Tambores Sep Gas - Liq

7/29/2019 Tambores Sep Gas - Liq

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PDVSA N TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

SEPARACION FISICA

E1994

MDP03S03 SEPARADORES LIQUIDOVAPOR

TAMBORES SEPARADORES

JUN.950 72

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

PDVSA


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SEPARACION FISICATAMBORES SEPARADORES LIQUIDO VAPOR

PROCEDIMIENTOS DE DISEO

JUN.950

PDVSA MDP03S03

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PDVSA

.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice

1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 CONSIDERACIONES DE DISEO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Servicio a prestar 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Area de flujo de vapor 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 Niveles/tiempos de residencia 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4 Arrastre en la superficie del lquido 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5 Boquillas de proceso 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6 Consideraciones para el diseo y uso de mallas 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7 Otros internos 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8 Consideraciones de diseo para algunos servicios tpicos 21. . . . . . . . . . . .4.9 Informacin complementaria en otros documentos tcnicos de PDVSA 26

5 METODOLOGIA DE DISEO 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1 Procedimiento de diseo para tambores separadores horizontales 27. . . .5.2 Procedimiento de diseo para tambores separadores verticales 34. . . . . . .

6 NOMENCLATURA 40. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICE 44. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Tabla 1. Criterios de diseo tipicos para algunos servicios especificos 45. . . . . . .Tabla 2. Datos de recipientes cilindricos 49. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Tabla 3. Tipos de internos de entrada recomendados para

algunos servicios especficos 51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Tabla 4. Dimensiones de codos estandar de 90 para soldar en funcion

del tamao nominal de la tubera 52. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Tabla 5. Longitudes de cuerdas y areas de las secciones

circulares vs. alturas de la cuerda 53. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 1. Capacidades de tambores cilndricos 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 2. Dimensiones tipicas de tambores verticales 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 3. Dimensiones tipicas de tambores horizontales 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 4. Dimensiones de tambores horizontales conMalla vertical y horizontal 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 5. Tambor separador de la alimentacion del Depurador de MEA 61. . . . . . . .Figura 6. Disipacion de la velocidad en chorros incidentes 63. . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 7. Tambores separadores verticales con entrada tangencial horizontal 64Figura 8. Recolector de gases 66. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 9. Distribuidores de entrada en T 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 10. Tipos y caractersticas de los rompevrtices 69. . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 11. Identificacin de los niveles en un tambor separador bifsico 71. . . . .
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1 OBJETIVO

Entregar suficiente informacin para el Diseo de Procesos completo de TamboresSeparadores LquidoVapor cilndricos, ya sean verticales u horizontales.El tema Tambores separadores, dentro del rea de Separacin Fsica, en elManual de Diseo de Procesos (MDP), est cubierto por los siguientesdocumentos:

PDVSAMDP Descripcin de Documento

03S00 Tambores Separadores: Indice General

03S01 Tambores Separadores: Principios Bsicos03S03 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseo: Separadores

LquidoVapor (Este documento)03S04 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseo: Separadores

LquidoLquido03S05 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseo: Separadores

LquidoLquidoVaporEste documento, junto con los dems que cubren el tema de TamboresSeparadores, dentro del Manual de Diseo de Procesos (MDP) de PDVSA, sonuna actualizacin de la Prctica de Diseo TAMBORES, presentada en la versinde Junio de 1986 del MDP (Seccin 5).

2 ALCANCESe cubrir el clculo de proceso de tambores separadores vapor lquidohorizontales y verticales, principalmente para operaciones de Refinacin y manejode Gas en la IPPCN, incluyendo el diseo/especificacin de boquillas de procesoe internos necesarios para una operacin confiable del equipo con respecto a lainstalacin donde est presente.

Adems, para ciertos servicios especficos, se presentarn lineamientos precisospara fijar el tiempo de residencia y/o volumen de operacin por requerimientos deproceso, y tiempos de retencin recesarios para el funcionamiento de alarmas y/o

interruptores de nivel para proteger equipos y/o instalaciones aguas abajo delseparador.

Los criterios de diseo que aplican a Separadores de Produccin, sernposteriormente incluidos en el MDP de tambores. Mientras tanto, usar la gua deIngeniera PDVSA 90616.1.027 Separadores LquidoVapor, la cual formaparte del volumen 15 del Manual de Ingeniera de Diseo (MID) de PDVSA.
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3 REFERENCIAS

Manual de Diseo de Proceso

MDP Versin 1986, Seccin 3 Torres de FraccionamientoMDP Versin 1986, Seccin 14 Flujo de FluidosMDP Versin 1986, Seccin 12 InstrumentacinMDP Versin 1986, Seccin 11 CompresoresMDP Versin 1986, Seccin 6 Craqueo Cataltico en Lecho

Fluidizado

MDP Versin 1986, Seccin 5 Tambores Separadores: PrincipiosBsicos

MDP Versin 1986, Seccin 15D Sistemas de Manejo de Desechos

Manual de Ingeniera de Diseo

PDVSAMID90616.1.027 Separadores LquidoVaporPDVSAMID10603.2.302 Deflector de Entrada y Salida de

Vapor

PDVSAMID10603.2.306 Separador de Malla Metlica ySoporte

PDVSAMID10603.2.308 Plancha tpica rompevrtice

PDVSAMID10603.2.309 Rompe vrticetipo rejilla

Otras Referencias

1. PDVSA, MANUAL DE DISEO DE PROCESOS, PRACTICAS DE DISEO,Vol 2, Seccin 5: TAMBORES, Junio 1986.

2. Garca, S. y Madriz, J., Evaluacin de tcnicas de separacinGaspetrleo, INTEPPR00019,94, Sep. 1994.

3. Svrcek. W.Y, Monmery, W.D., Design two phase separators within the rightlimits, Chemical Engineering Progress, Octubre 1993, pp 53 60

4 CONSIDERACIONES DE DISEO

4.1 Servicio a prestar

La necesidad de un tambor separador aparece para cumplir una etapa dentro deun proceso de refinacin de petrleo, o de produccin, etc. Para facilitar el uso deeste procedimiento, se han identificado ciertos servicios normalmente requeridosen plantas de refineras, que representan la mayora de operaciones de separacinvaporlquido en la IPPCN. Tales servicios son:
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Tambores de abastecimiento de lquido y tambores de destilado.

Tambores separadores para la succin e interetapas de compresores. Separadores de aceite lubricantes para la descarga de compresores. Tambores separadores de gas combustible localizados aguas arriba de hornos. Tambores de recoleccin central de gases combustibles. Tambores de vapor para servicios de calderas. Tambores de separacin de agua. Tambores de descarga. Tambores separadores de alimentacin para depuradores de MEA. Separadores de alta presin. Tambores alimentados solamente de descargas de vlvulas de alivio.Si el caso bajo estudio cae dentro de alguna de las descripciones ya presentadas,este documento ofrece un resumen de los criterios de diseo a aplicar en la Tabla1 (Criterios de Diseo tpicos para algunos servicios especficos), tales como:orientacin del tambor, tiempo de residencia de operacin, velocidad de diseo dela zona del vapor/gas, etc.

Sin embargo, puede que el caso bajo estudio no est dentro de los serviciosespecficos: a lo largo de este documento, se presentarn criterios,recomendaciones, figuras ilustrativas, etc., que permitirn el desarrollo de loscriterios de diseo para el caso particular bajo escrutinio.

4.2 Area de flujo de vaporDe acuerdo a lo presentado en el aparte 4.5.2, del documento

PDVSAMDP03S01 (Tambores Separadores: Principios Bsicos), lavelocidad crtica es una velocidad de vapor calculada empricamente que se utilizapara asegurar que la velocidad superficial de vapor, a travs del tambor separador,sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre excesivo de lquido. Talvelocidad no est relacionada con la velocidad snica. La velocidad crtica vienedefinida por la Ec. (11).

Vc +

F21

l g

gEc. (11)

donde:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

Vc

=

Velocidad crtica

m/s

pie/s

L

=

Densidad del lquido a condiciones deoperacin

kg/m3

lb/pie3
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En unidades

inglesas

En unidades

SI

G

=

Densidad del vapor a condiciones deoperacin

kg/m3

lb/pie3

F21

=

Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas

0.048

0.157

La velocidad de vapor permisible en el recipiente (VV), ser un porcentaje de lavelocidad crtica de acuerdo a lo indicado en la Tabla 1 en combinacin con lo dichoen el aparte 4.6, para los servicios all cubiertos. Si el caso bajo estudio no estcubierto en dicha tabla, consultar directamente el aparte 4.6.

El rea de flujo de vapor ser calculada por la expresin (12):

AV + QVVV Ec. (12)

donde:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

AV

=

Area de seccin transversal para elflujo de vapor,

m2

pie2

QV

=

Flujo de descarga de vapor

m3/s

pie3/s

VV

=

Velocidad de vapor permisible en el

recipiente

m/s

pie/s

4.3 Niveles/tiempos de residencia

A continuacin se presentarn definiciones y comentarios sobre niveles de lquido,tiempos de residencia y temas relacionados, con el objetivo de justificar criteriosde diseo que posteriormente sern presentados.

4.3.1 Identificacin de los niveles en un recipiente

De acuerdo a lo normalmente empleado en la IPPCN para hablar de niveles en unrecipiente lquidovapor, tenemos la siguiente tabla (Ver Fig. 11.)

Siglas tpicas enespaol

Descripcin tpica

Siglas tpicas eningls

NAAL

Nivel altoalto de lquido

HHLL

NAL

Nivel alto de lquido

HLL

NNL

Nivel normal de lquido

NLL

NBL

Nivel bajo de lquido

LLL

NBBL

Nivel bajobajo de lquido

LLLL

Para efectos de consistencia en la discusin en el MDP de tambores, se usarn lassiglas tpicas en espaol para identificar los diferentes niveles.
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4.3.2 Volumen de operacin

Es el volumen de lquido existente entre NAL y NBL. Este volumen, tambinconocido como volumen retenido de lquido, y en ingls como surge volume oliquid holdup, se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso, para asegurarun control adecuado, continuidad de las operaciones durante perturbacionesoperacionales, y para proveer suficiente volumen de lquido para una paradaordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operacin.

4.3.3 Tiempo de residencia de operacin

Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de lquido puede llenar el volumende operacin en el recipiente bajo estudio. La mayora de las veces, cuando sequiere especificar el volumen de operacin, lo que realmente se indica es cuantosminutos deben transcurrir entre NAL y NBL. Tambin es conocido en ingls comosurge time.

4.3.4 Tiempo de respuesta o de intervencin del operador

Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores), en responder cuandosuena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbacin operativa queorigin la alarma, antes que otros sistemas automatizados (interruptores oswitches de nivel), originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de laplanta completa.

Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba, sera muyengorroso que la bomba se quedara seca, es decir, que no tuviera lquido quebombear, ya que eso podra daar al equipo; y si, a su vez, la bomba alimenta aun horno, se podra generar una emergencia mayor en la planta por rotura de untubo del horno, ya que ste, a su vez, ha quedado seco. Por esa razn, el tamboralimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAL y NBL, y coninterruptores y/o alarmas de NAAL y NBBL: al sonar la alarma de NBL, losoperadores investigaran y resolveran, en menos del llamado tiempo derespuesta del operador, el problema que origin la reduccin de nivel; en el casoque no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado, el interruptor de NBBLactivara una parada segura de la bomba y, seguramente, una parada segura delhorno y de toda la planta.

Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la IPPCN, es dficilestablecer un criterio uniforme acerca de cul es el tiempo promedio de respuestadel operador; sin embargo, se usar, como criterio general, que el tiempo derespuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo deretencin de lquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL), ser de cincominutos.


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4.3.5 Volumen de emergencia

Es el volumen adicional que corresponde al lquido que debe satisfacer el llamadotiempo de respuesta o de intervencin del operador: de acuerdo a lo expresadoen 4.3.4, cuando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAL o NBBL, se tendrncinco minutos adicionales de tiempo de residencia de lquido porinterruptor/alarma, lo que indica que, cuando se tiene NAAL y NBBL, se aaden 10minutos de tiempo de residencia, a lo cual corresponde un volumen de lquido deemergencia de 10 minutos del mximo flujo de lquido.

4.3.6 Nivel bajobajo de lquido (o bajo, cuando aplique)

La distancia mnima desde el nivel bajobajo de lquido, si se tiene un Interruptory/o alarma de nivel bajobajo de lquido, (o nivel bajo, si no se tiene un interruptor

y/o alarma de nivel bajobajo), hasta la boquilla de salida del lquido es 230 mmmnimo (9 pulg). Este criterio aplicar tanto para tambores verticales comohorizontales.

4.3.7 Criterios para fijar el volumen de operacin/tiempo de residencia

La Tabla 1 (anexa), presenta criterios para fijar el volumen de operacin o volumenretenido de lquido, para ciertos servicios especficos plenamente identificados.

Si el servicio escogido no coincide con lo presentado en la Tabla 1, usar como gu alo presentado en la lista anexa:

Descripcin

Tiempo deResidencia de

Operacin, min

Tambores de Alimentacin a Unidades

Alimentacin desde otra unidad(diferente cuarto de control)

20

Alimentacin desde otra unidad (mismocuarto de control)

15

Alimentacin desde tanquera lejos delrea de operacin

1520

Otros Tambores

Alimentacin a una columna (diferente

cuarto de control)

7

Alimentacin a una columna (mismocuarto de control)

5

Producto a tanquera lejos del reaoperativa o a otro tambor dealimentacin, directo, sin bomba

2

Producto a tanquera lejos del reaoperativa o a otro tambor dealimentacin, directo, con bomba

5


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Tiempo de

Residencia deOperacin, min

Descripcin

Producto a tanquera lejos del reaoperativa o a otro tambor dealimentacin, con bomba, que pasa atravs de un sistema de intercambiocalrico

35

Unica carga a un horno de fuego directo

10

4.3.8 Longitud efectiva de operacin (Leff)

Es la longitud (altura), de tambor requerida para que se suceda la separacin

vapor/gaslquido, y se puedan tener los volmenes requeridos de lquido, tanto deoperacin como de emergencia. Esta es la longitud que normalmente se obtienepor puros clculos de proceso.

En el caso de tambores horizontales de una sola boquilla de alimentacin,corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la de salida de gas, la cualees la distancia horizontal que viaja una gota de lquido desde la boquilla de entrada,hasta que se decanta totalmente y se une al lquido retenido en el recipiente, sin serarrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas.

Sin embargo, para obtener la longitud tangentetangente del tambor horizontal, es

necesario sumar los tamaos de las boquillas antes mencionadas, las toleranciasde construccin necesarias para soldar dichas boquillas, soldar los cabezales oextremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud deltambor.

A criterio del diseador de procesos, ste puede aproximar la longitud efectiva a lalongitud tangentetangente, y esperar que la especialidad mecnica complete eldiseo del tambor, para luego verificar si se cumple la separacin.

Comentarios semejantes aplican para tambores verticales, excepto que losvolmenes a retener influyen sobre la altura (longitud) tangentetangente dedichos equipos.

4.4 Arrastre en la superficie del lquido

En muchas operaciones, especialmente a altas presiones y temperaturas, ellquido puede ser arrastrado de la superficie lquida y llevado hacia arriba. Laproporcin de arrastre depende de la velocidad del gas en la tubera de entrada,del tipo de boquilla de entrada, de la distancia entre la boquilla de entrada y el nivelde lquido o la superficie de choque, de la tensin superficial del lquido y de lasdensidades y viscosidades del lquido y del gas.


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A continuacin se presentan los criterios para estimar la velocidad mxima de

mezclas a la salida de la boquilla de entrada, de manera tal que no ocurra arrastredesde la superficie del lquido:

4.4.1 Tambores verticales

a. Boquillas de Entrada simples (Flush Inlet Nozzles), Ec (2a) y (2b):

VE +F2 s

f mG GL0.5

para h v 2.5 dpEc. (2a)

VE +F3 s

f mG dPh0.5 dP0.5

GL

0.5para h 2.5 u dp

Ec. (2b)

b. Boquilla de Entrada con codo de 90, Ec (2c):

VE +F2 s

f mG

G

L

0.5 Ec. (2c)

c. Distribuidores con Ranuras, Ec (2d) y (2e):

VE +F2 s

mG GL0.5

para XSran

v 5Ec. (2d)

VE +F4 s

mG GL0.5Sran

X0.5

para XSran

u 5Ec. (2e)

d. Distribuidor con Orificios

Use la ecuacin (2d) para Xdh

v 5


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y

VE +F5 s

mG GL0.5dh

X0.5

para Xdh

u 5Ec. (2f)

donde la nomenclatura para las ecuaciones de (2a) a (2f) es:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

VE

=

Velocidad mxima de la mezcla a lasalida de la boquilla de entrada, tal queno ocurra arrastre en la superficie dellquido

m/s

pie/s

f

=

Factor de disipacin de la velocidad delchorro (jet). Como se muestra en laFigura 6., f es una funcin de ladistancia X (la cual es la distancia entrela boquilla de entrada y la superficie dechoque), y del dimetro de la boquillade entrada dp

Adimensional

h

=

Distancia desde la parte inferior de la

boquilla de entrada al nivel altoalto delquido (NAAL)

mm

pulg

dp

=

dimetro de la boquilla de entrada

mm

pulg

dh

=

dimetro del orificio

mm

pulg

Sran

=

Altura de la ranura. Usualmente, lasranuras son estrechas y largas. Laaltura de la ranura es la dimensin msestrecha

mm

pulg

X

=

Distancia desde la boquilla de entrada,hasta la superficie de choque (VerFigura 6.). Para tambores verticalescon boquillas de entrada simple, X es

el dimetro del tambor. X es igual a hpara tambores verticales condistribuidores ranurados (o conorificios), o codos de 90 .

mm

pulg

mG

=

Viscosidad del vapor a condiciones deoperacin

mPa.s

cP

G

=


kg/m3

lb/pie3

L

=


kg/m3

b/pie3


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En unidades

inglesas

En unidades

SI

s

=

Tensin superficial del lquido acondiciones de operacin

mN/m

mN/m

F2

=

Factor que depende de las unidadesusadas

1.62x104

5.3x104

F3

=


1.1x104

3.6x104

F4

=


7.0x105

2.3x104

F5

=


3.05x105

1.0x104

4.4.2 Tambores horizontalesa. Boquilla de Entrada con Codo de 90 Use la ecuacin (2c). Sin embargo, para

este caso, X (en la Figura 6.) es la distancia desde la boquilla hasta la tapa m scercana del tambor.

Con una combinacin de malla vertical y horizontal, la velocidad mximapermisible de la mezcla es cinco veces el valor calculado usando laecuacin (2c).

Sin malla vertical (con o sin malla horizontal), la velocidad de la mezclamxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuacin(3c).

b. Distribuidores con ranuras u orificios Use la ecuacin que aplica entre las (2d),(2e) o (2f). Sin embargo, en este caso, X es la distancia desde el distribuidorhasta la tapa ms cercana del tambor.

Con una combinacin de malla vertical y horizontal, la velocidad de lamezcla mxima permisible es cinco veces el valor calculado usando laecuacin apropiada.

Sin malla vertical (con o sin malla horizontal), la velocidad de la mezclamxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuacinapropiada.

4.4.3 Tambores separadores verticales con entradas tangenciales horizontales

Para estos tambores se debera usar los siguientes criterios de diseo:

a. Area de la seccin transversal El rea de la seccin transversal sedebera dimensionar para 170% de la velocidad crtica, al flujo mximo degas.

b. Tamao de la entrada Para prevenir el arrastre de la pelcula de lquidoque se acumula en la pared del separador, la velocidad de la mezcla en latubera de entrada no debera exceder el valor dado por la ecuacin (3):


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VS + F6rG0.5

Ec. (3)

donde:

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas

Vs

=

Velocidad superficial de la mezcla enla tubera de entrada,

m/s

pie/s

G

=


kg/m3

lb/pie3

F6

=


3720

2500

c. Otras caractersticas El resto de los factores de diseo se muestra en laFigura 7. La placa deflectora localizada encima del nivel de lquido limitala regin de vrtices del gas y evita el arrastre en la superficie del l quido.La distancia mnima desde la parte inferior de la boquilla de entrada a laplaca deflectora o parrilla debera estar entre 0.5 y 1.0 veces el dimetro

del tambor, preferiblemente, una vez el dimetro. Las placasantivrtices localizadas encima de la boquilla de salida del lquidoprevienen el arrastre de gas en la corriente de lquido debido a laformacin de vrtices y se deberan disear de acuerdo con los criteriosdados en esta subseccin.

Debido a los efectos de los flujos secundarios de gas, el l quidoacumulado en las paredes del separador puede deslizarse hacia arribapor las paredes y dirigirse a la boquilla de salida del gas y ser arrastradocon la corriente de salida. Esto puede prevenirse o minimizarse fijandouna falda (Skirt) en la boquilla de salida de gas, como se muestra en laFigura 7.

El tamao de gota ms pequeo que puede ser separado en un tamborcon una boquilla de entrada tangencial horizontal se puede estimarusando la ecuacin (4):


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d + F7

mGdp

F83

L VS DHe

0.5

Ec. (4)

donde:

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas

d

=

Dimetro de la gota

mm

pulg

D

=

Dimetro del tambor

mm

pie

He

=

Altura efectiva del cicln: Esta es ladistancia desde la parte superior de laboquilla de entrada hasta la superficiedel lquido

mm

pie

F7

=


3.009

0.936

F8

=


1

12

Los otros trminos ya han sido definidos con anterioridad.

La cada de presin para un tambor separador vertical diseado con unaboquilla de entrada tangencial horizontal, se puede estimar usando laexpresin dada en PDVSAMDP (Pendiente) (Consultar MDP versin1986, seccin 6C), para los ciclones primarios con el trmino deaceleracin igual a cero.

4.5 Boquillas de proceso

4.5.1 Boquillas de entrada

Se pueden presentar diferentes regmenes de flujo en las tuberas de entrada delos tambores separadores. Estos regmenes de flujo se definen en la NormaPDVSAMDP (Pendiente) (Consultar MDP versin 1986, seccin 14D)

Los tambores separadores se disean normalmente con rgimen de flujoanular/roco o flujo tipo roco en la tubera de entrada. Con este tipo de flujo, elarrastre de lquido aumenta al incrementar la velocidad del gas en la tubera deentrada. La presencia de flujo estratificado, flujo anular por debajo del comienzoinminente de arrastre de lquido, o de flujo ondulado en la tubera de entrada de lostambores separadores, incrementa la eficiencia de separacin de lquido del


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tambor hasta 99.8%. Sin embargo, estos tipos de flujo no se encuentran

usualmente en las operaciones de proceso, debido a que se requeriran dimetrosde tubera relativamente grandes para lograrlos.

A pesar de lo anterior, el diseo de la tubera de entrada para obtener estosregmenes de flujo se debe considerar para aquellos servicios especiales en losque es esencial minimizar el arrastre de lquido y el uso de malla u otros internosno se permite debido a que se trata de un servicio con ensuciamiento.

Se debe evitar el flujo tipo tapn o el flujo tipo burbuja en la tubera de entrada detambores separadores verticales. Estos regmenes de flujo resultan en arrastreexcesivo de lquido y vibraciones. Si estos regmenes de flujo no se pueden evitara la entrada del tambor, el arrastre de lquido se puede minimizar con un distribuidorcon ranuras.

En el caso que el flujo tipo tapn o el flujo tipo burbuja en la tubera de entrada,aparezca para tambores horizontales, se recomienda usar flujo dividido dealimentacin, con dos boquillas de entrada en los extremos del tambor, y unaboquilla central de salida de vapor/gas.

Para prevenir la inundacin de un tambor con corrientes lquidas, se deben evitarpuntos bajos en la lnea de entrada del tambor (drenaje libre hacia el tambor).

4.5.2 Boquillas de proceso en general

Son muchos los casos donde la informacin de las tuberas de interconexin noest disponible al momento de preparar la especificacin de procesos del tambor,por lo que es necesario presentar un tamao preliminar de boquillas para que seaconsiderado en la cotizacin del fabricante del tambor. Para todos los efectos, sepresenta una tabla con recomendaciones para disear las boquillas de proceso:

Descripcin del Caso

En unidadesSI

En unidadesinglesas

Alimentacin lquida:Velocidad menoro igual que:

3.0 m/s

10 pie/s

Salida de lquido: Seguir los criteriosindicados en PDVSAMDP(Pendiente) (Consultar MDP versin1986, secciones 10D Cabezal Netode Succin Positiva, y 14B Flujo enfase lquida), para succin de bombas,drenajes por gravedad, etc

(Pendiente)

(Pendiente)

Salida de vapor:Velocidad menor que:

73.2/(G)1/2, m/s

60/(G)1/2, pie/s


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En unidades

inglesas

En unidades

SI

Descripcin del Caso

Alimentacin bifsica en tambores sinmalla:Velocidad de la mezcla menor oigual que:

54.9/(L)1/2, m/s

45/(L)1/2, pie/s

Alimentacin bifsica en tambores conmalla:Velocidad de la mezcla menor oigual que:

73.2/(M)1/2, m/s

60/(M)1/2, pie/s

donde (Ec. (7)):

l+ QLQL ) QV Ec. (7)

donde (Ec. (8)):

M + (1l)G ) lL Ec. (8)

y donde:

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas

l

=

Fraccin volumtrica de lquidoalimentado al tambor

G

=

Densidad del vapor a condiciones de

operacin

kg/m3

lb/pie3

L

=


kg/m3

lb/pie3

M

=

Densidad de la mezcla a condicionesde operacin, promediada envolumen

kg/m3

lb/pie3

A menos que se indique lo contrario, las recomendaciones presentadas en la tablaanterior se consideran firmes, excepto cuando:

Se tienen tambores verticales con entradas tangenciales horizontales: en estecaso usar la ecuacin (3) (aparte 4.4), para el clculo de la boquilla de entrada.

Se tienen los tamaos de las tubera de interconexin, y stos son ms grandes

que los obtenidos por estas recomendaciones. Debido a limitaciones en los internos que se puedan usar en el tambor, y debido

al tipo de fluido alimentado, se requiera de tener flujo bifsico anular en laentrada.

4.6 Consideraciones para el diseo y uso de mallas

De acuerdo a lo presentado en el documento PDVSAMDP03S01 (TamboresSeparadores: Principios Bsicos), prrafo 4.7.4, se usar el genrico mallapara describir las mallas separadoras de gotas o demisters.
http://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/tambor/indice_tamb.htmhttp://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://mdp_03_s_01.pdf/http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/tambor/indice_tamb.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp


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4.6.1 Tambores separadores verticales con y sin malla

Para servicios en los cuales se permite un arrastre moderado de lquido de hasta5 kg de lquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas), las mallas no sonnecesarias y el espacio de vapor en el tambor debera ser dimensionado para100% de la velocidad crtica, a caudales normales de flujo de gas. Para servicioscrticos en los que el arrastre de lquido se debe reducir a menos de 1 kg de lquidopor 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas), se recomienda una Malla de 80kg/m3 (5 lb/pie3), con espesor de 150 mm (6 pulg). Los criterios de diseo para eluso de una malla de 80 kg/m3 (5 lb/pie3) son una funcin de la carga del lquido,segn se muestra a continuacin:

1. Para cargas lquidas (flujo de alimentacin lquida dividido por el rea de

seccin transversal del tambor) menores de 0.34 E3 m3/s.m2 (30gal/h.pie2) de rea horizontal del tambor, el rea de la seccin transversalhorizontal del tambor y de la malla se debera dimensionar para 150% dela velocidad crtica, al caudal normal de flujo de gas.

2. Para cargas lquidas comprendidas entre 0.34 y 0.68 E3 m3/s.m2 (30 a 60gal/h.pie2) de rea horizontal del tambor, ste y la malla se deberandimensionar para 120% de la velocidad crtica, al caudal normal de flujo degas.

3. Para cargas lquidas mayores de 0.68 E3 m3/s.m2 (60 gal/h.pie2) de reahorizontal del tambor, ste y la malla se deberan dimensionar para 100%de velocidad crtica al caudal normal de flujo de gas.

Para los casos en los que la relacin de reduccin de alimentacin (Turndown ratio)est entre tres y seis, se deberan usar dos mallas en serie. El rea de seccintransversal de la malla localizada en el fondo del tambor se debera basar en elporcentaje de la velocidad crtica especificada anteriormente y en el caudal normalde flujo de gas. El rea de seccin transversal de la malla localizada en el tope sedebera basar en el porcentaje de la velocidad crtica especificada anteriormentey usando un tercio de la tasa de flujo normal de gas. La distancia cr tica entre lasdos malla debera ser de 600 mm (2 pie) aproximadamente.

Algunos criterios adicionales de diseo se presentan en la Figura 2.

4.6.2 Tambores separadores horizontales con y sin malla horizontal

Para servicios en los que se permite una cantidad moderada de arrastre (es decir,hasta 5 kg de lquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas)), no serequieren malla y el espacio de vapor en el tambor debera ser dimensionado para100% de velocidad crtica, al caudal normal de flujo de gas. La(s) boquilla(s) deentrada debera(n) terminar en un codo de 90 o en un distribuidor con ranuras,orientado direccionalmente hacia la tapa del cabezal ms cercano del tambor.


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Para servicios limpios y crticos, se debera instalar en el espacio de vapor una

malla horizontal de 150 mm de espesor (6 pulg), con 80 kg/m3

(5 lb/pie3

) dedensidad aparente, para reducir el arrastre lquido a menos de 1 kg de lquido por100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas). Adems, para los tambores dedimetros mayores de 900 mm (3 pie), se debera tener una boquilla de entradaen cada extremo y una sola boquilla de salida central. El rea del tambor y de lamalla para flujo de vapor se debera dimensionar usando el 100% de la velocidadcrtica, a un caudal normal de flujo de gas. Algunos criterios de diseo adicionalesse presentan en la Figura 3.

4.6.3 Tambores separadores horizontales con mallas verticales y horizontales

Para servicios limpios en los que el arrastre de lquido debera ser reducido a

menos de 1 kg de lquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas), lavelocidad del vapor en el espacio de vapor del tambor se puede incrementar en25% (hasta 125% de Vc), si se instalan dos malla verticales y uno horizontal en elespacio de vapor (Ver Figura 4.). El tambor debera tener una boquilla de entradaen cada extremo, terminando en un codo de 90 o un distribuidor ranurado, y unasola boquilla central de salida. Se debera colocar una malla vertical de 150 mm (6pulg) de espesor y 80 kg/m3 (5 lb/pie3), en la mitad del espacio existente entre cadaboquilla de entrada y la malla horizontal de 150 mm (6 pulg) de espesor y 80 kg/m3

(5 lb/pie3). La malla vertical debera cubrir el rea para el flujo de vapor y se deberaextender por lo menos 150 mm (6 pulg) por debajo del nivel de lquido bajo. El readel flujo de vapor (en el tambor y a travs del malla) se debera dimensionar parael 125% de la velocidad crtica, a un caudal normal flujo de gas.

Los tambores horizontales con mallas verticales y horizontales son ms pequeosque los tambores horizontales con malla horizontales. Sin embargo, para tamborespequeos de baja presin, los ahorros logrados al usar un dimetro menor podranser compensados por el costo adicional de usar una malla vertical.

4.6.4 Distancia del tope de la malla a la boquilla de salida del gas/vapor

Para tambores horizontales, la distancia del tope del malla a la boquilla de salidadel gas debera ser adecuada para prevenir una mala distribucin del flujo a travsde la malla. La distancia mnima para este propsito se presenta en la ecuacin

(5a):

ho +F8 DMalla do

2Ec. (5a)


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donde:

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas

ho

=

Distancia mnima del tope de la mallaa la boquilla de salida del gas

mm

pulg

DMalla

=

Lado ms largo de una mallarectangular

mm

pie

do

=

Dimetro de boquilla de salida

mm

pulg

F8

=

Factor cuyo valor depende de las

unidades usadas

1

12

Si la distancia es imprctica, se debera usar un recolector de gas con ranuras.

Con un recolector de gas con ranuras, se debera usar una malla rectangular(Figura 8.). Las ranuras se dimensionarn usando la ecuacin de cada de presinpresentada en PDVSAMDP (Pendiente: usar antigua seccin 14 del MDP), conun coeficiente de descarga de 0.6, con una cada de presin permisible de 1 a 7plg de agua (3.4 a 23.7 kPa). La distancia vertical mnima permisible entre el topede la malla y la abertura de la ranura ms cercana a la malla viene dada por el valormayor entre los dos calculados por las ecuaciones (5b) y (5c):

ho +F8 LMalla NS Sran

2Ec. (5b)

ho +F8 SMalla (Lran Nr)

2Ec. (5c)

donde:

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas

ho

=

Distancia mnima desde el tope de lamalla hasta el borde ms cercano de aranura en el recolector externo

mm

pulg


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En

unidadesinglesas

En

unidadesSI

LMalla

=

Lado ms largo de la malla rectangular

mm

pie

NS

=

Nmero de ranuras por fila

SMalla

=

Lado ms corto de la malla rectangular

mm

pie

lran

=

Lado ms largo de la ranura rectangular

mm

pulg

Sran

=

Lado ms corto de la ranura rectangular

mm

pulg

Nr

=

Nmero de filas de ranuras en elrecolector de gas

Para tambores verticales, la distancia desde la parte superior de la malla, hasta la

lnea tangente superior, ser el valor mayor entre 0.15 veces el dimetro del tambory 400 mm (16).

4.6.5 Detalles de Instalacin de las Mallas

Consultar el estndar de Ingeniera PDVSAMID10603.2.306: SEPARADORESDE MALLA METLICA Y SOPORTES.

4.7 Otros internos

4.7.1 Codos de 90 como deflectores de entrada

De acuerdo a las recomendaciones que se presentan a lo largo de este documento,pueden usarse codos de 90 como deflectores de entrada de la mezcla bifsica altambor separador.

La Tabla 1 presenta criterios de utilizacin de codos de 90 para ciertos serviciosespecficos. La Tabla 3 presenta criterios ms generalizados, basados en laorientacin del tambor (vertical u horizontal), y otras caractersticas del tambor bajoestudio.

La informacin de medidas de los codos de 90, se encuentra en la Tabla 4. En elaparte 4.4, ecuacin (2c), se presenta el criterio de mxima velocidad permisiblepara que no exista arrastre en la superficie de lquido: si, al aplicar la ecuacin, setiene que la velocidad de flujo es mayor que la mxima velocidad permisible, setendr que usar un distribuidor en la boquilla de entrada.

4.7.2 Distribuidores en forma de T (Fig. 9.)

De acuerdo a las recomendaciones que se presentan a lo largo de este documento,pueden usarse distribuidores de flujo, en forma de T, como deflectores de entradade la mezcla bifsica al tambor separador.

La Tabla 1 presenta criterios de utilizacin de distribuidores de flujo para ciertosservicios especficos. La Tabla 3 presenta criterios ms generalizados, basados enla orientacin del tambor (vertical u horizontal), y otras caractersticas del tamborbajo estudio.
http://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/tambor/indice_tamb.htmhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/tambor/indice_tamb.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp


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Los distribuidores pueden ser de ranuras o de orificios; siempre sern ms

costosos que un codo de 90 en la boquilla de entrada, pero pueden soportarvelocidades ms altas sin que se suceda arrastre en la superficie de lquido.

Para efectos de especificacin de un distribuidor ranurado se tiene (Fig. 9.) (Vernomenclatura en seccin 6):

Se construirn del mismo dimetro que la boquilla de entrada. El ancho de la ranura (Sran),ser de 15 mm (0.6). La separacin entre ranuras ser de 25 mm mnimo (1 min). Slo se tendr una fila de ranuras en el distribuidor. Los lados de la T del distribuidor sern simtricos.De acuerdo al detalle sealado en la Fig. 9., la longitud o altura de la ranuracorresponde a un tercio de la longitud de la circunferencia interna del tubodistribuidor, es decir (Ec. (13)):

lran + pdp3 Ec. (13)

donde dpes el dimetro interno de la boquilla de entrada.

El rea de una ranura es (Ec. (14)):

aran + lran x Sran Ec. (14)

El nmero de ranuras en el distribuidor se calcular por (Ec. (15)):

Ns + F20 QMaran x VE Ec. (15)

(para clculo de VE, referirse al aparte 4.4, ecuaciones (2d) y (2e))

La longitud requerida del distribuidor ser (Ec. (16)):

ldis + Ns Sran ) F23) 2F23 ) dp Ec. (16)

Otros detalles se presentan en la Fig. 9.

4.7.3 Rompevrtices

Los estndares PDVSA a seguir para la inclusin de rompevrtices en losrecipientes, son los siguientes (Ver Fig. 10.):

PDVSAMID10603.2.308 PLANCHA TPICA ROMPEVRTICE

PDVSAMID10603.2.309 ROMPEVRTICES TIPO REJILLA

Placa rompe vrtice

Es una placa circular plana horizontal, que se instala sobre la boquilla de salida delquido, segun lo mostrado en la Figura 10. Es el rompe vrtice ms econmico delos usados por PDVSA, y en la mayora de los casos puede utilizarse.
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Deber localizarse, al menos, medio dimetro de boquilla de salida por debajo del

mnimo nivel de lquido (NBL o NBBL, cuando aplique), y la altura desde el fondodel recipiente deber ser un tercio del dimetro de boquilla de salida.

Cuando el dimetro de la boquilla de salida de lquido es ms grande que un1520% del dimetro del recipiente, o cuando se tienen salidas mltiples delquido, la placa rompe vrtice puede no ser prctica, y se recomienda usar elrompevrtice tipo rejilla.

Rompevrtice tipo rejilla

El rompevrtice tipo rejilla, consiste en tres lminas horizontales cuadradas derejilla, del mismo tipo que se usa en plataformas de acceso en plantas, y es el msefectivo disponible: se recomienda cuando es difcil colocar una placarompevrtice (boquilla muy grande de salida de lquido), o cuando se tienensalidas mltiples de lquido.

Es ms costoso que el rompevrtice tipo placa, y sus dimensiones tpicas sepresentan en la Fig. 10.

4.7.4 Recolectores de Gas (Fig. 8.)

De acuerdo a lo mencionado en 4.5.4, los recolectores de gas pueden requerirsecuando el resultado de la Ec (5a) indica que la separacin entre la malla y la boquillade salida es imprctica.

El brazo lateral del recolector deber tener el mismo dimetro que el de la boquillade salida, y se deber extender sobre el lado ms largo de la malla. Como semuestra en la Figura 8., las ranuras se debern localizar en la seccin de tope deltubo recolector, por lo menos a 30 por encima de la horizontal. Las ranuras sedebern dimensionar usando la ecuacin de cada de presin en orificios,presentada en el documento PDVSAMDP (Pendiente)(Consultar MDP versin1986, seccin 14C), con un coeficiente de descarga de 0.6. La cada normal depresin a travs de las ranuras est en el rango de 3.4 a 23.7 kPa (1 a 7 pulg. deagua).

En el mismo aparte 4.5.4, las Ecs. (5b) y (5c) presentan la distancia vertical mnimapermisible entre el tope de la malla y la abertura de la ranura ms cercana delrecolector.

4.8 Consideraciones de diseo para algunos servicios tpicos

4.8.1 Tambores de abastecimiento de lquido y tambores de destilado

Los tambores separadores horizontales con malla se usan para servicios limpios;los filtro/separadores o los ciclones mltiples patentados son recomendados paraservicios en los que estn presentes slidos o materiales que forman depsitosslidos.


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4.8.2 Tambores de succin de compresores y tambores separadores entre etapas

de compresi

nTambores separadores verticales con malla se usan para servicios limpios; losfiltros/separadores o los ciclones mltiples patentados son recomendados paraservicios en los que estn presentes slidos o materiales que forman depsitosslidos.

A veces es econmico combinar el servicio del tambor de succin del compresorcon otro servicio para el tambor, tal como sucede en el tambor de destilado delfraccionador primario de una unidad de craqueo cataltico. En estos casos, losrequerimientos de abastecimiento de lquido de emergencia para el servicio desuccin del compresor se suman a los requerimientos del otro servicio. Tamboreshorizontales con malla son comunes en este tipo de servicio combinado.

4.8.3 Separadores de aceite lubricante para la descarga de compresores

Los aceites que lubrican los compresores reciprocantes y los compresores dealabes deslizantes pueden ser transportados en la corriente gaseosa de descargadel compresor, en la forma de gotas extremadamente pequeas. Separadores deaceites lubricantes se deben especificar para aire de instrumentos y para procesosque no puedan tolerar la presencia de este aceite.

4.8.4 Tambores separadores de gas combustible localizados aguas arriba dehornos

Se deberan colocar tambores separadores en el gas combustible antes de los

hornos, a fin de recolectar las porciones condensadas durante las perturbacionesdel proceso y para prevenir un arrastre excesivo de lquido en el gas combustible.Para servicio de gas combustible limpio, se debera usar un tambor separadorvertical con malla y dimensionado para 100% de la velocidad crtica a un caudalnormal de flujo de gas. Para servicios de gases combustibles agrios y corrosivos,se recomienda el uso de tambores separadores con ciclones mltiples patentados,como el depurador seco Peerless o los multiciclones U.O.P., con la finalidad deminimizar el ensuciamiento y el taponamiento de los quemadores.

4.8.5 Tambores de recoleccin central de gases combustibles

Un tambor central de recoleccin del sistema de gas combustible, se disea pararemover el lquido arrastrado. Para este servicio se recomienda un tamborseparador vertical u horizontal sin malla. La velocidad permisible de vapor en eltambor es el 100% de la velocidad crtica a caudales normales de flujo de gas. Seestipula que el volumen retenido de lquido tarde 5 minutos en ser desalojado, alflujo mximo de lquido.

4.8.6 Tambores de vapor para servicios de calderas

Cuando el vapor es alimentado a una turbina de vapor sobrecalentado, o a unreformador, los tambores de vapor se deberan disear como sigue:


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Calderas recuperadoras de calor de desecho (Waste Heat Boilers)

1. Para calderas recuperadoras de calor de desecho del tipo de rehervidortubo y carcaza, o marmitas (Kettle Reboiler) con presin del vapor inferioresa 4800 kPa man. (700 psig), se deberan usar tambores separadoresverticales u horizontales con malla.

a. Para tambores separadores verticales, la malla y el espacio de vapor deltambor se dimensionan para 100% de la velocidad crtica a un caudalnormal de flujo de vapor. La malla debera estar compuesta de dos capasde 150 mm (6 pulg) de espesor de un material de 160 kg/m3 (10 lb/pie3)

en la capa superior y de 80 kg/m3

(5 lb/pie3

) en la capa inferior.

b. Para tambores horizontales, se prefiere una combinacin de mallavertical y horizontal como se muestra en la Figura 4. Sin embargo, lasreas del espacio de vapor y de la malla se deberan basar en 100% dela velocidad crtica a flujo normal de vapor. La densidad de las mallasvertical y horizontal debera ser 80 kg/m3 (5 lb/pie3) y 160 kg/m3 (10lb/pie3), respectivamente. Debido al potencial de formacin de espumadel agua de la caldera, la distancia mnima permisible entre la parteinferior de la malla y el nivel de agua es 450 mm (18 pulg). Cuando estoscriterios se satisfacen en la ausencia de espuma, el arrastre de lquido

en el tope del tambor debera ser menor que 150300 mg/kg (150300ppm en peso).

c. Para ambos tambores separadores, el horizontal y el vertical, lavelocidad mxima permisible en la tubera de entrada depende de lapresin del vapor como se muestra a continuacin:

Velocidad de mezcla en la

Presin del vapor

tubera de entrada

kPa man.

psig

m/s

pie/s

600

87

10

33

1200

174

6.5

21

2400

348

5.0

16

3600

522

2.3

8

2. Los tambores de vapor para cualquier otro tipo de caldera, por ejemplo,calderas de llama, o para otras condiciones de operacin, es decir,generacin de vapor a presiones superiores a los 4800 kPa man. (700psig), debera disearlos el suplidor de las calderas.


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4.8.7 Tambores de separacin de agua

Los tambores separadores de agua se instalan para remover los hidrocarburoslquidos y los vapores contaminantes, de los efluentes acuosos de las plantas. Estopermite descargar estos efluentes acuosos al desage sin ningn problema deseguridad. Las bases de diseo para estos tambores separadores se describe enlas normas PDVSAMDP08SD01/02, Sistemas de Manejo de Desechos. Elespacio de vapor del tambor se debera dimensionar para no exceder el 100% dela velocidad crtica, basada en la cantidad ms grande de vapor resultante de unasola contingencia.

4.8.8 Tambores de descarga (Blowdown Drums)

El propsito principal de un tambor de descarga es separar las corrientes de fluido

provenientes de la abertura de vlvulas de seguridad y de drenajes de descargas,y convertirlos en corrientes lquidas y vapor que puedan ser enviadas conseguridad a los almacenamientos apropiados y a los sistemas de mechurrios. Loscriterios para la seleccin y el diseo de tambores de descarga se presentan enlas normas PDVSAMDP08SD01/02.

4.8.9 Tambores de descarga de nocondensables

Para servicios de gases nocondensables se recomienda el uso de un tamborseparador horizontal sin malla, ya que no se permiten internos en estos tamboresporque podran taponar el sistema. La velocidad en el espacio de vapor no deber aexceder el 100% de la velocidad crtica basada en la mayor descarga que emitiranlas vlvulas de seguridad como resultado de una sola contingencia. Los criteriosadicionales de diseo para estos casos se presentan en las normasPDVSAMDP08SD01/02.

4.8.10 Tambores de descarga de condensables

Los tambores de descarga de gases condensables se utilizan como un mtodo deprevencin de condensacin de hidrocarburos en los sistemas de mechurrios, conla finalidad de reducir los requerimientos de capacidad de los mechurrios, o paraprevenir la descarga de hidrocarburos condensables a la atmsfera.

Para este tipo de servicio se recomienda un tambor separador vertical sin malla.

La velocidad del espacio de vapor no debera exceder 100% de la velocidad crticabasada en la mayor descarga de las vlvulas de seguridad como resultado de unasola contingencia. Ver normas PDVSAMDP08SD01/02.

El cabezal de la vlvula de seguridad que contiene los hidrocarburos condensablesentra al tambor lateralmente por encima del nivel del agua y termina en un codode 90 que descarga el fluido por debajo del nivel del agua. Tambin se colocanranuras verticales equidistantemente espaciadas y con un rea total equivalentea aqulla correspondiente a la tubera de entrada. La parte superior de las ranurasdeberan sumergirse dentro del lquido, de manera tal que el volumen de agua
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localizado entre el nivel del agua y la parte superior de las ranuras sea igual al

volumen de 3 m (10 pies) de tubera de entrada.Cuando por razones de proceso los tambores que operan a presin atmosfricadeben ser continuamente ventilados al tambor de descarga, se coloca una boquillade entrada adicional para la lnea de ventilacin. Esta es una boquilla simple (flushnozzle) localizada lateralmente en el tambor vertical, entre el tope del nivel de aguay la placa antivrtice del fondo.

La velocidad del agua ms all de la placa de rebose del lquido no debera exceder0.1 m/s (0.33 pie/s). La seccin de pantallas deflectoras tipo discos y anillos sedisea de acuerdo con los principios presentados en la norma PDVSAMDP(Pendiente) (Consultar MDP versin 1986, seccin 3F).

4.8.11 Tambores separadores de alimentacin para depuradores de MEA

El arrastre de hidrocarburos en la alimentacin gaseosa a los depuradores de MEApuede causar espuma, con el subsiguiente arrastre excesivo hacia el tope de losdepuradores. En las refineras se usa un tambor separador integral en el fondo delos depuradores de MEA, para retirar gran parte del arrastre de lquido debido acondensacin que ocurre en la lnea. Un diagrama esquemtico de este tambor sepresenta en la Figura 5. Este separador debera contener una malla en su espaciode vapor y la velocidad del gas en el tambor y en la malla debera ser el 100% dela velocidad crtica a un flujo normal de gas. En las plantas qumicas (craqueadorescon vapor), se usa un sobrecalentador en lugar de un tambor separador para

prevenir condensacin en el depurador.

4.8.12 Separadores de alta presin

Los separadores de alta presin, como por ejemplo, los separadores calientes dealta presin en las unidades de hidrodesulfurizacin, se disean para minimizar,tanto el arrastre de gas en la corriente de lquido, como el volumen de lquidoretenido. Esto se justifica por las prdidas econmicas que acarrea el arrastre degas y por el alto costo del tambor, respectivamente.

Un tambor separador horizontal con una malla horizontal o una combinacin dedos malla verticales y uno horizontal debera ser usado para servicios limpios (Ver

Figura 4.).Cuando se deba reducir el arrastre de lquido a un valor igual a, o menor que 1kilogramo de lquido por 100 kilogramos de gas (1 lb por cada 100 de lb de gas),no se puede usar una malla debido a la posibilidad de taponamiento por coque. Lavelocidad de la mezcla en la tubera de entrada no debera exceder 6 m/s (20pies/s) a fin de prevenir la formacin de gotas demasiado pequeas. Adems, elespacio de vapor se debera dimensionar para 100% de la velocidad crtica a flujonormal de gas, se debera instalar un distribuidor con ranuras en cada extremo deltambor, y el tambor debera tener una sola boquilla de salida. Los criterios de


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Seleccin de Materiales

(Pendiente), MIDD211PRT

Aislamiento trmico

MIDL212

5 METODOLOGIA DE DISEO

5.1 Procedimiento de diseo para tambores separadores horizontales

Para refrescar conocimientos bsicos, consultar PDVSAMDP03S01(Tambores separadores: Principios bsicos), en especial, las subsecciones4.6.1, 4.6.2 y 5.

Ver Figuras 3. y/o 4., para orientacin y seguimiento de ciertas tolerancias dediseo, Figura 11. para identificacin de reas, alturas y niveles. (Ver nomenclaturaen Seccin 6).

Paso 1.Informacin mnima requerida.

Ubicar la informacin mnima requerida segn la siguiente tabla.

Informacin

Vapor/gas

Lquido(s)

General

Densidad

X

X

Viscosidad

X

X

Tensin Superficial

X

Flujo (msico ovolumtrico)

X

X

Presin de Operacin

X

Temperatura de Operacin

X

Material pegajoso?

X

Arrastre de Slidos?

X

Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas?

X

Variaciones fuertes en el flujo de lquido(s)?

X

Paso 2.Defina el tipo de servicio.

De acuerdo a lo presentado en el aparte 4.1, identificar el tipo de servicio especfico

segn lo presentado en la Tabla 1: si all se localiza el equipo, se tienen todos loscriterios necesarios para ejecutar el diseo. En caso que no sea as, consultardetalladamente la informacin contenida en este documento.

Paso 3. Definicin de los criterios de diseo.

Si el servicio se encuentra entre los listados en la Tabla 1, localice en la misma loscriterios de diseo para el servicio en cuestin, los criterios adicionales de diseo,la configuracin del tambor, el tiempo de residencia, el nmero de boquillas deentrada, la relacin F24 L/D. En caso que no sea as, consultar detalladamente la
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informacin contenida en este documento y las secciones 4.6.1, 4.6.2 y 5 del

PDVSAMDP03S01.Paso 4. Obtenga la distancia mnima permisible entre NBBL y el fondo deltambor.

Se supone que el tambor tendr un interruptor y/o alarma de nivel bajobajo. Si noes el caso, estaramos hablando de hNBL. Esta distancia, hNBBL, se obtiene con lainformacin del aparte 4.3.6.

Paso 5. Calcule la velocidad permisible del flujo de vapor.

Usar la Ec. (11) (Ver aparte 4.2).

Paso 6. Calcule el rea vertical requerida (Av), para el flujo de vapor porencima de NAAL.

El rea vertical para el flujo de vapor Av, por encima del NAAL, requerida parasatisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la Ec. (12) (Veraparte 4.2).

Debe tomarse en cuenta que, si se tiene flujo dividido de la alimentacin, el flujovolumtrico de gas a usar ser la mitad de lo alimentado.

Paso 7. Dimensionamiento del tambor separador horizontal.

El estimado del tamao ptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para

tambores horizontales. Primero, se supone un tamao de tambor, luego se verificasi el tambor es adecuado para el servicio. Este procedimiento se debera repetirhasta que se optimice el tamao del tambor, ya que el objetivo es disear el tamborms pequeo adecuado para el servicio

a. Calcular el volumen de retencin entre el NAAL y el NBBL (Vr)

a.1. El volumen de retencin de operacin de lquido, entre el NAL y elNBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentacin lquida por eltiempo de retencin (Ec (17)):

Vr1 + QL x tr Ec. (17)

a.2. El volumen de retencin de lquido por tiempo de respuesta deloperador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja), entreel NAAL y el NAL (o entre NBBL y NBL), se obtiene multiplicando elflujo de alimentacin lquida por el tiempo de respuesta supuesto, elcual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 min ms (300 s),desde NBL hasta NBBL (Ver Fig. 11.) (Ec (18)):

Vr2 + QL x (600s) Ec. (18)
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En el caso que no se tengan Interruptores y/o alarmas de NBBL y

NAAL, este volumen adicional es nulo.a.3. El volumen de retencin mximo de lquido, (Vr), entre el NAAL y el

NBBL, se obtiene sumando los dos volmenes anteriores (Ec (19)):

Vr + Vr1 x Vr2 Ec. (19)

Primer Tanteo

b. Asumir un valor inicial de la relacin F24Leff/D, donde Leff es la longitudefectiva de operacin, es decir, la requerida para que el proceso deseparacin se cumpla, la cual vara segn la presin de operacin en

los siguientes rangos. De acuerdo al criterio del diseador, ste puedeaproximar la longitud efectiva a la longitud tangentetangente.

P < 250 psig

1.5 < F24Leff/D < 3.0

250 < P< 500

3.0 < F24Leff/D 500

4.0 < F24Leff/D < 6.0

c. Asumir un dimetro y a partir de la relacin F24 Leff/D calcular lalongitud.

d. Calcule el rea vertical entre el NBBL y el NAAL (ANBBLNAAL).

d.1. El rea vertical entre el NBBL y el NAAL se obtiene dividiendo elvolumen de retencin (Vr) entre la longitud (Leff) (Ec (20)).

ANBBLNAAL + VrLeff Ec. (20)

e. Calcule el rea fraccional (A1*) de la seccin transversal localizadaentre el fondo del tambor y el NBBL(AfonNBBL), a la altura del NBBL(hNBBL).

e.1. El trmino rea fraccional se usar genricamente como la raznde una rea transversal sobre el rea transversal total del tambor

horizontal.e.2. Para calcular el rea fraccional de la seccin transversal (A1*), se

utiliza la Tabla 5 en donde con el valor de R1*= hNBBL/D se lee el valorcorrespondiente a A1*.

e.3. (Nota: La Tabla 5 se usar para todos los clculos subsiguientes deldimetro de tambor y del rea de la seccin transversal).

e.4. El trmino altura fraccional se usar genricamente como la raznde una altura sobre el dimetro del tambor horizontal.


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f. Calcule el rea vertical entre el NBBL y el fondo del tambor (AfonNBBL).

Esta rea se calcula multiplicando el rea fraccional de la seccintransversal A1* por el rea del tambor (Ecs (21), (22)):

ATAMB + p4 x DF242

Ec. (21)

AfonNBBL + A*1 x ATAMB Ec. (22)

g. Calcule el rea vertical disponible para el flujo de vapor.

El rea de seccin transversal vertical disponible para este flujo, AVD,es (Ec (23)):

AVD + ATAMB AfonNBBL ) ANBBLNAAL Ec. (23)

h. Comparar el valor obtenido del rea requerida (Av) con el readisponible para el flujo de vapor (AVD ).

Si Aves igual a AVD, el dimetro asumido en el paso 7b es correcto. SiAVD es significantemente mayor que Av, el tamao de tambor que sesupuso es demasiado grande para el servicio, y si A

VDes

significativamente menor que Av, el tamao de tambor que se supusoes demasiado pequeo.

Siguientes Tanteos

De acuerdo a lo expresado en el aparte h, se debe repetir el procedimiento desde7b con un valor de dimetro mayor o menor segn sea el caso, hasta encontrar elvalor para el dimetro ptimo, cuando se obtenga tal dimetro, redondear aldimetro comercial, por arriba, ms cercano. Al lograr esto, se obtendr la longitudde operacin o longitud efectiva del tambor (Leff).

Paso 8. Calcule el rea vertical real de lquido entre NAAL y NBBL.

El rea vertical real se obtiene dividiendo el volumen de retencin mximo (Vr) porla longitud efectiva del tambor (Leff) (Ec (24)):

ANBBLNAAL + Vr Leff Ec. (24)

Debe recordarse que Vr fue calculado en el paso 7.


32/73


33/73


34/73

REVISION FECHA




JUN.950

PDVSA MDP03S03

Pgina 33

PDVSA


b. Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada Vs (en el caso que an nose conozca) (Ec (27))

Vs +F20 4 QMp d2p

Ec. (27)

c. Chequee el criterio de mxima velocidad en la boquilla, de acuerdo a lopresentado en e

Tambores Sep Gas - Liq

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