  Los separadores de media presión operan de 230 a 700 psi [1586 a 4826 kPa].  Las unidades de alta presión manejan presiones de 975 a 1500 psi [6722 a 10.342 kPa].

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Función de los Separadores Los separadores de mezcla gas/líquidos forman parte de un gran grupo de equipos que involucran los procesos físicos de separación de fases: •   Sólidas •   Líquidas •   Gaseosas Se diseñan equipos para las diferentes gas-líquido, sólidosóli só lido do, , sólid sólidoo-lí líqu quid idoo-ga gas. s.separar El prop propós ósito ito esen esenci cial alfases: de todo to do se sepa para rado dor r es liberar la fase deseada tan completamente de las otras, como sea posible y para esto hay que seleccionar el proceso físico adecuado.

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Clasificación General de los Separadores

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Clasificación Según sus Fases Bifásico

Trifásico

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Separadores Bifásicos Son re Son reci cipi pien ente tes s ca capa pace ces s de sepa separa rarr el ga gas s y lí líqu quid ido o inmi inmisc scib ible le.. Se emplean para dejar lo más libre posible el gas del petróleo y viceversa a presiones y temperaturas definidas.

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Separador Horizontal El fluido entra al separador y choca con el deflector interno causando la separación, a esto se le llama la separación inicial del líquido y vapor, la fuerza de gravedad causa que el líquido se vaya hacia el fondo y el gas vaya hacia el domo del recipiente. La recolección de líquido en el fondo provee un tiempo de retención del cual ayuda a que los gases y líquidos encuentren el equilibrio a una presión.

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Ventajas de un Separador Horizontal •   La

dirección del flujo no se opone al drenado en la extracción de neblina.

•   Gran

control de turbulencia.

•   Mejor manejo para la retención de •  Mayor área de superficie líquida. •  Fácil

volumen.

mantenimiento y servicio.

•   Mejor

para el manejo de espuma.

•  Mayor

capacidad de líquido con un alto RGP.

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Definiciones Básicas •

Asentamiento

En la sección de sedimentación por gravedad, las gotas de líquido se asentarán a una velocidad determinada igualando la fuerza de gravedad sobre la gota con la fuerza de arrastre causada por su movimiento con respecto a la fase continua de gas. (Arnold K. y Stewart M.,1991) •

Tam amañ año o de go gota ta

El propósito de la sección de separación de gas del recipiente es acondicionar el gas para el pulido final mediante el extractor de niebla. De la experiencia de campo, parece que si se eliminan gotas de 100 micras en esta sección, el extractor de niebla no se inundará y podrá realizar su trabajo de eliminar esas gotas de entre 10 y 100 micras de diámetro.

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Definiciones Básicas •

Tiemp iempo o de Re Rete tenc nció ión n

Es el volumen del almacenamiento de líquido en el recipiente dividido por el caudal de líquido. Para la mayoría de las aplicaciones, se ha encontrado que los tiempos de retención de entre 30 segundos y 3 minutos son suficientes. (Arnold K. y Stewart M.,1991) •

Re-arrastre

El re- arrastre es un fenómeno causado por la alta velocidad del gas en la interfaz gas-líquido de un separador. La transferencia de impulso del gas al líquido causa ondas y ondas en el líquido, y luego las gotas se separan de la fase líquida. La regla general que exige limitar la relación de esbeltez a un máximo de 4 o 5 es aplicable para separadores horizontales semicerrados. (Arnold K. y Stewart M.,1991)

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Consideraciones generales para estimar las dime di mens nsio ione nes s en Sepa Separa rado dore res s Ho Hori rizo zont ntal ales es •   El

máximo nivel de líquid líquido o debe dejar una altura mínima de 15 pulgadas pulgadas para el espacio de vapor, pero nunca este nivel deberá estar por encima de la línea media del separador. •  El volumen de los cabezales no se toma en cuenta en los cálculos de las dimensiones del separador separador.. •  Las

boquillas de entrada y salida deberán ubicarse tan cerca, como sea práctico, de las líneas tangentes del separador .

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Procedimiento para Dimensionar los Separadores Bifásicos Horizontales 1. Calc Calcul ular ar lo los s valo valore res s de di diám ámet etro ro mí míni nimo mo y la long longit itud ud efec efecti tiva va qu que e satisfacen la restricción de la capacidad del gas, mediante la ecuación:

2. Calcular los valores de diámetro interno, longitud efectiva que satisfacen la restricción del tiempo de retención.

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Aplicación •  Se

va a procesar una mezcla con una relación gas/ liquido baja a moderada. •   Se tienen crudos que pueden formar espumas. gas o de líquidos. •   Se manejan altos volúmenes de gas mas recomendada para separadores trifásicos •   Es la opción mas

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Nomogramas •   Los

nomogramas son una aplicación del programa computacional que permite generar graficas enbifásicos donde intervienen los parámetros principales de diseño de separadores a determinada temperatura, presión, gravedad específica del gas y gravedad API. Las graf grafic icas as faci facili lita tan n la el elec ecci ción ón de las las pr prin inci cipa pale les s va vari riab able les s qu que e •   Las intervienen en el diseño de una manera más rápida, pero no garantizan la exactitud.

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Deshidratación de Crudos El petróleo extraído de los pozos contiene normalmente cierta cantidad de agua emulsionada que origina un incremento de los costos de transporte y refinación. De allí la necesidad de separar la emulsión en cada una de las fases que lo componen . La des deshid hidrat rataci ación ón   es el pro roce ceso so me medi dia ante nte el cu cual al se se sepa parra el ag agua ua asociada con el crudo, ya sea en forma emulsionada o libre, hasta lograr  reducir el contenido de la misma a un porcentaje previamente especificado .

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Deshidratación Electrostática Consiste en someter la emulsión aun campo eléctrico intenso, generado por la aplicación de un alto voltaje entre dos electrodos. Este dispositivo, generalmente tien tiene e cara caracte cterís rísti tica cas s sim simil ilar ares es a lo los s de lo los s equi equipo pos s de se sepa para raci ción ón me mecá cáni nica ca presurizados, añadiendo a éstos el sistema de electrodos y de generación de alto voltaje. La aplicación del campo eléctrico sobre la emulsión induce a la formación de dipolos eléctricos en las gotas de agua, lo que origina una atracción entre ellas, incrementando su contacto y su posterior coalescencia. Como efecto final se obtiene un aumento del tamaño de las gotas, lo que permite la sedimentación por gravedad.

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Deshidratadores Electrostáticos Son provistos dos do s recipientes secci seccion ones es cilíndricos cla clara rame ment nte ecolocados li limit mitad adas as..horizontalmente, La prim primer era a co corr rres espo pond nde einternamente a la zo zona na de de cale ca lent ntad ador ores es tu tubu bula lare res s cu cuyo yos s qu quem emad ador ores es co cons nsum umen en ga gas s o diés diésel el.. En la segunda segun da se encuentran encuentran coloca colocadas das dos rejillas rejillas para para,, e entre ntre ellas, crear el campo electrostático; una de las rejillas es móvil con el fin de graduar el potencial eléctrico.

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Propiedades Los Lo s desh deshid idra rata tado dore res s

el elec ectr tros ostá táti tico cos s ac actú túan an so sobr bre e las las sigu siguie ient ntes es

propiedades del crudo y del agua: • Disminuye

la Tensión Tensión superficial del crudo y agua

• Viscosidad

del crudo

• Densidad

del crudo y del agua

• Conductividad

eléctrica del agua emulsionada

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Deshidratador Electrostático Está dividido en 3 secciones. •   La primer primera a sección ocupa apro aproximad ximadamen amente te el 50% de su longitu longitud d y es llam llamada ada   “Sección   de calentamiento”. •

  La segun segunda da secció sección n es lla llamada mada  “Sección central o control de  nivel” y esta ocupa por alrededo alrededorr del 10% de su longitud ubicada adyacente a la sección de calentamiento.

•

  La terc tercer era a se secc cció ión n oc ocup upa a el 40 40% % de la lo long ngit itud ud de dell de desh shid idra rata tado dorr asentamiento” del

agua suspendida para producir crudo limpio.

y es a   “Sección   de

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Principio de Funcionamiento

La emulsión se eleva a través del dispersador 

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Ventajas Menos afectados en su operación por las características del crudo, agua y agentes emulsionantes Pueden remover mayor cantidad de agua que otros tratadores..

Mejor calidad del agua separada

Mayor flexibilidad en cuanto a fl flu uctuaciones o variaciones en volúmenes de producción

Son de menor dimensión

las los

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Desventajas R equerimiento operación.

de

supervisión

constante

en

su

Sistemas de control mas sofisticados.

Instalación de sistemas de carga para un mayor control de flujo al equipo. Los dispositivos del equipo podrían ser afectados por los cambios en las propiedades conductoras de los fluidos de alimentación . El

nivel de agua libre es controlado por dos medidores

de nive nivell en pa para rale lelo lo y co con n di dife fere rent ntes es pr prin inci cipi pios os de operación.

 

Conclusiones •  Se

expusieron los aspectos principales para llevar a cabo el diseño del equipo de separación, basándose en los fenómenos físicos que rigen la separación y los modelos que la describen.

•  La

metodología desarrollada para el dimensionamiento del separador se basó en las publicaciones realizadas por Arnold K. y Stewar Stewartt M. en 1991. 1991.

Los •   Los

resul resulta tado dos s del del di dime mensi nsion onam amie ient nto o de sep separ arad ador ores es pu pued eden en vari variar  ar  depe de pend ndie iend ndo o de la meto metodo dolo logí gía a de cálc cálcul ulo o y los los crit criter erio ios s de dise diseño ño

utilizados. los separadores de fases líquidas se debe tomar en cuenta los tiempos de separación y de residencia de ambas fases líquidas en el separador. separador.

•  En

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Conclusiones 









  Los Los desh deshid idra rata tad dor ore es ele lect ctro rost stát átic ico os son son me men nos af afec ecta tado dos s en su ope opera raci ción ón po porr la las s ca cara ract cte eríst rístic icas as de los los cr cru udo dos s (de den nsida sidad, d, viscosidad), agua o agentes emulsionantes.   Con el tratamiento electrostático se obtiene una mejor calidad del agua separada y una mayor flexibilidad en cuanto a las fluctuaciones o variaciones en los volúmenes v olúmenes de producción.   La emulsión puede puede ser rota a valores de tempera temperatura tura muy por debajo debajo de las temperaturas manejadas en otros equipos de separación.   El agua es un componente componente que le resta valor comercial comercial por lo que se hace necesario eliminarla o disminuirla en el crudo.   Es preferible eliminar el agua libre debido debido que la eliminación del agua en emulsión es más costosa.

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Bibliografía Smith,

H.,

Vernon

y

Kenneth,E.

Arnold,

(1987),

  “Crude

Oil 

Emulsions”, Richardson Texas: Texas: Petroleum Engineering Handbook S.P S.P.E. .E.

Univer Uni versid sidad ad de los And Andes es de Venezue enezuela, la, (2005) (2005)..   “Deshid Deshidrataci ratación ón de crudos, Principios y Tecnologías”, Mérida: Institucional.

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GRACIAS