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Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores SEPARADORES BIFÁSICOS Gas-Líquido

Secciones funcionales de un separador gas-líquido

Introducción

Las secciones de separador descritas a continuación utilizan sedimentación por gravedad, separación de velocidad por fuerza centrífuga o choque y filtración.

Un separador es un recipiente a presión diseñado para dividir una corriente combinada líquido-gas en componentes individuales que son relativamente libres el uno del otro, para un procesamiento o disposición subsecuente. Un Slug Catcher, es comúnmente usado cuando se manejan altos caudales de gas con poco líquido. Características de la corriente de flujo

A medida que disminuye la presión sobre los fluidos de los pozos, la capacidad del líquido para contener el gas en la solución disminuye. El gas en solución se libera cuando el gas libre es retenido por la tensión superficial del aceite. La tensión superficial se reduce cuando los fluidos del pozo se calientan. Tres variables que ayudan a la separación son la temperatura, la presión y la densidad. La separación depende de la composición, la presión (válvula de control de presión) y la temperatura (se regula expandiendo los fluidos a través de un estrangulador, calentando los fluidos en un calentador o intercambiadores de calor para enfriar o calentar.) Factores que afectan la separación Factores que deben determinarse antes del diseño del separador: 1. Tasas de flujo de gas y líquido. 2. Condiciones de operación (P y °T). 3. Tendencia al aumento de las corrientes de alimentación. 4. Densidad, Factor de compresibilidad. 5. Tamaño de partículas a remover. 6. Presencia de impurezas (parafinas, arena…). 7. Tendencia del crudo a formar espuma (foamy oil). 8. Tendencias corrosivas de líquidos y gases.

Deflector: Cambia bruscamente la dirección del flujo al absorber el impulso del líquido y el gas para separarlo. Da como resultado la separación inicial "bruta" líquido - gas. Sección de asentamiento gravitacional: Tiene un tamaño tal que las gotas de líquido de más de 100-140 mm caen a la interfaz gas-líquido, estas gotas son indeseables ya que pueden sobrecargar el extractor de niebla. Extractor de niebla: Utiliza elementos coalescentes que proporcionan gran cantidad de superficie, así como cambios bruscos de dirección para unir y eliminar las pequeñas gotas de líquido.

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO SEPARADORES HORIZONTALES: Más pequeño y, menos costoso que un separador vertical, y se usa comúnmente en corrientes de flujo con altas relaciones gas-líquido y crudo espumoso. No son tan buenos como los verticales para manejo de sólidos. Puede tener menos capacidad de aumento de líquido que los verticales para la misma tasa de flujo de estado estacionario. La sección de recolección de líquidos proporciona el tiempo de retención requerido para que el gas arrastrado se libere del aceite, suba al espacio de vapor y alcance un estado de equilibrio, y un volumen de descarga, si es necesario, para manejar slugs intermitentes de líquido. La válvula de descarga de líquido está regulada por un controlador de nivel que detecta los cambios en el nivel. La presión en el separador se mantiene mediante un controlador de presión en la salida de gas. SEPARADORES VERTICALES Utilizados en corrientes con relaciones de flujo gas-líquido bajas a intermedias, equipado con un fondo de cono falso para manejar la producción de arena y otros sedimentos. Paredes más gruesas que un separador horizontal. El líquido fluye hacia abajo, a medida que el líquido alcanza el equilibrio, las burbujas de gas fluyen en contra de la dirección del líquido y migran al espacio de vapor. El controlador de nivel y la válvula de descarga funcionan igual que en un separador horizontal. La velocidad de sedimentación de una gota líquida es directamente proporcional a su diámetro. SEPARADORES ESFÉRICOS Diseñados originalmente para aprovechar, las mejores características de los separadores horizontales y verticales. Sin embargo, en realidad experimentaron las peores características y son muy difíciles de dimensionar y operar. Pueden ser muy eficientes desde el punto de vista de la contención de la presión. Limitaciones en cuanto a capacidad de líquido.

SEPARADORES CENTRÍFUGOS CCS No tienen partes móviles, poco mantenimiento, compacto, bajo costo, requiere caudales estabilizados Principio de que la separación de gotas mediante la fuerza radial o centrífuga, la cual puede variar desde 5 -2500 veces la fuerza gravitacional. Entrada inclinada tangencial, salida de líquido tangencial, y salida de gas axial. Flujo de gas en espiral que baja por las paredes y sube por el centro, la velocidad espiral en el separador puede superar la velocidad de entrada. Debido a las velocidades radiales las gotas chocan con las paredes, desplazándose luego hacia abajo. Manejan tasas de líquido entre 100-50mil separaciones masivas gas-líquido, gas más limpio.

BPD

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores SEPARADORES VENTURI Actúa bajo un principio de aceleración lineal del gas mediante la restricción del flujo con un fluido motriz que promueve la coalescencia. Adecuados para separaciones liquido-solido. SEPARADORES HORIZONTALES DE DOBLE BARRIL

SCRUBBERS – DEPURADORES Diseñado para recuperar líquidos transportados desde las salidas de gas de los separadores de producción o para atrapar líquidos condensados debido al enfriamiento o a las caídas de presión. Utilizados en forma vertical (por espacio) aguas arriba de compresores o deshidratadores de gas y aguas debajo de equipos que provoquen condensación de líquidos como refrigeradores. SLUG CATCHERS Usados para separar grandes cantidades de gas con muy poco líquido, donde hayan largos slugs y para controlar mejor el oleaje del fluido. Son más costosos y presentan más problemas. Separadores horizontales con bota o recipiente de agua Manejan caudales muy bajos de líquido, son menos costosos que los separadores de doble barril, la idea es que la “bota” sirva como un separador líquido-líquido.

SEPARADOR DE FILTRO Utilizados para grandes flujos de gas con poco líquido y bajo contenido de sólidos, y cuando los separadores convencionales que actúan bajo fuerzas gravitacionales o centrífugas son ineficientes. Los tubos de filtro componen la sección inicial de separación con la coalescencia de gotas de líquido, luego una sección de paletas extractoras de niebla extraen las gotas fusionadas. Utilizados a la entrada de compresores, los scrubbers finales upstream de las torres de contacto glicol, y aplicaciones de gases de instrumento / combustible.

Diseñado para manejar grandes capacidades de gas y slugs de líquido de manera regular. Los tubos proporcionan un gran volumen de retención de líquido y dirigen el líquido a un eliminador de agua libre (Knockout feee wáter - FWKO) para una mayor separación líquido-líquido.

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores DEFLECTORES

Placas antiespumantes:

Puedes ser

Las espumas pueden solucionarse con adición de químicos a la entrada del sep. O haciéndolas pasar a través de platos paralelos inclinados o tubos. Estas placas o tubos paralelos estrechamente espaciados proporcionan área superficial, que rompe la espuma y permite que la espuma colapse en la capa líquida.

Placas deflectoras: Cambios rápidos de dirección y velocidad A la misma velocidad, el líquido de mayor densidad posee más energía y por lo tanto no cambia la dirección o la velocidad tan fácilmente como el gas. Por lo tanto, el gas tiende a fluir alrededor del desviador mientras que el líquido golpea el desviador y luego cae al fondo del recipiente. La ventaja de utilizar dispositivos como un codo o cono de media esfera es que crean menos perturbaciones que las placas o el ángulo de hierro, lo que reducen problemas emulsionantes. Deflectores centrífugos: Utilizan la fuerza centrífuga, en lugar de la agitación mecánica, se pueden diseñar para separar eficientemente el líquido mientras se minimiza la posibilidad de formación de espuma o emulsificación. La desventaja es que su diseño es sensible a las tasas. A bajas velocidades, no funcionarán correctamente. Por lo tanto, normalmente no se recomiendan para producir operaciones en las que no se espera que las tasas sean constantes. Rompedores de olas: Son deflectores perforados o placas que se colocan perpendicularmente al flujo ubicado en la sección de recolección de líquidos del separador. Estos deflectores amortiguan cualquier acción de onda que pueda ser causada por los fluidos entrantes.

Rompedor de remolinos: El líquido que sale de un separador puede formar vórtices o remolinos, que puede llevar el gas a la salida de líquido, estos rompedores evitan que se desarrolle un vórtice cuando la válvula de control de líquido está abierta. Es un cilindro cubierto con placas planas dirigidas radialmente. A medida que el líquido entra en el fondo del rompedor, las placas planas evitan cualquier movimiento circular.

Cilindro de amortiguación: Un cilindro de amortiguación, que es simplemente un accesorio de tubería ranurada que rodea un desplazador de control de nivel interno, protege al desplazador de las corrientes, las olas y otras perturbaciones que podrían causar que el desplazador detecte una medición de nivel incorrecta. Jets y desagües de arena: Para eliminar los sólidos, los drenajes de arena se abren de manera controlada, y luego se bombea fluido a alta presión, generalmente agua producida, a través de los chorros para agitar los sólidos y expulsarlos por los desagües. Los chorros de arena se diseñan normalmente con una velocidad de la punta del chorro de 20 pies / s Para evitar que la arena sedimentada obstruya los desagües de arena, se usan canales de arena, son como bebederos invertidos con aberturas laterales ranuradas.

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores 1. Impactación inercial: debido a su masa, las partículas de 1 a 10 mm de diámetro en la corriente de gas tienen un impulso suficiente para atravesar las líneas de flujo del gas y continuar moviéndose en línea recta hasta que incidan en el objetivo. La impactación es generalmente el mecanismo más importante en almohadillas de malla de alambre y placas de choque.

EXTRACTORES DE NIEBLA. Eliminan gotas de líquido y pequeñas partículas sólidas del gas. Factores para la selección: 1. Tamaño de las gotas a remover. 2. Caída de presión que puede tolerarse para lograr el nivel requerido de eliminación. 3. Susceptibilidad del separador a obstruirse con sólidos, si hay sólidos presentes. 4. Capacidad de manejo de líquidos del separador. 5. Si el extractor / eliminador de niebla se puede instalar dentro del equipo existente, o si requiere un recipiente independiente. 6. Disponibilidad de los materiales de construcción que son comparables con el proceso. 7. Costo del extractor / eliminador de niebla en sí mismo y los recipientes, tuberías, instrumentación y servicios requeridos.

2. Intercepción directa: partículas en la corriente de gas que son más pequeñas, entre 0.3 y 1 mm de diámetro, no tienen suficiente impulso para romper las líneas de flujo de gas. Sin embargo, si la línea de la corriente se encuentra tan cerca del objetivo para que la distancia desde la línea central de la partícula al objetivo sea menor que la mitad del diámetro de la partícula, la partícula puede tocar el objetivo y ser recogida. La efectividad de la interceptación es una función de la estructura del poro. Cuanto más pequeños son los poros, mayor es el medio para interceptar las partículas. 3. Difusión: incluso partículas más pequeñas, muestran un movimiento browniano aleatorio causado por colisiones con las moléculas de gas. Esto hará que las partículas golpeen al objetivo y sean recogidas, incluso si la velocidad del gas es cero. Las partículas se difunden desde las líneas de corriente hasta la superficie del objetivo donde la concentración es cero. La difusión se ve favorecida por los gradientes de baja velocidad y alta concentración.

Todos los tipos de extractores de niebla se basan en el mismo tipo de intervención en el equilibrio natural entre las fuerzas gravitacionales y de arrastre.  Superar la fuerza de arrastre al reducir la velocidad del gas (separadores de gravedad o cámaras de sedimentación)  Introducción de fuerzas adicionales (depuradores venturi, ciclones, precipitadores electrostáticos)  Aumentando la fuerza gravitatoria aumentando el tamaño de la gota (tipo de impacto) Tipo Choque o de impacto: El tipo más utilizado de extractor de niebla es el tipo de choque porque ofrece un buen equilibrio entre eficiencia, rango de operación, presión requisito de caída y costo de instalación. Estos tipos consisten en deflectores, mallas de alambre y almohadillas de microfibra. Puede suponerse que cuanto mayor sea la velocidad de la corriente, más se acercarán las líneas de flujo del gas al objetivo.

Bafles: Este tipo de extractor de niebla de impacto consiste en una serie de deflectores o placas entre los cuales el gas debe fluir en forma laminar entre placas paralelas que contienen cambios direccionales. La superficie de las placas sirve como objetivo para el choque y la recolección de gotitas. Puede eliminar gotas de líquido de 10-40 mm o más. Su operación generalmente está dictada por una velocidad de diseño expresada de la siguiente manera:

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores dónde:

El factor K, coeficiente de Souders-Brown, se determina experimentalmente para cada geometría de placa. Su valor varía de 0.3 a 1.0 pies / s (0.09-0.3 m / s). A en valor demasiado bajo de K, las gotas pueden permanecer en las líneas de flujo del gas y no ser atrapadas. El límite superior se establece para minimizar la re-entrada o el corte de la película de líquido. Se pueden manejar velocidades de gas más altas si las paletas se instalan en un flujo horizontal de gas. – Bajas caídas de presión. Malla de alambre:

f = factor de fricción de la figura 3.36 H = espesor de la almohadilla de malla, en pulgadas a = área de superficie, pulgadas2 rg = densidad del gas, lb / ft3 V = velocidad del gas, pies / s DPdry = caída de presión, psi. La caída de presión húmeda, una función de la carga de líquido así como de la geometría de la almohadilla de malla de alambre, se puede obtener experimentalmente en un rango de velocidades de gas y cargas de líquido. Para garantizar el funcionamiento de la unidad a la capacidad de diseño y la alta eficiencia de eliminación de neblina, el patrón de flujo de la fase de gas debe ser uniforme en todo el elemento.

Superan en número a todos los otros tipos de extractores de niebla. Son hilos de punto (en vez de tejidos), y estos dispositivos tienen una gran área superficial y un volumen vacío, el producto es suficientemente flexible y estructuralmente estable. El extractor de niebla de malla de alambre puede tener un grosor (usualmente 3-7 in) y densidad de malla (generalmente 10-12 lb / ft3). La almohadilla de alambre se coloca entre las rejillas de soporte superior e inferior para completar el ensamblaje. Normalmente están instalados en flujo vertical ascendente de gas. En un flujo horizontal, el diseñador debe tener cuidado porque las gotas de líquido capturadas en la parte más alta de la malla vertical pueden drenarse hacia abajo formando un ángulo a medida a través de la malla, lo que resultaría en un nuevo arrastre. El límite inferior de la velocidad se establece normalmente al 30% de la velocidad de diseño, lo que mantiene una eficiencia razonable. El límite superior se rige por la necesidad de evitar la reentrada de gotas líquidas desde la cara corriente abajo del dispositivo de malla de alambre. La caída de presión a través de una unidad de malla de alambre es una combinación de caída de presión "seca" debido solo al flujo de gas, más la caída de presión "húmeda" debido a la retención de líquido. La caída de presión seca puede calcularse a partir de la siguiente ecuación:

Cuando los tambores están equipados con paletas o almohadillas de malla de alambre, pueden usar cualquiera de las cuatro configuraciones de diseño siguientes: recipientes horizontales o verticales, con aletas horizontales o verticales o elementos de malla. La configuración clásica es el recipiente vertical con elemento horizontal. Para lograr un flujo uniforme, debe seguir un criterio de diseño (Figura 3.37). Una unidad de malla de alambre del tamaño adecuado puede eliminar el 100% de las gotas de líquido de más de 310 mm de diámetro. Las almohadillas de malla de alambre no son la mejor opción si los sólidos pueden acumularse y tapar la almohadilla.

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores Otras configuraciones: Algunos separadores usan extractores centrífugos de niebla . Estas unidades pueden ser más eficientes que la malla de alambre o las paletas y son las menos susceptibles a obstrucciones. Sin embargo, no son comunes porque sus eficiencias de eliminación son sensibles a pequeños cambios en el flujo. Además, requieren caídas de presión relativamente grandes para crear la fuerza centrífuga. El embalaje actúa como coalescente.

Microfibras: Usan fibras de diámetro pequeño, usualmente de menos de 0.02 mm, para capturar gotas muy pequeñas. El flujo de gas y líquido es horizontal y en paralelo. El drenaje por gravedad dentro de la unidad es limitado. El líquido finalmente se empuja a través de la microfibra y se drena hacia abajo. El área de superficie de un extractor de niebla de microfibra puede ser 3-150 veces mayor que la de una unidad de malla de alambre de igual volumen. Selección final: Hay dos categorías de estas unidades, dependiendo del método de captura de la gota. Al igual que con las almohadillas de malla de alambre, las unidades de microfibra que operan en el modo de impacto inercial tienen una velocidad mínima por debajo de la cual la eficiencia cae significativamente. Las unidades de microfibra que operan en el modo de difusión no tienen un límite de velocidad tan bajo. De hecho, la eficiencia continúa mejorando a medida que la velocidad del gas se reduce a cero. Solo el tipo de difusión puede eliminar gotas de menos de 2 mm. Para las unidades de microfibra de impacto, la velocidad máxima se establece por el inicio de la re-entrada, al igual que en los dispositivos de malla de alambre y paletas. La velocidad típica oscila entre 20 y 60 pies/min para las unidades de tipo impacción, en comparación con 1-4 pies / min para las unidades en el modo de difusión. La Tabla 3.1 (1°HOJA) resume los principales parámetros que deberían considerarse al seleccionar un extractor de niebla. Para obtener información más detallada, ver Fabian et al. (1993)

La selección de un tipo de extractor de niebla implica un análisis de costo-beneficio típico, se ve afectado por las características del fluido y los requisitos del sistema. Se recomienda que el tamaño de los extractores de niebla se deje al fabricante. La experiencia indica que si la sección de sedimentación por gravedad está diseñada para eliminar gotas de líquido de 500 mm o menos de diámetro, habrá suficiente espacio para instalar un extractor de niebla. Las almohadillas de malla de alambre son las más baratas, pero son las más susceptibles de obstruirse con parafinas, hidratos de gas, etc. Con la edad, también tienden a deteriorarse y liberar alambres y / o trozos de la almohadilla en la corriente de gas. Esto puede ser extremadamente dañino para los equipos aguas abajo, como los compresores.

Las unidades de paletas, por otro lado, son más caras. Por lo general, son menos susceptibles a obstrucciones y deterioro que las almohadillas de malla. Las unidades de

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores microfibra son las más caras y son capaces de capturar gotitas muy pequeñas, pero, al igual que las almohadillas de malla de alambre, son susceptibles de taparse. POSIBLES PROBLEMAS DE OPERACIÓN Crudo espumoso - Foamy Oil: La causa principal es la presencia de impurezas distintas al agua, que no son prácticas de eliminar antes de que la corriente llegue al separador. Una impureza que casi siempre causa espuma es el CO2. Los fluidos de completamiento y reacondicionamiento incompatibles con los fluidos del pozo, también pueden causar espuma. La espuma no presenta ningún problema dentro de un separador si el diseño interno garantiza un tiempo suficiente o una superficie coalescente suficiente para que la espuma se rompa. Es un problema porque: 1. El control mecánico de nivel de líquido se agrava debido a que cualquier dispositivo de control debe tratar con esencialmente tres fases líquidas en lugar de dos. 2. La espuma tiene una gran relación volumen-peso. Por lo tanto, puede ocupar gran parte del espacio que de otro modo estaría disponible en las secciones de acumulación de líquidos o de sedimentación por gravedad. 3. En un banco de espuma no controlada, se hace imposible eliminar gas libre o aceite desgasificado desde el recipiente sin arrastrar algo del material espumoso en cualquiera de las salidas de líquido o de gas. Las tendencias de formación de espuma de cualquier aceite se pueden determinar con pruebas de laboratorio. Una de esas pruebas es ASTM D 892, que implica burbujear aire a través del aceite. Por otro lado, el aceite puede estar saturado con el gas asociado y luego se expande en un recipiente de gas. Esta prueba alternativa modela más de cerca el proceso de separación real. Ambas pruebas son cualitativas. No existe un método estándar para medir la cantidad de espuma producida o la dificultad para romper la espuma. No es posible predecir formación de espuma sin pruebas de laboratorio. Sin embargo, se puede esperar cuando el CO2 está presente (1-2%). Debe observarse que la cantidad de espuma depende de la caída de presión a la que está sometido el líquido de entrada, así como de las características del líquido en las condiciones del separador. Los efectos de la temperatura en un aceite espumoso son interesantes. Cambiar la temperatura a la que se separa un

aceite espumoso tiene dos efectos en la espuma. El primer efecto es cambiar la viscosidad (disminución) del aceite, lo que facilita la salida del gas. El segundo efecto es cambiar el equilibrio gas-petróleo. Aumentar la T, aumentará la cantidad de gas, que se libera del petróleo. Es muy difícil predecir los efectos de la temperatura sobre las tendencias espumosas de un aceite. Sin embargo, puede decirse que para crudo de baja gravedad API (aceites pesados) con bajos GOR, el aumento de la temperatura de operación disminuye las tendencias de formación de espuma de los aceites. De manera similar, para un alto contenido de API crudo (aceites ligeros) con altas GOR, el aumento de la temperatura de operación disminuye las tendencias de formación de espuma de los aceites. Sin embargo, aumentar la temperatura operativa para un crudo con gravedad API alta (aceite ligero) con bajos GOR puede aumentar las tendencias de formación de espuma porque aumentar la temperatura operativa aumenta significativamente la evolución del gas, lo que a su vez aumenta las tendencias de formación de espuma. Los productos químicos inhibidores de espuma pueden hacer un buen trabajo al aumentar la capacidad de un separador dado. Se debe proporcionar suficiente capacidad en el separador para manejar la producción anticipada sin el uso de un inhibidor de espuma. Una vez que se coloca en funcionamiento, el inhibidor puede permitir un mayor rendimiento y capacidad. Sin embargo, no se debe suponer la eficiencia del inhibidor porque las características del crudo y de la espuma pueden cambiar durante la vida útil del campo. Parafinas: La operación del separador puede verse afectada negativamente. Puede obstruir las placas coalescentes en la sección de líquido y los extractores de niebla de malla en la sección de gas. Para este problema potencial, se debe considerar el uso de extractores centrífugos o de tipo plato. Deben proporcionarse orificios, agujeros de mano y boquillas para permitir el vapor, el disolvente u otros tipos de limpieza de las partes internas del separador. La temperatura global del líquido siempre debe mantenerse por encima del punto de nube del petróleo.

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores Arena: La arena puede cortar el borde de la válvula, taponar el interior del separador y acumularse en la parte inferior del separador. Un “ajuste duro” (hard trim) puede minimizar los efectos de la arena en las válvulas. Las acumulaciones de arena se pueden eliminar inyectando periódicamente agua o vapor en el fondo del recipiente para suspender la arena durante el drenaje. Algunos separadores verticales están equipados con un fondo de cono que normalmente está en un ángulo de entre 45° y 60° a la horizontal, la arena puede tener tendencia a adherirse al acero a 45 ° C. Si se instala un cono, podría formar parte de las paredes del recipiente que contienen presión (Figura 3.41) o, por razones estructurales, podría instalarse en el interior del cilindro del recipiente (Figura 3.42). En tal caso, se debe instalar una línea de compensación de gas para asegurar que el vapor detrás del cono esté siempre en equilibrio de presión con el espacio de vapor. Un diseño que promueva una buena separación y tenga un mínimo de trampas para la acumulación de arena puede ser difícil de alcanzar, ya que el diseño que proporciona el mejor mecanismo para separar las fases de gas, petróleo y agua probablemente también proporcionar áreas para la acumulación de arena. Un equilibrio práctico para estos factores es la mejor solución.

Transferencia líquida: Ocurre cuando el líquido libre escapa con la fase de gas y puede indicar alto nivel de líquido, daño a las partes internas del equipo, espumas, estado de salidas de líquido tapadas o un caudal que excede la tasa de diseño del separador. El arrastre de líquido generalmente puede prevenirse instalando un sensor de seguridad de nivel alto (LSH) que cierra el flujo de entrada al separador cuando el nivel del líquido excede el máximo normal generalmente 10-15%. Gas Blowby – “Gas soplado” Ocurre cuando el gas libre escapa con la fase líquida y puede ser una indicación de bajo nivel de líquido, agitación vorticial o falla en el control de nivel. Esto podría llevar a una situación muy peligrosa. Si hay una falla de control de nivel y la válvula de descarga de líquido está abierta, A menos que el recipiente aguas abajo esté diseñado para la condición de gas blowby, puede sobrepresionarse. El gas blowby puede prevenirse instalando un sensor de seguridad de nivel bajo (LSL) que se cierra en el flujo de entrada y / o salida del separador cuando el nivel del líquido cae a 10-15% por debajo del límite operativo. Además, los componentes del proceso aguas abajo deben tener un sensor de alta presión de seguridad (PSH) y una válvula de presión de seguridad (PSV) dimensionada para gas blowly. Slugs de líquido Las líneas de flujo de dos fases tienden a acumular líquidos en los puntos bajos. Cuando el nivel de liquidez allí se eleva lo suficiente como para bloquear el flujo de gas, entonces el gas empuja el líquido a lo largo de la línea como un slug.

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores Dependiendo de las tasas de flujo, propiedades del flujo, longitud, diámetro de la linea, y cambios de elevación, estos slugs pueden contener grandes volúmenes de líquido. Estas situaciones deben identificarse antes del diseño de un separador. El nivel normal de funcionamiento y el cierre de alto nivel sobre el separador deben estar espaciados lo suficiente para acomodar el volumen del slug. Si no se proporciona suficiente volumen en el separador, los slugs dispararán el cierre por alto nivel. El separador puede dimensionarse para la capacidad de caudal de líquido utilizando el nivel de funcionamiento normal. La ubicación del punto de referencia de alto nivel debe establecerse para proveer el volumen del slug. El tamaño del separador debe verificarse para garantizar que quede suficiente capacidad de gas cuando el líquido está en el punto de alto nivel. Esta verificación es importante para los separadores horizontales porque, a medida que aumenta el nivel del líquido, se reduce la capacidad del gas. El tamaño potencial del slug puede ser tan grande que es beneficioso instalar un gran volumen de tubería aguas arriba del separador. Estas operan normalmente vacías de líquido, y se llenan de líquido cuando ingresa el slug al sistema. Este es el tipo más común de colector de slugs utilizado cuando las tuberías de dos fases son rutinariamente “pigged” (marraneadas). La Figura 3.15 (3° HOJA) es un esquema de un colector líquido de slugs digitales.

de un separador y un extractor de niebla. Estos separadores, comúnmente denominados scrubbers, puede eliminar gotas del orden de 500 mm sin temor a inundar sus extractores de niebla. Fuel gas scrubbers, compressor suction scrubbers, and contact tower inlet scrubbers son algunos ejemplos. En los sistemas de antorcha (flare systems) , donde el gas se quema para su descarga, existe la posibilidad de que las gotas de líquido en combustión puedan caer al suelo antes de ser consumidas. En lugares críticos, como plataformas marinas, muchos operadores incluyen un extractor de niebla como precaución adicional contra una llama que pueda caer. Tiempo de retención Para garantizar que el líquido y el gas alcancen el equilibrio a la presión del separador, se requiere cierta capacidad de almacenamiento de líquido. Esto se define como "tiempo de retención", es por lo tanto, el volumen del almacenamiento de líquido en el recipiente divido en el caudal de líquido. Los tiempos de retención son generalmente de 30 seg. a 3 min. Donde está presente el crudo espumoso, puede necesitarse hasta 4 veces más tiempo. En ausencia de datos de laboratorio, se pueden utilizar las pautas presentadas en la Tabla 3.2.

TEORÍA DEL DISEÑO Las gotas de líquido son removidas por la fuerza de gravedad a cierta velocidad en la cual la fuerza de gravedad es igual a la fuerza de arrastre ejercida por el gas. Ecuación para la fuerza de arrastre:

Se diseña basándose en las ecuaciones de la Teoría de asentamiento de la gota. Tamaño de la gota Para aplicar las ecuaciones, se debe seleccionar un tamaño de gota de líquido a eliminar. De la experiencia de campo, se tiene que las gotas de 140 mm se eliminan en esta sección, así el extractor de niebla no se inundará y será capaz de realizar su trabajo de eliminación de gotas entre 10 y 140 mm de diámetro. Hay casos especiales en los que el separador está diseñado para eliminar solo pequeñas cantidades de líquido que podrían condensarse debido a los cambios de temperatura o presión en una corriente de gas que ya ha pasado a través

Reentrada de líquidos: La reentrada de líquidos 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 olas y ondas en el líquido, y entonces 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 semillenos (half-full). La re-entrada de líquidos debe considerarse especialmente para los separadores de alta presión dimensionados según las limitaciones de la capacidad del gas. Es más probable a presiones de

Miranda Sánchez Medina – Resumen Separadores operación más altas (> 1000 psig o> 7000 kPa) y a mayores viscosidades de aceite (<30° API). Separadores horizontales – half-full y Separadores Verticales. Es necesario escoger una longitud costura-costura del equipo y un diámetro. Para esto debe satisfacer la condición de capacidad de gas y un tiempo de retención suficiente para permitir que el líquido alcance el equilibrio. El constrain de capacidad de gas se basa en ajustar el tiempo de retención del gas al tiempo requerido para que las gotas de líquido puedan asentarse. También el equipo debe ser dimensionado para proveer un tiempo de retención al líquido en el cual pueda alcanzar el equilibrio de fases con el gas. La longitud costura-costura va a depender del diseño físico de los elementos internos del separador, como extractor de niebla, espacio para distribución de flujo del deflector… En el diseño de separadores verticales, la longitud costuracostura puede estimarse basándose en el diámetro y la altura del líquido. Si gobierna el constrain de capacidad de gas y la relación de esbeltez está entre 4-5 pueden presentarse problemas por re-entrada de líquido. La relación se recomienda entre valores de 3-4.