PARTES (1)

PARTES PA ESTUDIAR- Gonzalo …..- Piter …..- Carola …..- Flavia …..- Alan …..- Rojas …..- Guishen …..

PROYECTO DE INVESTIGACION - SEPARACIÓN

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA“MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” BOLIVIA

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

“MODULO DE SEPARACIÓN Y ESTABILIZACIÓN DE CONDENSADOS”

CARLOS ANDRÉS AGUILERA BALCÁZAR S3829-6FERNANDO ROJAS VIDAL S3867-9ALAN CRISTIAN ESPINOZA AGUILAR S3692-7SERGIO MEDINA BASCOPE S3654-4GONZALO GONZALES MAGNE S3788-5FLAVIA GERALDINE VACA BELTRAN S3362-6LUIS ALFREDO GUILLEN PLATA S3792-3CAROLA ISABEL DIAZ HURTADO 8434382

SANTA CRUZ – 2015

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CONTENIDO

CAPITULO 1. GENERALIDADES................................................................................................................... 4

1.1. INTRODUCCIÓN..................................................................................................5

CAPITULO 2. MARCO TEORICO – MODULO DE RECOLECCION.....................................................................6

2.1. INSTALACIONES DE SUPERFICIE.....................................................................7

2.1.1. SISTEMA DE PRODUCCIÓN.......................................................................................................7

2.1.2. RECOLECCIÓN..........................................................................................................................7

2.1.2.1. Estranguladores..................................................................................................................................8

2.1.2.2. Líneas de Flujo.....................................................................................................................................8

2.1.2.3. Múltiples de Recolección....................................................................................................................9

2.1.2.4. Calentadores.....................................................................................................................................10

2.1.2.5. Trampas de Liquido...........................................................................................................................10

2.1.2.6. Líneas de Venteo...............................................................................................................................10

2.1.2.7. Puentes de Producción.....................................................................................................................11

CAPITULO 3. MARCO TEORICO – MODULO DE SEPARACION.....................................................................12

3.1. DEFINICION DE UN SEPARADOR....................................................................13

3.2. FUNCIONES DE UN SEPARADOR...................................................................13

3.3. CONSIDERACIONES INICIALES PARA EL DISEÑO DE UN SEPARADOR....13

3.4. PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE SEPARADORES....14

3.4.1. COMPOSICIÓN DEL FLUIDO QUE SE VA A SEPARAR...............................................................14

3.4.2. FLUJO NORMAL DE VAPOR....................................................................................................14

3.4.3. PRESIÓN Y TEMPERATURA DE OPERACIÓN............................................................................14

3.4.4. FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL GAS (Z) EN CONDICIONES DE TRABAJO..........................15

3.4.5. DENSIDAD DE LOS FLUIDOS EN LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN.......................................15

3.4.6. VELOCIDAD CRÍTICA...............................................................................................................15

3.4.7. CONSTANTE DE K (SOUDERS & BROWN)................................................................................15

3.4.8. TIEMPO DE RETENCIÓN.........................................................................................................16

3.4.9. RELACIÓN LONGITUD/DIÁMETRO..........................................................................................16

3.4.10. DIMENSIONAMIENTO DEL SEPARADOR.................................................................................16

3.5. SECCIONES PRINCIPALES DE LOS SEPARADORES....................................16

3.5.1. PRIMERA SECCIÓN DE SEPARACIÓN.......................................................................................16

3.5.2. SECCIÓN DE LAS FUERZAS GRAVITACIONALES.......................................................................17

3.5.3. SECCIÓN DE ATRACCIÓN DE NIEBLA......................................................................................17

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3.5.4. SECCIÓN DE ACUMULACIÓN DE LÍQUIDO..............................................................................17

3.6. DISPOSITIVOS INTERNOS DEL SEPARADOR................................................19

3.6.1. DESVIADORES DE ENTRADA...................................................................................................19

3.6.2. PLACAS ANTIESPUMA............................................................................................................19

3.6.3. ROMPEDORES DE VÓRTICES..................................................................................................20

3.6.4. EXTRACTOR DE NEBLINA........................................................................................................20

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CAPITULO 1. GENERALIDADES

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1.1. INTRODUCCIÓN

En el siguiente informe de investigación, se elaboró un trabajo el cual se encuentra

dividido en 3 marcos teóricos como una manera de organizar la información y de

este modo, para que el lector pueda buscar más fácilmente lo que desea. Es así,

que se develarán puntos como el módulo de recolección, módulo de separación y

estabilización de condensados. Cada cual se encuentra detallado con un

contenido vasto y concreto para cubrir con todos los puntos que se fijaron como

parte de la organización de la empresa EMIH (“Empresa Militar de Industrialización

de Hidrocarburos”). Esencialmente, el objetivo propuesto para este proyecto de

investigación es el de poder dimensionar un tipo de separador de hidrocarburos en

base a datos propuestos y también, poder explicar el desarrollo de un proceso de

estabilización de condensados, más propiamente de la planta de Colpa Caranda

en cuestión en base a un diagrama de flujo.

Entre otros puntos que se mostrarán en este proyecto de investigación serán los

consideraciones iniciales para realizar un diseño de un separador de cualquier sea

el tipo, los parámetros que intervienen en el diseño y que entre estos se deben

tomar sin lugar a dudas las propiedades de los fluidos con los que trabajará el

equipo, las secciones principales que lo conforman, como un todo, y también sus

partes internas y externas, mas posteriormente, el diseño en específico del

separador en cuestión con el que se vaya a trabajar.

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CAPITULO 2. MARCO TEORICO – MODULO DE RECOLECCION

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2.

2.1. INSTALACIONES DE SUPERFICIE

2.1.1. SISTEMA DE PRODUCCIÓN

Los sistemas de producción están constituidos por un conjunto de instalaciones

cuya función básica consiste en el manejo de la mezcla de petróleo y gas que se

extrae del yacimiento hasta que se realiza las operaciones de comercialización del

petróleo y del gas.

El manejo de la producción comprende básicamente la separación de los tres

fluidos principales obtenidos del pozo: petróleo, agua y gas.

2.1.2. RECOLECCIÓN

Desde cada pozo los fluidos producidos son transportados a través de las tuberías

de flujo o líneas de flujo hacia los múltiples de producción o recolección en las

estaciones de flujo, para luego ser bombeadas a estaciones principales o de

descarga y de allí a patios de tanques y plantas de procesamiento de gas.

Las líneas de flujo están conectadas a sistemas de recolección denominadas

múltiples de recolección, a los cuales llegan los hidrocarburos provenientes de

cada uno de los pozos productores, antes de ser enviados al resto de los equipos

de producción que conforman una estación de flujo.

La estación de flujo se refiere al conjunto de equipos inter-relacionados para

recibir, separar, almacenar temporalmente y bombear los fluidos provenientes de

los pozos de su vecindad.

Los equipos e instalaciones principales que conforman una estación de flujo son:

Estranguladores.

Líneas de flujo.

Calentadores y/o calderas.

Múltiple de producción o recolección (manifold).

Separadores de gas-liquido, de producción general y de prueba.

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Depuradores de gas.

Tanques de producción.

Sistemas de bombas de transferencias de crudo.

2.1.2.1. EstranguladoresLlamados también choques, están ubicados en el arbolito después de la válvula de

surgencia, tienen la función de restringir y/o regular el flujo, también causan una

contrapresión en el pozo. Los estranguladores también sirven para controlar la

presión del pozo, y para regular la producción de agua o arena. Así mismo ayuda

a conservar la energía del yacimiento haciendo que la declinación sea más lenta.

En el campo existen dos tipos de estranguladores: Fijos y Regulables.

Estranguladores Fijos.- van instalados en un receptáculo fijo llamado porta-

choques y para cambiar el diámetro del choque necesariamente se debe sacar

el mismo y colocar otro choque de diámetro deseado.

Estranguladores Regulables.- se puede modificar el diámetro del orificio, sin

retirarlo del porta-choque que lo contiene, mediante un dispositivo mecánico

tipo revolver.

2.1.2.2. Líneas de FlujoSe denomina línea de flujo a la tubería que se conecta desde el cabezal de un

pozo hasta el múltiple de recolección de su correspondiente estación de flujo. Son

fabricadas en diferentes diámetros, series y rangos de trabajo y se seleccionan

según el potencial de producción y presiones de flujo del sistema.

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2.1.2.3. Múltiples de RecolecciónLos múltiples están formados por dos o tres tubos, instalados en forma horizontal,

paralelos uno respecto al otro y están conectados a la línea de flujo provenientes

de los pozos. En el punto de convergencia de la línea de flujo con el múltiple, se

encuentra instalada una válvula para tomar muestras de crudo, una válvula check

(para evitar el retorno del fluido en caso de roturas en la línea de flujo), y válvulas

de compuertas, de bola o de tapón, las cuales permiten cerrar o dejar pasar el

fluido.

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2.1.2.4. CalentadoresLos calentadores son contenedores o dispositivos utilizados para subir la

temperatura del gas que se utiliza en el gas lift, es decir que el gas se lo calienta

para evitar la formación de hidratos (estos se forman a bajas temperaturas y bajas

presiones).

2.1.2.5. Trampas de LiquidoSon compartimientos que recolectan o almacenan los condensados de Gas lift, es

decir que cuando el gas lift es enviado de planta hacia el distribuidor, su presión y

temperatura disminuyen, esto origina la formación de condesado que es

almacenado en la trampa de líquido, esta trampa se encuentra enterrada.

2.1.2.6. Líneas de VenteoSon líneas que se utilizan para despresurizar las tuberías del pozo en superficie.

Por ejemplo para el cambio del choque es necesario cerrar las válvulas maestras y

despresurizar las líneas, también se despresuriza cuando se realiza un paro toral

de planta. En general las líneas de venteo son utilizadas para realizar cualquier

tipo de mantenimiento.

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2.1.2.7. Puentes de ProducciónTambién conocidas como líneas de producción, son aquellas que están

conectadas al porta choque y dirigen la producción a la planta de compresión y

tratamiento. Esta línea generalmente tiene un diámetro de 2 pulgadas.

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CAPITULO 3. MARCO TEORICO – MODULO DE SEPARACION

3.

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3.1. DEFINICION DE UN SEPARADOR

Los equipos de separación, como su nombre lo indica, se utilizan en la industria

petrolera para separar mezclas de líquido y gas.

Un separador es un recipiente cerrado que trabaja a presión en el cual se separan

dos o tres fases del fluido producido por los pozos. Cuando se separan dos fases

son líquidos y gas, y cuando se separan tres fases son gas, petróleo y agua.

En la industria del petróleo y del gas natural, un separador es un cilindro de acero

que por lo general se utiliza para disgregar la mezcla de hidrocarburos en sus

componentes básicos, petróleo y gas. Adicionalmente, el recipiente permite aislar

los hidrocarburos de otros componentes indeseables como la arena y el agua.

3.2. FUNCIONES DE UN SEPARADOR

Permitir la primera separación entre los hidrocarburos esencialmente líquidos y

gaseosos.

Liberar parte de la fracción gaseosa que pueda permanecer en la fase liquida.

Descargar, por separado, las fases liquida y gaseosa para evitar que se

vuelvan a mezclar, parcial o totalmente.

Recolectar la producción de los diferentes pozos de una determinada área.

Medir la producción de petróleo, agua y gas de cada pozo productor.

Proporcionar un sitio para el almacenamiento temporal de petróleo.

Bombear el petróleo a patio de tanques.

3.3. CONSIDERACIONES INICIALES PARA EL DISEÑO DE UN

SEPARADOR

La energía que posee el fluido al entrar al recipiente debe ser controlada.

Los flujos de las fases líquida y gaseosa deben estar comprendidos dentro de

los límites adecuados que permitan su separación a través de las fuerzas

gravitacionales que actúan sobre esos fluidos y que establezcan el equilibrio

entre las fases gas-líquido.

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La turbulencia que ocurre en la sección ocupada principalmente por el vapor

debe ser minimizada.

La acumulación de espuma y partículas contaminantes deben ser controladas.

Las fases líquidas y vapor no deben ponerse en contacto una vez separadas.

Las regiones del separador donde se puedan acumular sólidos deben, en lo

posible, estar provistos de facilidades adecuadas para su remoción.

El equipo será provisto de la instrumentación adecuada para su funcionamiento

adecuado y seguro en el marco de la unidad/planta a la que pertenece.

3.4. PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE SEPARADORES

3.4.1. COMPOSICIÓN DEL FLUIDO QUE SE VA A SEPARAR

Es cierto que la mayoría de los ingenieros no analizan con antelación la

composición de la alimentación, sino que parten de un determinado volumen y tipo

de fluido supuestamente conocido al hacer la selección. Pese a esto, es

conveniente que el diseñador esté familiarizado con el concepto de equilibrio de

fases y separación instantánea, con el fin de predecir cuál será la cantidad y

calidad del gas y de líquido que se formarían en el separador, en las condiciones

de presión y temperatura de diseño.

3.4.2. FLUJO NORMAL DE VAPOR

El flujo normal de vapor (o gas) es la cantidad máxima de vapor alimentada a un

separador a condiciones típicas de operación (es decir, en ausencia de

perturbaciones tales como las que aparecen a consecuencia de inestabilidades del

proceso o a pérdidas de la capacidad de condensación aguas arriba del mismo).

3.4.3. PRESIÓN Y TEMPERATURA DE OPERACIÓN

El estudio previo de las variaciones de presión y temperatura en el sitio donde se

instalará la unidad afectará, de manera determinante, la selección del equipo. Es

de mayor importancia, tomar en cuenta el aumento de las presiones que las

caídas de la misma.

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3.4.4. FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL GAS (Z) EN CONDICIONES DE

TRABAJO

El valor de z determina el volumen del gas en las condiciones de operación. El

diseñador deberá seleccionar el modelo más conveniente para que los resultados

coincidan con los valores de campo.

3.4.5. DENSIDAD DE LOS FLUIDOS EN LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN

La 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 líquidos, muchas personas trabajan en condiciones normales, bajo el supuesto

del efecto de los cambios de presión y temperatura afectan muy poco los

resultados finales.

3.4.6. VELOCIDAD CRÍTICA

La velocidad crítica es una velocidad de vapor calculada empíricamente que se

utiliza para asegurar que la velocidad superficial de vapor, a través del separador,

sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre excesivo de líquido. Tal

velocidad no está relacionada con la velocidad sónica.

3.4.7. CONSTANTE DE K (SOUDERS & BROWN)

Es unos de los parámetros que mayor relevancia tiene en el momento de predecir

el comportamiento de los fluidos dentro de un recipiente. En cierto modo, es el

valor que se acerca o aleja las predicciones del funcionamiento real del sistema.

En la práctica, lo que suelen hacer los fabricantes es diseñar el extractor de niebla

y ajustar en el campo, el valor correspondiente para predecir los resultados reales.

Por esa razón, se suelen encontrar unidades pequeñas garantizadas para manejar

cantidades de gas mucho mayores de lo esperado. Al utilizar velocidades críticas

más altas que las resultantes del uso directo de las fórmulas, los separadores

serán de diámetros más pequeños.

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3.4.8. TIEMPO DE RETENCIÓN

La capacidad líquido de un separador depende principalmente del tiempo de

retención del líquido en el recipiente, una buena separación requiere de un tiempo

suficiente para lograr el equilibrio entre la fase líquida y la fase gaseosa a la

temperatura y presión de separación.

Gravedades del petróleo Minutos Típicos>40°API 1 a 225-40°API 1 a 3<25°API 3 a 12

3.4.9. RELACIÓN LONGITUD/DIÁMETRO

Existe una constante adimensional llamada R, que permite determinar la relación

entre la longitud de costura a costura (Lss) con el diámetro del separador. Este

parámetro permite determinar el diseño más eficiente y económico, se toma el

valor de R entre valores de 3 y 4. Aunque para algunos casos específicos en

diseño de separadores verticales la altura de líquido ocasiona restricciones y

permite que existan valores de relación longitud/diámetro muy bajos.

3.4.10. DIMENSIONAMIENTO DEL SEPARADOR

Al contemplar los cálculos que sirven de soporte para seleccionar la unidad, el

diseñador tiene la obligación de indicar las dimensiones mínimas del recipiente

que desea adquirir.

3.5. SECCIONES PRINCIPALES DE LOS SEPARADORES

3.5.1. PRIMERA SECCIÓN DE SEPARACIÓN.Comprende la entrada de los fluidos al separador. Esta sección permite absorber

la cantidad de movimiento de los fluidos de la alimentación. En ella también se

controla el cambio abrupto de la corriente, lo que produce una separación inicial.

Generalmente, la fuerza centrífuga originada por su entrada tangencial en el

envase remueve volúmenes apreciables de líquidos y reorienta la distribución de

los fluidos.

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3.5.2. SECCIÓN DE LAS FUERZAS GRAVITACIONALES.Las gotas del líquido que contiene el gas son separadas al máximo. Este proceso

se realiza mediante el principio de asentamiento por gravedad. En este caso, la

velocidad del gas se reduce apreciablemente. En consecuencia, la corriente de

gas sube a una velocidad reducida. En algunas ocasiones, en esta sección se

usan tabiques y otros tipos de extractores de niebla, con el fin de controlar la

formación de espuma y la turbulencia.

3.5.3. SECCIÓN DE ATRACCIÓN DE NIEBLA.En esta sección se separan del flujo de gas, las gotas pequeñas de líquido que no

se lograron eliminar en las secciones primaria y secundaria del se parador. En

esta parte del separador se utilizan el efecto de choque y/o la fuerza centrífuga

como mecanismos de separación. Mediante estos mecanismos se logra que las

pequeñas gotas de líquido, se colecten sobre una superficie en donde se

acumulan y forman gotas más grandes, 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.

3.5.4. SECCIÓN DE ACUMULACIÓN DE LÍQUIDO.Los líquidos separados en las secciones anteriores se acumulan en la parte

inferior del separador, por lo tanto, se requiere de un tiempo mínimo de retención

que permita llevar a cabo el proceso de separación. También se necesita un

volumen mínimo de alimentación, en especial cuando el flujo es intermitente. Esta

parte posee controles de nivel para manejar los volúmenes de líquido obtenidos

durante la operación.

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3.6. DISPOSITIVOS INTERNOS DEL SEPARADOR

3.6.1. DESVIADORES DE ENTRADAExisten muchos tipos de desviadores pero los más utilizados son dos tipos. El

primero es el deflector de regulación; éste puede ser un plato esférico, placa

plana, plancha de ángulo o algún otro dispositivo que genere un cambio rápido en

la dirección y velocidad de los fluidos. El diseño de este regulador se basa

principalmente en la capacidad que tengan de disminuir el impulso (momentum)

de impacto.

El segundo dispositivo se conoce como ciclón de entrada el cual usa la fuerza

centrífuga en lugar de la agitación mecánica para separar el petróleo del gas. Esta

entrada puede tener una chimenea ciclónica o usar una carrera de fluido

tangencial a través de las paredes.

Deflector de Regulación. Entrada Ciclónica

3.6.2. PLACAS ANTIESPUMALa espuma se forma cuando las burbujas de gas se liberan del líquido. La espuma

es la principal causa para un rendimiento pobre en los separadores. La separación

de espuma limita la separación de gas-líquido en el separador. Para lograr la

separación de espuma éstas partículas deben ser descompuestas. Los

parámetros controladores de espuma son: una adecuada área de superficie, un

tiempo de retención y un estabilizador de espuma como silicón u otras sustancias

químicas que sean compatibles con el crudo. Estos parámetros establecerán una

tasa adecuada de espuma que permitirá una descarga de fluidos eficiente y

evitará una mezcla entre ella y el gas seco.

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3.6.3. ROMPEDORES DE VÓRTICESSe utiliza para disminuir la presencia de un vórtice o remolino cuando la válvula de

control de líquido está abierta, debido a que éste absorbe gas del vapor y lo

remezcla en la salida de líquido.

Rompedor de Remolinos.

3.6.4. EXTRACTOR DE NEBLINAHay dos dispositivos que son los más utilizados: cojines de mallas de alambres y

extractores de veleta.

Cojines de mallas de alambres: las gotas de líquido pasan a través de la malla de

alambre produciendo un choque entre ellas y generando la coalescencia, lo que

permite que éstas cambien de dirección y regresen a la fase líquida. Estos cojines

con el tamaño apropiado pueden llegar a remover el 99% de las gotas de 10

micrones. Extractor tipo Veleta: éste obliga al flujo de gas a ser laminar entre las

placas paralelas que contienen el cambio direccional. Las gotas chocan con la

placa de superficie donde la coalescencia hace que las gotas caigan a la parte

líquida.

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Cojines de Mayas de Alambres.

Extractor Tipo Veleta

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