EQUIPOS DE SEPARACION GAS-LQUIDOIng. Mauricio G. Poveda Gaya

Derechos Reservados por Mauricio Poveda

Objetivos del Curso

Revisar y estudiar los principios de clculo y Diseo de Equipos de Separacin gas-lquido

Ejercicios de Dimensionamiento de equipos de separacin

Bibliografa

GPSA, Engineering Data Book 12th Edition

Surface Production Operations-Design of Gas-handling Systems and Facilities, K. Arnold and M. Stewart, Second Ed., Volume 2, Gulf Publishing Company, 1999.

Conceptos Los tres principios para lograr la separacin gas-lquido son: el momento, Sedimentacin por gravedad, y la coalescencia.

Coalescencia: a travs del cual dos dominios de fase de composicin esencialmente idntica entablan un contacto y forman un dominio de fase mayor. Ej: aceite-agua

Sedimientacin por Gravedad: La gotas de condensado que se forman y que ejercen la fuerza de gravedad y caen

Tipos de Separadores

Los separadores tienen mayormente cuatro secciones

A: Para reducir el momento, lograr una mayor separacin y distribucin de gasB: Separacin por gravedad, diseado para arrastrar las gotasC:Receptor del lquido separado en la entrada D: Malla que separa las gotas ms pequeas

Seleccin de Configuracin del Separador

Que grado de calidad de separacin se exige?

Como se va manejar los materiales extraos (arena, lodo, productos de corrosin)

Qu cantidad de rea va a requerir?

Hay suficiente superficie para separar 3 fases, agua, hidrocarburo, lquido glicol?

Cunta superficie disponible para la desgasificacin de separarse lquido?

Separadores Verticales

Se seleccionan cuando el ratio gas-lquido es alto o los volmenes de gas son bajos

Los Tpicos separadores verticales tienen una relacin L / D entre 2-4. Ej: Scrubber depurador en la succin de un compresor: No necesita un volumen significativo de retencin de lquido Un diseo adecuado nivel de control responde rpidamente a cualquier lquido que entra, evitando as el disparo de una alarma o desconexin El separador ocupa una cantidad de espacio pequea de espacio

Separadores horizontales

Son ms eficientes para mayor volumen de lquido

Se utilizan para separar 3 fases

El ratio L/D est en un rango de 2,5 - 5

Hay una mayor cantidad de movimiento volumen de lquido , por lo que se tiene mayor tiempo de retencin, que permite una mejor liberacin del gas disuelto

Maneja mejor la formacin de espuma que un vertical

Separador Horizontal

Slug Cacther

Un separador capaz de absorber grande cantidad de lquido a intervalos. Normalmente se instalan en sistema de recoleccin

Separadores Filtro

Usualmente tiene dos compartimientos. El primero tiene elementos coalescentes. El segundo tiene una malla donde extrae las gotas de lquido

Separadores con Extractores de Niebla

El extractor de niebla es el que tiene mayor impacto en la separacin de gas de lquido

Las capacidades de los extractores de niebla son inversamente proporcionales a la cantidad de lquido arrastrado que el extractor es requerido a remover

Se tiene que considerar: La cantidad de gas en la entrada

Las condiciones de alimentacin, ej: es flujo multi-fase?

El tipo de dispositivo de entrada de gas

El dimensionamiento de la seccin de separacin por gravedad

Ej: Flujo con poco lquido 10-15 BBL/MMSCF, un scrubber es el adecuado

Extractor de Niebla- Separadores Verticales Ecuacin histricamente usada para determinar capacidad de separacin de un extractor vertical. El rango del factor K refleja la dificultad de las condiciones de separacin

El factor refleja que estn en funcin a la altura del equipo, mas an a la distancia de la entrada al extractor de niebla, que establece un perfil de velocidad uniforme para alcanzar el extractor de niebla

Flash Tank

Un recipiente donde se realiza la separacin del gas del lquido mediante un flasheo, un cambio de alta presin a baja presin

Knock out drum-scrubber

Un recipiente diseado para manejar corrientes con proporciones altas de gas-a-lquido. El lquido es generalmente arrastrado en forma de neblina en el gas. Tienen generalmente un conducto para a coleccin del lquido

Rendimiento de Separacin

Dos aspectos para determinar el rendimiento de separacin: Eficiencia de remocin de gota (porcentaje de remocin en funcin al tamao de la gota)

Capacidad de manejo de gas

El rea requerida del extractor de niebla se obtiene de la siguiente manera:

Sedimentacin por Gravedad

Las gotas de lquido se separan de la fase gaseosa si la fuerza de gravedad que acta es mayor a la fuerza de arrastre del gas que fluye alrededor de la gota

La fuerza de arrastre: f ( forma de la partcula; Nmero Reynolds)

Dimensionamiento de un separador

Se necesita saber la presin, la temperatura, rangos de flujo, y propiedades fsicas del flujo y el grado de separacin. Tres factores principales deben ser considerados en el separadortamao: 1) Capacidad de vapor, 2) Capacidad lquido

3) Operabilidad

El largo del recipiciente requerido puede ser calculado asumiendo que el tiempo desde que entra hasta que sale el gas es el mismo que la gota de lquido de dimentro Dpcae de la parte superior del equipo a la superficie de lquido.

Dimensionamiento de un separador

Vt : velocidad crtica del gas necesaria para partculas de tamao Dpo de lquido que se separa del gas a ft/secMp : Masa de la gota o partcula (lb)Ap: Area Seccional de la partcula , (ft2)g : Aceleracin de la gravedad, (32,2 ft/sec2)C: Coeficiente de arrastre, adimensional

Determinacin N Reynolds

Stokes Law : Re < 2, 7,4

Intermediate Law: Re 2 -500

Newtons Law: 500- 200.000

Dimensionamiento de un separador

QA : Flujo actual de gas , ft3/secVt : velocidad crtica del gas necesaria para partculas de tamao DPoDv : Dimetro interno del recipiente, ft

Ejercicio

Un separador de gravedad horizontal (sin estractor de niebla) requiere para manejar 60 MMscfd de 0,75 especfica gravedad gas (MW = 21,72) a una presin de 500 psig y una temperatura de 100 F. Compresibilidad es de 0,9, la viscosidad es 0.012 cp, y la gravedad especfica lquido es 0,5. Se desea eliminar todoarrastre mayor que 150 micrmetros de dimetro.Determinar el dimetro y

Solucin

De la figura 7. 4 se tiene el coeficiente de arrastre C= 1,40

Coeficiente de Arrastre de esferas rgidas

Manejo del lquido

Para el diseo de separacin de lquido se condiserandos aspectos: Requerimiento de desgasificacin de lquidos

Requerimiento de estabilizacin (control de proceso)

La capacidad de separacin de lquido est relacionado al tiempo de residencia, lo que determina el volumen del equipo:

U = volumen de asentamiento (bbl)W= Flujo de lquido (bbl/da)

Tiempos tpicos de residencia Separadores Gas/Lquido

Tiempos de Residencia Tpicos Separadores Lquido/lquido