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UNIDAD II: Separación de fluidos

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Liss Teddy

on 21 September 2013

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UNIDAD II:
Separación de fluidos

2.1
Tipos de separadores

2.2 Principios
de
operación

2.3
Métodos de
diseño

2.4
Separación
en
etapas

2.5
Sistemas
de
seguridad

Parámetros que intervienen en el diseño de los separadores
a)La energía que posee el fluido, debe ser controlada.
b)Las tasas de flujo, deben de encontrarse dentro del rango establecido por el separador.
c)Las turbulencias que ocurren fundamentalmente en la sección ocupada por la fase gaseosa, debe de ser minimizada, antes que cause problemas en el proceso de separación, y por ende problemas al a hora de evaluar la eficiencia.
d)La acumulación de espuma y contaminantes debe de ser controlada.
e)Las salidas del separador de las fases liquidas y gaseosas, deben de realizarse de tal forma, que no vuelvan a encontrarse.
f)En el separador debe tener prevista la eliminación de partículas sólidas, cuando estas ya se hayan acumulado.
g)En el separador de tiene que tener prevista el control de la presión, para lo cual es recomendable la instalación de válvulas de alivio.
h)Para el correcto diseño de un separador se deben conocer y manejar los parámetros que afectan el comportamiento del sistema a separar.

•Servicio a prestar:

Es muy importante tener en cuenta, que el comportamiento de una gota de fluido en estado líquido, estará en función del tipo de separador a utilizar. Es decir, que una gota liquida en un separador de posición vertical tendrá un comportamiento diferente, que si el separador fuera de posición horizontal.
•Composición del fluido que se va a separar:
Para un correcto diseño se debe manejar en forma clara el concepto de equilibrio de fases, separación instantánea, ya que será la única manera, en que se pueda manejar la cantidad de líquido y gas a separar bajo las condiciones de presión y temperatura de operación.
•Presión y temperatura de operación:
Afectan la operatividad del separador, además que influyen en forma directa en la mayoría de los otros parámetros, que definen la eficiencia del proceso de separación. A la presión óptima se obtiene:
a)Máxima producción del petróleo
b)Máxima gravedad API del crudo
c)Mínima relación gas-petróleo
d)Mínimo factor volumétrico del petróleo

•Velocidad crítica del gas:
Velocidad máxima del gas a la cual las fuerzas de gravedad controlan el movimiento del gas, y por consiguiente promueve la caída de las gotas del líquido.
Constante de Souders y Brown (K):
Es el valor que acerca o aleja las predicciones del funcionamiento real del sistema. Se adapta de acuerdo a las mejoras tecnológicas introducidas a los diseños.
•Determinación del tiempo de retención del líquido:
Esta parte se diseña sobre la base de lapso que un pequeño volumen del líquido permanece en el separador, el cual se denomina tiempo de retención y debe ser tal que permita la salida del gas atrapado en el fluido. Para un separador trifásico, el tiempo de retención debe ser suficiente para hacer posible la separación del crudo ene l agua y viceversa.
Consideraciones de Diseño:
1. Volumen de operación
2. Tiempo de residencia de operación
3. Tiempo de respuesta o de intervención del operador
4. Volúmen de emergencia
5. Nivel bajo-bajo de liquido

Numero de fases a separar
• Separadores bifásicos
• Separadores trifásicos
• Separadores tetrafásicos


Forma geométrica
• Separadores verticales
• Separadores horizontales
• Separadores esféricos

Ubicación
• Separadores de entrada
• Separadores en serie, paralelo
• Separadores tipo filtro, tipo tanque de venteo (Flash), tipo centrifugo
• Separadores tipo depuradores
• Separadores de goteo en línea
• Torre de destilación


• Separadores bifásicos:
Estos separadores, tiene como principal objetivo separar fluidos bifásicos, tales como agua y petróleo y gas y petróleo.
• Separadores trifásicos:
Se diseñan para separar tres fases, construidas por el gas y las dos fases de los líquidos inmiscibles (agua y petróleo), es decir, separar los componentes de los fluidos que se producen en un pozo petrolero.
• Separadores tetrafásicos:
Podemos decir que en los mismos se ha previsto adicionalmente, una sección para la sección de espuma que suele formarse en algunos tipos de fluidos.

• Separadores verticales:
a) Placa desviadora
b) Demister
c) Sección de recolección de líquido del Demister
d) Conducto de drenaje del Demister
• Separadores horizontales :
Se usan generalmente cuando la producción de gas empieza a ser alta, la producción de líquido es más o menos uniforme y no se presentan variaciones bruscas en el nivel de fluido dentro del separador. Cuando hay producción alta tanto de líquido como de gas se usan los separadores horizontales de dos tubos en el cual en el tubo superior se maneja el gas y en el inferior el líquido
.
• Separadores esféricos:

Este diseño puede ser muy eficiente de punto de vista de contención de presión, pero debido a su capacidad limitada de oleada líquido y dificultades con la fabricación.
• Separadores de entrada:
Estos equipos están ubicados a la entrada de la planta para recibir los fluidos en su condición original, cruda; obviamente en este caso será necesario esperar la posibilidad de recibir impurezas en el fluido.
• Separadores en paralelo:
Estos separadores que están colocados en paralelo. En este caso la separación se realiza en forma simultánea.
• Depuradores de gas:
La principal función del depurador es remover los residuos líquidos de una mezcla que tiene predominio de partículas gaseosas, para ello en su diseño tiene elementos de impacto para remover las partículas liquidas.



• Separadores tipo tanque de venteo:

Estos son separadores que se utilizan para separar el gas que se produce cuando se reduce la presión del liquido.
• Tipo de goteo en línea:

Estos equipos se instalan en tuberías que manejan fluidos con una alta relación gas-liquido. El objetivo es remover el liquido libre y no necesariamente todo el liquido contenido en la corriente gaseosa. Luego los equipos de goteo en linea permiten la acumulación y separación del liquido libre.
• Separadores tipo filtro:

Por lo general tiene dos comportamientos. Uno de ellos es un filtro coalescente, el cual se utiliza para la separación primaria del líquido, que viene con el gas. Mientras, el gas fluya a través de los filtros, las partículas pequeñas del líquido, se van agrupando para formar moléculas de mayor tamaño. Una vez que las moléculas se han hecho de mayor tamaño, son con cierta facilidad empujadas por la presión del gas hacia el núcleo del filtro y por ende separadas del gas.
• Separadores centrífugos:
Estos separadores se utilizan para separa partículas solidas y liquidas de la corriente de gas.
• Torre de destilación:
Este envase permite separar un fluido en varios componentes de composiciones deseadas. Para ello se utilizan procesos de equilibrio térmico basado en las constantes de equilibrio liquido-vapor. Por lo general, las torres de destilación poseen platos en los cuales de destilación poseen platos en los cuales se establecen flujos en dos direcciones el gas en ascenso y el liquido en descenso.
Bases Teóricas de un Separador Bifásico
El término “Separador Gas-Líquido”, en terminología de campo, designa a un recipiente presurizado utilizado para separar los fluidos provenientes de un pozo productor de petróleo y gas, en componentes gaseosos y líquidos a una determinada presión y temperatura. Cuando se trata de una mezcla de hidrocarburos que se deposita en el fondo del recipiente, el fluido tiene una presión de vapor igual a la presión de operación, a la temperatura a la cual se produjo la separación.
Separadores verticales
En esta configuración el flujo de entrada entra al recipiente por un lado. A igual que con el separador horizontal, el desviador de ingreso hace la separación bruta inicial. El líquido fluye hacia abajo a la sección de recolección de líquidos en el recipiente, y luego baja a la salida de líquidos. Cuando el líquido llega al equilibrio, las burbujas de gas fluyen en sentido contrario a la dirección del flujo de líquidos y eventualmente migran al espacio de vapor.
Sección Primaria:
La separación se realiza mediante un cambio de dirección de flujo.
Se disipa el gran impulso que posee la corriente de fluidos a la entrada del separador disminuyendo la turbulencia con una placa desviadora.


Sección Secundaria:

Funciona bajo el principio de la decantación del líquido por gravedad desde la corriente de gas, una vez reducida su velocidad.
Se separa la máxima cantidad de gotas de líquido de la corriente de gas.
Se utilizan veletas o aspas alineadas para reducir aún más la turbulencia y disipar la espuma


Sección de Extracción de Niebla:

Se separan las minúsculas partículas del líquido que aún contiene el gas, utilizando, como mecanismo principal de extracción de neblina, la fuerza centrífuga o el principio de choque.
Se logra la coalescencia de las pequeñas gotas de líquido que se drenan a través de un conducto a la sección de acumulación de líquidos o bien caen contra la corriente de gas a la sección de separación primaria.



Sección de almacenamiento de líquidos:

Capacidad suficiente

Instrumentación de control de nivel de líquido en el separador:
Controlador e indicador de nivel
Flotador
Válvula de descarga.

Dispositivos de seguridad tales como:
válvula de seguridad
Tubo desviador de seguridad
Controles de contra presión adecuados.


Segregación Final

Descarga de los fluidos:
gas libre de líquido
líquido libre de gas
a las condiciones de operación establecidas evitando la reagrupación de las partículas de las distintas fases y la formación de espuma.

Tiempo mínimo de retención de líquido


Controles:
Los controles requeridos para los separadores de petróleo y gas son controladores de nivel de liquido para el petróleo y la interfase agua-petróleo (operación trifásica) y válvula de control de contrapresión de gas con controlador de presión.
Válvulas:
Las válvulas requeridas para los separadores de petróleo y gas son: la válvula de control de descarga de petróleo, válvula de control de descarga de agua (operación trifásica), válvulas de drenaje, válvula de bloqueo, válvula de alivio de presión, y válvulas para inspección externa de nivel (por visores).


Accesorios:
Los accesorios requeridos para los separadores de petróleo y gas son los manómetros, termómetros, reguladores de reducción de la presión (para gas de control), visores de nivel, cabezal de seguridad con disco de ruptura, tubería.


Características de Seguridad para los Separadores de Petróleo y Gas
Los separadores de petróleo y gas deben ser instalados a una distancia segura de otros equipos de la locación. Donde ellos están instalados sobre plataformas costa-fuera o próximos a otros equipos, deben ser tomadas precauciones para prevenir perjuicios al personal y daños a los equipos adyacentes en caso de que el separador o sus controles o accesorios fallen.
Los siguientes elementos de seguridad son recomendados para muchos de los separadores de petróleo y gas.

• Controles de nivel de liquido alto y bajo
Los controles de nivel de liquido alto y bajo normalmente son pilotos operados por un flotador que acciona una válvula en la entrada del separador, abriendo un hipas cerca del separador, haciendo sonar una alarma, o realizando alguna otra función pertinente para prevenir el daño que pueda resultar de altos o bajos niveles de líquidos en el separador.

• Controles de Presión Alta y Baja
Los Controles de presión alta y baja son instalados en los separadores para prevenir que presiones excesivamente altas o bajas interfieran con las operaciones normales. Estos controles pueden ser neumáticos, mecánicos y eléctricos y pueden sonar una alarma, accionar una válvula de cierre, abrir un hipas, o realizar otras funciones pertinentes para proteger el personal, el separador, y equipos adyacentes.

• Controles de Temperatura Alta y Baja
Los controles de temperaturas deben ser instalados en los separadores para cerrar la unidad, para abrir o cerrar un hipas hacia un calentador, o sonar una alarma cuando la temperatura en el calentador llega a ser muy baja o muy alta. Tales controles de temperaturas no son utilizados normalmente en los separadores, pero pueden ser apropiados en casos especiales.

• Válvulas de Alivio
Estas válvulas son normalmente instaladas a la presión de diseño del recipiente. Las válvulas de alivio sirven principalmente como una advertencia, y en algunos casos son muy pequeñas para manejar la capacidad de fluido total del separador. Válvulas de alivio de capacidad total pueden ser utilizadas y son particularmente recomendadas cuando no es usado un disco de ruptura en el separador.

• Disco de Ruptura
Un disco de ruptura es un dispositivo que contiene una membrana de metal delgada que es diseñada para romperse cuando la presión en el separador excede un valor predeterminado. Este es usualmente de 1.25 a 1.5 veces la presión de diseño del separador. El disco de ruptura es normalmente seleccionado de forma tal que no se rompa hasta que la válvula de alivio no se haya abierto y sea incapaz de prevenir la presión excesiva en el separador.

El sistema de alarma se utiliza en el separador para detectar el volumen del líquido ligero y/o el nivel máximo de un líquido. Esto garantiza el funcionamiento seguro y económico de separadores de líquidos ligeros, también denominados separadores de aceite y petróleo. El sistema de alarma y los sensores garantizan un mayor nivel de seguridad.

Su instalación es sencilla y están diseñados específicamente para la monitorización de separadores de aceite y petróleo. Las señales de las alarmas pueden ser acústicas y visuales, y transmitirse a través de contactos de relés libres de potencial o de mensajes SMS. Los sensores de estos sistemas de alarma están homologados para su utilización en áreas explosivas Zona 0.
El sistema de alarma estándar LAL-SRW:
se utiliza para la monitorización de equipos separadores de aceite o petróleo. Es posible monitorizar el espesor de la capa de aceite, el nivel de líquido o el nivel de lodos a través de dos sensores.
Sistema de alarma estándar con 3 sensores:
El sistema de alarma estándar LAL-SRW3 se utiliza para monitorizar plantas de separación de aceite o petróleo. Estos tres sensores monitorizan el máximo espesor de la capa de aceite, el nivel de líquidos, decrecimientos en la capa de líquidos (fugas), y el nivel máximo de lodos.
Sistema de alarma estándar completo:
La solución más eficiente para quien desea instalar un sistema de alarma completo para equipos de separación de aceite o petróleo. El conjunto de sistema de alarma estándar se presenta en tres versiones diferentes.


Sistema de alarma con alarmas por SMS:
El sistema de alarma con alarmas por SMS posibilita la monitorización remota fiable de equipos de separación de aceite o petróleo. Este sistema de alarma permite enviar las alarmas a través de mensajes SMS a un máximo de tres teléfonos móviles.
Sistema de alarma para depósitos
El sistema de alarma intrínsecamente seguro NV05-11 se utiliza para la supervisión de contenedores y depósitos de combustible.
Sistema de alarma para separadores de grasas:
El sistema de alarma NVD-111 para separadores de grasas monitoriza el espesor de la capa de grasa y el nivel de fluido utilizando uno o dos sensores.
Accesorios:
Accesorios para una instalación sencilla y eficiente de los sensores.

Deflector de regulación
Entrada Ciclónica
Cojines de mayas de alambre
Extractor tipo veleta
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