separador bifasico

SEPARADO RES BIFASICOS

ESTUDIANTES:

CARRION VALDEZ JUAN GUEVARA ARISPE BRENDA REVOLLO ZAMBRANA ANGELA

SEPARADORES BIFASICOS

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1. Introducción. 2. Objetivos. 2.1. Objetivo general. Estudiar el funcionamiento de un separador bifásico en la industria petrolera.

2.2. Objetivos específicos. Conocer el funcionamiento de un separador bifásico.

•

3. arco teórico. 3.1. Separador. Es un cilindro de acero !ue por lo general se utili"a en los procesos de producción# procesamiento $ tratamiento de los %idrocarburos para separar la me"cla en sus componentes básicos petróleo $ gas.

&dicionalmente

el

recipiente

permite aislar los %idrocarburos de otros componentes.

3.1.1.Clasificación de separadores. 'os separadores se pueden clasificar de varias maneras# dependiendo de las fases !ue separan# de la forma# de la posición# de la utili"ación o condiciones de trabajo# etc.

Forma 2


(ertical

Función

%ori"ontal

Esf)rico

*ifásico +rifásico

En cuanto a la forma pueden ser cilíndricos o esf)ricos. 'os cilíndricos son los más comunes pero los esf)ricos son bastante usados en campos de gas $ cuando deben trabajar a presiones altas.

3.2.

Separador Bifásico.

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Contenedor !ue separa los fluidos del po"o en gas $ lí!uido total. ,n separador de dos fases puede ser %ori"ontal# vertical o esf)rico. El lí!uido -petróleo# emulsión sale del recipiente por el fondo a trav)s de una válvula de control de nivel o de descarga. El gas sale por la parte superior del recipiente $ pasa a trav)s de un e/tractor de niebla para retirar las pe!ue0as gotas de lí!uido del gas.

3.2.1.eparador (ertical *ifásico. En la siguiente figura se muestra un separador vertical bifásico $ en ella se identifican cuatro secciones !ue a continuación mencionaremos.

•

ección de separación primaria.

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'a me"cla de fluidos entra por un punto intermedio del separador $ al %acerlo pasa por el elemento degasificador el cual se encarga de distribuir el c%orro de fluido !ue está entrando $ facilitar así la separación del gas $ el lí!uido !ue vienen libres además de mejorar la posibilidad de escape del gas del lí!uido -gas !ue an no se %a liberado. &lgunas veces al entrar el fluido al separador no pasa por elemento degasificador# especialmente cuando %a$ poco gas# sino !ue más bien el c%orro de lí!uido al entrar c%oca contra una placa deflectora o contra un elemento giratorio buscando con esto distribuir la dirección de flujo en el primer caso o generar fuer"a centrífuga en el segundo caso en ambos casos se mejora la oportunidad de separar el gas $ el lí!uido al c%ocar la corriente de fluido contra la placa deflectora )sta se distribu$e a trav)s de toda el área del separador $ será muc%o más fácil la separación de gas $ lí!uido cuando la corriente c%oca contra un elemento giratorio )ste al recibir el impacto empie"a a rotar $ al %acerlo impulsa el fluido !ue c%oca contra )l %acía las paredes del separador# pero como el lí!uido es más pesado !ue el gas ad!uiere ma$or fuer"a centrífuga $ trata de escaparse más rápido %acia las paredes# de esta manera la fuer"a centrífuga a$uda a separar gas $ lí!uido. En consecuencia# en esta sección primaria las fuer"as de separación son gravedad $ fuer"a centrífuga. 4espu)s de la sección de separación primaria# el gas sigue %acia arriba $ pasa por la sección de separación secundaria. ección de separación secundaria. 4onde algunas gotas de lí!uido !ue %an sido arrastradas por el gas !ue se separó •

en la sección primaria# se caen por gravedad. En esta sección generalmente no %a$ medios mecánicos !ue a$uden a la separación# esta es por gravedad.

'uego de la sección secundaria# el gas pasa por la sección e/tractora de %umedad. ección e/tractora de %umedad. En la cual todas las gotas del lí!uido !ue no alcan"aron a separarse en la sección •

secundaria son e/traídas mediante algn m)todo mecánico esta sección %ace las veces de un filtro por el cual pasa el gas pero no alcan"a a pasar el lí!uido. En el

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e/tractor de %umedad el gas va a encontrar una serie de obstáculos con los cuales c%oca $ al %acerlo !ueda ad%erida parte del lí!uido en forma de pe!ue0as gotas las cuales se van uniendo $ luego caen. En la sección e/tractora de %umedad el mecanismo de separación es una combinación de impacto# adsorción $ gravedad. 4espu)s de pasar el gas por la sección e/tractora de %umedad sale a la parte superior del separador en donde se encuentra la salida para el gas. El lí!uido !ue se separa en la sección de separación primaria además de las gotas !ue caen de las secciones de separación secundaria $ e/tractora de %umedad se cae %acia la sección de acumulación de lí!uido. ección de acumulación de lí!uido. Como $a se mencionó# cumple con dos funciones importantes5 a 6ermitir !ue el lí!uido permane"ca un determinado tiempo en reposo $ así •

el gas !ue !uedó atrapado en el lí!uido tenga oportunidad de escaparse. b 6or otra parte el colc%ón de lí!uido impide !ue el gas se escape por la salida del lí!uido. uc%as veces la sección de acumulación de lí!uido está separada del resto del separador por un bafle o placa cu$a función es tratar de mantener la superficie del lí!uido lo menos turbulenta posible# lo cual tambi)n facilita la liberación del gas el lí!uido antes de pasar %acia la sección de acumulación de lí!uido cae sobre el bafle o placa $ pasa %acia abajo a trav)s de orificios o ranuras del bafle.

3.2.2.eparador 7ori"ontal *ifásico. e usan generalmente cuando la producción de gas empie"a a ser alta# la producción de lí!uido es más o menos uniforme $ no se presentan variaciones bruscas en el nivel de fluido dentro del separador. Cuando %a$ producción alta tanto de lí!uido como de gas se usan los separadores %ori"ontales de dos tubos en el cual en el tubo superior se maneja el gas $ en el inferior el lí!uido.

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En la siguiente figura se muestra un separador %ori"ontal bifásico !ue funciona de la siguiente manera5 la me"cla de fluidos entra a este tipo de separadores por un e/tremo del cilindro $ al %acerlo c%oca contra un elemento giratorio el cual le imprime fuer"a centrífuga a las fases lí!uida $ gaseosa a$udando a !ue se separen $ al %acerlo# el lí!uido cae por gravedad %acia la parte inferior del separador la "ona donde se presenta esta separación inicial de fluidos se puede

considerar

como

la

sección

de

separación primaria. Como en el separador %ori"ontal no %a$ un tra$ecto en dirección vertical apreciable por donde pueda viajar el gas $ permitir !ue parte de las gotas de lí!uido !ue %a arrastrado caigan# se recurre a medios mecánicos para retirarle la %umedad al gas por este motivo el gas se %ace pasar por una serie de placas# llamadas placas de rectificación con las cuales va establecer contacto con el gas $ al %acerlo# gran parte de las gotas de lí!uido !ue está arrastrando se ad%erirán a las placas $ luego caerán al fondo del separador esta sección de rectificación viene a desempe0ar la función de la sección de separación secundaria. 4espu)s de salir el gas de la sección de rectificación pasa %acia la sección e/tractora de %umedad cu$a forma $ funcionamiento es similar a las descritas en el separador vertical se debe aclarar sin embargo !ue la sección e/tractora de %umedad no es tan necesaria en los separadores %ori"ontales como en los verticales pues# por una parte la sección rectificadora la ma$oría de las veces es bastante efectiva $# por otra parte el recorrido del gas es más largo !ue en el caso vertical# lo cual da más oportunidad de !ue el lí!uido se separe del gas en caso de usar sección e/tractora de %umedad se debe tener en cuenta el tipo de crudo !ue se va$a a tratar para seleccionar el filtro# pues# por ejemplo# no se debe usar

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un filtro de alambre enrollado si el crudo presenta depositación de parafinas despu)s de pasar el gas por la sección e/tractora de %umedad busca la salida para el gas.

El lí!uido !ue se %a separado en las secciones primarias# de

rectificación $ e/tractora de %umedad busca la sección de acumulación de fluidos# la cual es la sección inferior del cilindro $ está separada de las demás secciones por una placa o bafle %ori"ontal con orificios o ranuras a trav)s de las cuales pasa el lí!uido %acia abajo esta sección posee la salida del separador para la fase lí!uida pero como la altura de la columna de fluido en esta sección es tan pe!ue0a la ma$oría de las veces# en esta salida se pueden formar vórtices lo cual permitiría !ue se escapara gas con el lí!uido# para evitar esto se usa el tubo ranurado# conocido como rompedor de vórtices. 'a figura b muestra otro separador %ori"ontal bifásico de un solo tubo !ue presenta dos diferencias principales con respecto al de la figura a5 por una parte el c%orro de fluido no c%oca al entrar con un elemento giratorio sino con una placa deflectora $ por otra parte no posee el filtro o colc%ón e/tractor de %umedad generalmente cuando la 89' es alta es comn usar separadores como el de la figura $ cuando la 89' es baja se puede usar un separador %ori"ontal sin colc%ón e/tractor de %umedad.

Cuando se tiene un separador %ori"ontal de dos tubos# las secciones de separación primaria# de rectificación $ e/tractora de %umedad se encuentran en el tubo superior# es decir el tubo superior es semejante a un separador %ori"ontal de un solo tubo con la e/cepción de !ue no posee sección de acumulación de lí!uido# esta función la cumple el tubo inferior el tubo superior está comunicado# generalmente en sus dos e/tremos# con el tubo inferior para permitir el paso del lí!uido.

3.2.3.eparador Esf)rico *ifásico.

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Este

tipo

de

principalmente

separador cuando

se %a$

usa una

producción alta# $ además a presión alta# de gas. 'a siguiente figura muestra un es!uema de un separador esf)rico. El c%orro de fluido entra por un punto dado $ es llevado %acia el e/tremo opuesto en donde se divide en dos c%orros !ue %acen ángulo de 1:;< con este m)todo se busca distribuir la corriente

a

trav)s

de

toda

la

circunferencia del separador para mejorar la separación de fases así ocurre la separación inicial de lí!uido $ de gas# el lí!uido se va al fondo $ el gas se va %acia arriba. En la parte superior del separador %a$ una sección e/tractora de %umedad por la cual tiene !ue pasar el gas antes de buscar la línea de salida. En este separador el volumen ocupado por la sección de acumulación de lí!uidos debe ser pe!ue0o comparada con el volumen del separador a fin de !ue pueda manejar una cantidad alta de gas $ )ste pueda salir bien seco. El bafle %ori"ontal con orificios se usa para separar las "onas de gas $ de lí!uido.

3.3. Consideraciones Iniciaes en E Dise!o De "n Separador #as$%i&uido 6ara el dise0o adecuado de un separador gas=lí!uido# es necesario tomar en cuenta los puntos siguientes5 •

'a energía !ue posee el fluido al entrar al recipiente debe ser controlada

•

'os flujos de las fases lí!uida $ gaseosa deben estar comprendidos dentro de los límites adecuados !ue permitan su separación a trav)s de las fuer"as# gravitacionales !ue actan sobre esos fluidos $ !ue estable"can el e!uilibrio entre las fases gas=lí!uido.

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•

'a turbulencia !ue ocurre en la sección ocupada principalmente por el vapor debe ser minimi"ada.

•

'a acumulación de espuma $ partículas contaminantes deben ser controladas.

•

'as fases lí!uidas $ vapor no deben ponerse en contacto una ve" separadas.

•

'as regiones del separador donde se puedan acumular sólidos deben# en lo posible estar provistos de facilidades adecuadas para su remoción.

•

El e!uipo será provisto de la instrumentación adecuada para su funcionamiento adecuado $ seguro en el marco de la unidad>planta a la !ue pertenece.

3.'.

Paráme(ros &ue in(er)ienen en e dise!o de separadores.

&l iniciar el dise0o de un separador# se debe tomar en cuenta las ventajas $ desventajas !ue se tienen de los e!uipos# $a sea vertical u %ori"ontal# la cantidad de fluidos a manejar# por!ue si deben manejar grandes volmenes el adecuado sería el %ori"ontal debido a su ma$or capacidad para separar. 'a secuencia del cálculo $ el costo comparativo de los recipientes son los !ue van a se0alar la factibilidad de usar un determinado recipiente. 'os principales parámetros !ue entran en juego son los siguientes5

3.?.1. Composición del fluido !ue se va a separar. Es conveniente !ue el dise0ador est) familiari"ado con el concepto de e!uilibrio de fases $ separación instantánea# con el fin de predecir cuál será la cantidad $ calidad del gas $ de lí!uido !ue se formarían en el separador# en las condiciones de presión $ temperatura de dise0o.

3.?.2. @lujo normal de vapor.

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El flujo normal de vapor o gas es la cantidad má/ima de vapor alimentada a un separador a condiciones típicas de operación. 'os separadores son altamente efectivos para flujos de vapor del orden de 1A;B del flujo normal $# por lo tanto# no es necesario considerar un sobre dise0o en el dimensionamiento de tales separadores. i se predicen flujos ma$ores al 1A;B# el dise0o del separador debe considerar dic%o aumento.

3.?.3. 6resión $ temperatura de operación. El estudio previo de las variaciones de presión $ temperatura en el sitio donde se instalará la unidad afectará de manera determinante la selección del e!uipo. 'a ma$oría de los operadores no se detienen a pensar cómo se afectan las condiciones de operación al bajar la presión. E/iste la seguridad de !ue al elevar la presión podría fallar el material# pero no se anali"a el incremento de la velocidad dentro del sistema al bajar# un descenso abrupto# manteniendo constante el caudal# eleva la velocidad interna del e!uipo# produce espuma# arrastre de los fluidos $ puede volar el e/tractor de niebla.

3.?.?. @actor de compresibilidad del gas -". El valor de  determina el volumen del gas en las condiciones de operación. El dise0ador deberá seleccionar el modelo más conveniente para !ue los resultados coincidan con los valores de campo. 3.?.A.

4ensidad de los fluidos en las condiciones de operación .

'a densidad de los fluidos dentro del separador interviene de modo directo. Es fácil calcular la densidad del gas en las condiciones de operación. En el caso de los lí!uidos# muc%as personas trabajan en condiciones normales# bajo el supuesto del efecto de los cambios de presión $ temperatura afectan mu$ poco los resultados finales.

3.?.D. (elocidad critica. 'a velocidad crítica es una velocidad de vapor calculada empíricamente !ue se utili"a para asegurar !ue la velocidad superficial de vapor# a trav)s del separador# sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre e/cesivo de lí!uidos. +al velocidad no está relacionada con la velocidad sónica.

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3.?.. Constante de F. Es uno de los parámetros !ue ma$or relevancia tiene en el momento de predecir el comportamiento de los fluidos dentro de un recipiente. En cierto modo# es el valor !ue se acerca o aleja las predicciones del funcionamiento real del sistema.

@actor de G para velocidad superficiales permitidas

3.?.:.+iempo de retención. 'a capacidad lí!uido de un separador depende principalmente del tiempo de retención del lí!uido en el recipiente# una buena separación re!uiere de un tiempo suficiente para lograr el e!uilibrio entre la fase lí!uida $ la fase gaseosa a la temperatura $ presión de separación.

+iempo de retención

'a industria mundial de %idrocarburos lí!uidos clasifica el petróleo de acuerdo a su densidad &6I -6arámetro Internacional del Instituto &mericano de 6etróleo# !ue diferencia las calidades del crudo. &lgunas características del &ceite Crudo5

Características del crudo segn &6I. -6arámetro Internacional del Instituto &mericano de 6etróleo

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El petróleo boliviano es mu$ liviano en comparación al obtenido en otros países# los cuales dificultan la obtención de productos pesados como di)sel# aceites# lubricantes# asfaltos entre otros. El petróleo boliviano se encuentra dentro del grupo de los aceites crudos super ligeros. 6or consiguiente se estima un tiempo de retención de 3 minutos del crudo dentro del recipiente.

3.?.H. 8elación longitud>diámetro. E/iste una constante dimensional llamada 8# !ue permite determinar la relación entre la longitud de costura -'ss con el diámetro del separador. Este parámetro permite determinar el dise0o más eficiente $ económico# se toma el valor de 8 entre los valores de 3 $ ?. &un!ue para algunos casos específicos en dise0o de separadores verticales la altura de lí!uido ocasiona restricciones $ permite !ue e/istan valores de relación longitud>diámetro mu$ bajos.

3.*. Disposi(i)os in(ernos de separador.

3.A.1. 4esviadores de entrada. E/isten muc%os tipos de desviadores# pero los más utili"ados son dos tipos. El primero es el deflector de regulación. Este puede ser un plato esf)rico# placa plana# planc%a de ángulo o algn otro dispositivo !ue genere un cambio rápido en la dirección $ velocidad de los fluidos. El dise0o de este regulador se basa principalmente en la capacidad !ue tenga de disminuir el impulso -momentum de impacto. 4eflector de regulación

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El segundo dispositivo se conoce como ciclón de entrada# el cual usa la fuer"a centrífuga en lugar de la agitación mecánica para separar el petróleo del gas. Esta entrada puede tener una c%imenea ciclónica o usar una carrera de fluido tangencial a trav)s de las paredes. Entrada ciclónica

3.A.2.6lacas anti espuma. 'a espuma se forma cuando las burbujas de gas se liberan del lí!uido. 'a espuma es la principal causa para un rendimiento pobre en los separadores.

'a separación de espuma limita la separación de gas=lí!uido en el separador. 6ara lograr la separación de espuma )stas partículas deben ser descompuestas.

3.A.3. 8ompedores de vórtices. e utili"a para disminuir la presencia de un vórtice o remolino cuando la válvula de control de lí!uido está abierta# debido a !ue )ste absorbe gas del vapor $ lo reme"cla en la salida de lí!uido. 8ompedor de remolinos

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3.A.?. E/tractor de neblina. 7a$ dos dispositivos !ue son los más utili"ados5 cojines de mallas de alambres $ e/tractores de veleta. Cojines de mallas de alambres5 las gotas de lí!uido pasan a trav)s de la malla de alambre produciendo un c%o!ue entre ellas $ generando la coalescencia# lo !ue permite !ue )stas cambien de dirección $ regresen a la fase lí!uida. Estos cojines con el tama0o apropiado pueden llegar a remover el HHB de las gotas de 1; micrones.

Cojines de mallas de alambres E/tractor tipo veleta# )ste obliga al flujo de gas a ser laminar entre las placas paralelas !ue contienen el cambio direccional. 'as gotas c%ocan con la placa de superficie donde la coalescencia %ace !ue las gotas caigan en la parte lí!uida. E/tractor tipo veleta

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