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PDVSA N° TITULO
REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.
APROB. FECHAAPROB.FECHA
SEPARACION FISICA
�1994
MDP–03–S–01 PRINCIPIOS BASICOS
TAMBORES SEPARADORES
JUN.950 29
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
ESPECIALISTAS
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REVISION FECHA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
SEPARACION FISICATAMBORES SEPARADORES
PRINCIPIOS BASICOSJUN.950
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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 CONSIDERACIONES BASICAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Separadores físicos 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Principios de la separación 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Proceso de separación 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Consideraciones iniciales en el diseño de un separador vapor–líquido 6. 4.5 Definiciones 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Clasificación y descripción de los separadores 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Descripción de los internos de un separador 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Problemas operacionales típicos a tomar en cuenta en el diseño 15. . . . . .
5 GUÍA GENERAL PARA EL DISEÑO 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Separadores de producción 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Consideraciones iniciales 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Guía a Seguir para todo tipo de tambores separadores 17. . . . . . . . . . . . . .
6 NOMENCLATURA 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 APENDICE 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1 Separadores gas–liquido 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 2 Separador vertical 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 3 Separador horizontal 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4 Separador centrifugo 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5 Separador filtro 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 6 Tipos de deflectores y distribuidores 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7 Tipos de eliminadores de niebla 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 8 Otros internos 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 OBJETIVOEl objetivo de esta sección es proporcionar los fundamentos teóricos que permitanuna óptima comprensión de la terminología relacionada con el área de lasseparaciones físicas de fluídos, haciendo énfasis en la separación vapor–líquido.El tema “Tambores Separadores”, dentro del área de “Separación Física”, en elManual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los siguientesdocumentos:
PDVSA–MDP– Descripción de Documento03–S–01 Tambores Separadores: Principios Básicos (Este documento)03–S–03 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores
Líquido–Vapor
03–S–04 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: SeparadoresLíquido–Líquido
03–S–05 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: SeparadoresLíquido–Líquido–Vapor
Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “TamboresSeparadores”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, sonuna actualización de la Práctica de Diseño “TAMBORES”, presentada en la versiónde Junio de 1986 del MDP (Sección 5).
2 ALCANCEEste documento presenta los conceptos requeridos en el diseño de tamboresseparadores de mezclas de vapor–líquido, líquido–líquido y líquido–líquido–vapor;tales como: principios básicos de la separación de mezclas, descripción de losdiferentes tipos de separadores e internos que lo conforman, y los fundamentosteóricos que rigen el diseño de los mismos.
3 REFERENCIAS1. PDVSA, MANUAL DE DISEÑO DE PROCESOS, PRACTICAS DE DISEÑO,
Vol 2, Sección 5: “TAMBORES”, Junio 1986.
2. Garcia, S. y Madriz J., “Evaluación de técnicas de separaciónGas–Petróleo. INT–EPPR–00019,94 Septiembre 1994. Los Teques.
3. Gas Processor Suppliers Association (GPSA) Engineering Data Book, Vol1, Section 7 “Separators and Filter”. Tenth Edition, 1987.
4. International Human Resources Development Corporation, “Two–phaseSeparators”. 1984.
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4 CONSIDERACIONES BASICAS
4.1 Separadores físicos
Prácticamente cada proceso en la IPPCN requiere de algún tipo de separación defases. El término separador es aplicado a una gran variedad de equipos usadospara separar mezclas de dos o más fases. Estas mezclas pueden estar formadaspor: una fase vapor y una líquida; una fase vapor y una sólida; dos fases líquidasinmiscibles (aceite/agua); una fase vapor y dos líquidas o alguna otra combinaciónde las anteriores.
El diseño apropiado de los separadores es de suma importancia, debido a queestos tipos de recipientes son normalmente los equipos iniciales en muchosprocesos. Un diseño inadecuado puede crear un cuello de botella que reduzca lacapacidad de producción de la instalación completa.
4.2 Principios de la separación
En el diseño de separadores es necesario tomar en cuenta los diferentes estadosen que pueden encontrarse los fluídos y el efecto que sobre éstos puedan tener lasdiferentes fuerzas o principios físicos.
Los principios fundamentalmente considerados para realizar la separación físicade vapor, líquidos o sólidos son: el momentum ó cantidad de movimiento, la fuerzade gravedad y la coalescencia. Toda separación puede emplear uno o más deestos principios, pero siempre las fases de los fluídos deben ser inmiscibles y dediferentes densidades para que ocurra la separación.
4.2.1 Momentum (Cantidad de Movimiento)
Fluídos con diferentes densidades tienen diferentes momentum. Si una corrientede dos fases se cambia bruscamente de dirección, el fuerte momentum o la granvelocidad adquirida por las fases, no permiten que la partículas de la fase pesadase muevan tan rápidamente como las de la fase liviana, este fenómeno provoca laseparación.
4.2.2 Fuerza de gravedad
Las gotas de líquido se separan de la fase gaseosa, cuando la fuerza gravitacionalque actúa sobre las gotas de líquido es mayor que la fuerza de arrastre del fluído degas sobre la gota. Estas fuerzas definen la velocidad terminal, la cualmatemáticamente se presenta usando la ecuación siguiente: [Ec. (1)]
Vt=4g dp �ρl–ρg�
3ρgC�� Ec. (1)
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donde:ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesSI
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesinglesas
ÁÁÁÁÁÁ
VtÁÁÁÁÁÁ
= ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Velocidad terminal de la gota de líquidoÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
m/s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
pie/sÁÁÁÁÁÁ
g ÁÁÁÁÁÁ
= ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Aceleración de la gravedad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
9.807 m/s2ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
32.174 pie/s2
ÁÁÁÁÁÁ
dpÁÁÁÁÁÁ
= ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Diámetro de la gota ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
m ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
pieÁÁÁÁÁÁ
ρgÁÁÁÁÁÁ
= ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad del gas ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁ
ρlÁÁÁÁÁÁ
= ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad del líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
C’ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
= ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Coeficiente de arrastre que dependedel Número de Reynolds
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
adimensional
Para el caso de decantación de una fase pesada líquida discontinua en una faseliviana líquida continua, aplica la ley de Stokes [Ec. (2)]:
Vt=F1 g dp
2 �ρP _ ρL�
18 �Ec. (2)
donde:ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesSI
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesinglesas
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
VtÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Velocidad terminal de decantaciónÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
m/sÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
pie/sÁÁÁÁÁÁÁÁ
dpÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Diámetro de la gota.ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
mÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
pieÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
F1ÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
1000ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
1
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
g ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Aceleración de la gravedad. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
9.807 m/s2 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
32.174 pie/s2
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
ρPÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad de la fase pesada. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
ρLÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad de la fase liviana. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
�ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Viscosidad de la fase continua. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
mPa.s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie/s
Esta relación aplica para números de Reynolds de gota menores de 2, y puededemostrarse que la mayoría de los casos de decantación caen en el rango de la leyde Stokes.
Básicamente, la ley de Stokes puede usarse para la “flotación” de una fase livianalíquida discontinua en una fase pesada líquida continua, teniendo en cuenta que laviscosidad es de la fase continua, en este caso, la fase pesada.
4.2.3 Coalescencia
Las gotas muy pequeñas no pueden ser separadas por gravedad. Estas gotas seunen, por medio del fenómeno de coalescencia, para formar gotas mayores, lascuales se acercan lo suficientemente como para superar las tensionessuperficiales individuales y poder de esta forma separarse por gravedad.
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4.3 Proceso de separación
En el caso de mezclas vapor–líquido, la mezcla de fases entra al separador y, siexiste, choca contra un aditamento interno ubicado en la entrada, lo cual hace quecambie el momentum de la mezcla, provocando así una separación gruesa de lasfases. Seguidamente, en la sección de decantación (espacio libre) del separador,actúa la fuerza de gravedad sobre el fluído permitiendo que el líquido abandone lafase vapor y caiga hacia el fondo del separador (sección de acumulación delíquido). Esta sección provee del tiempo de retención suficiente para que losequipos aguas abajo pueden operar satisfactoriamente y, si se ha tomado laprevisión correspondiente, liberar el líquido de las burbujas de gas atrapadas.
En el caso de separaciones que incluyan dos fases líquidas, se necesita tener untiempo de residencia adicional, dentro del tambor, lo suficientemente alto para ladecantación de una fase líquida pesada, y la “flotación” de una fase líquida liviana
Normalmente, pueden identificarse cuatro zonas principales en los separadores(Fig. 1.):
Separación primaria
El cambio en la cantidad de movimiento de las fases a la entrada del separadorgenera la separación gruesa de las fases. Esta zona incluye las boquillas deentrada y los aditamentos de entrada, tales como deflectores ó distribuidores.
Separación secundaria
Durante la separación secundaria se observan zonas de fase continua con gotasdispersas (fase discontinua), sobre la cual actúa la fuerza de gravedad. Esta fuerzase encarga de decantar hasta cierto tamaño de gotas de la fase pesada discontinuaen la fase liviana continua. También produce la flotación de hasta un cierto tamañode gotas de la fase líquida liviana (fase discontinua), en la fase pesada continua. Enesta parte del recipiente la fase liviana se mueve a una velocidad relativamentebaja y con muy poca turbulencia.
Separación por coalescencia
En ciertas situaciones, no es aceptable que gotas muy finas de la fase pesadadiscontinua sean arrastradas en la fase liviana: por ello es necesario que, porcoalescencia, tales gotas finas alcancen un tamaño lo suficientemente grande parasepararse por gravedad: para lograrlo se hace necesario tener elementos como loseliminadores de niebla ó Mallas para el caso de separadores líquido–vapor, o lasesponjas o platos coalescedores, en el caso de la separación líquido–líquido (Noestá dentro del alcance de esta versión del MDP).
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Recolección de las fases líquidas
Las fases líquidas ya separadas requieren de un volumen de control y emergenciapara una operación confiable y segura de los equipos aguas abajo.
4.4 Consideraciones iniciales en el diseño de un separadorvapor–líquido
Para el diseño adecuado de un separador vapor–líquido, es necesario tomar encuenta los puntos siguientes:
a. La energía que posee el fluído al entrar al recipiente debe ser controlada.
b. Los flujos de las fases líquida y gaseosa deben estar comprendidos dentrode los límites adecuados que permitan su separación a través de las fuerzasgravitacionales que actúan sobre esos fluídos y que establezcan el equilibrioentre las fases líquido–vapor.
c. La turbulencia que ocurre en la sección ocupada principalmente por el vapordebe ser minimizada
d. La acumulación de espuma y partículas contaminantes deben sercontroladas.
e. Las fases líquidas y vapor no deben ponerse en contacto una vez separadas.
f. Las regiones del separador donde se puedan acumular sólidos deben, en loposible, estar provistos de facilidades adecuadas para su remoción.
g. El equipo será provisto de la instrumentación adecuada para sufuncionamiento adecuado y seguro en el marco de la unidad/planta a la quepertenece
4.5 Definiciones
4.5.1 Fases (en operaciones de Producción y Refinación de Petróleo)
En operaciones de separación de fases en Producción y/ó Refinación de Petróleo,normalmente se hablará de las siguientes:
Vapor–Líquido: El vapor ó gas es la fase liviana continua, y el líquido es la fasepesada discontinua.
HC líq–Agua: El hidrocarburo líquido (HC líq) es la fase liviana continua y el aguaes la fase pesada discontinua (Decantación de Agua en aceite)
Agua–HC líq.: El agua es la fase pesada continua y el hidrocarburo ó aceite esla fase liviana discontinua (Flotación de Aceite en agua).
4.5.2 Velocidad crítica
La velocidad crítica es una velocidad de vapor calculada empíricamente que seutiliza para asegurar que la velocidad superficial de vapor, a través del tambor
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separador, sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre excesivo delíquido. Tal velocidad no está relacionada con la velocidad sónica. La velocidadcrítica viene definida por la Ec. (3).
Vc � F2
ρl–ρg
ρg� Ec. (3)
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
donde: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesSI
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesinglesasÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁVcÁÁÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁVelocidad crítica
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁm/s
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁpie/sÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ρlÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad del líquido a condiciones deoperación
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ρgÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad del vapor a condiciones deoperación
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
F2 ÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
0.048 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
0.157
4.5.3 Flujo normal de vapor
El flujo normal de vapor (o gas), es la cantidad máxima de vapor alimentada a untambor separador a condiciones típicas de operación (es decir, en ausencia deperturbaciones tales como las que aparecen a consecuencia de inestabilidades delproceso o a pérdidas de la capacidad de condensación aguas arriba del mismo).Los tambores separadores son altamente efectivos para flujos de vapor del ordende 150% del flujo normal y, por lo tanto, no es necesario considerar un sobrediseñoen el dimensionamiento de tales tambores. Si se predicen flujos mayores al 150%,el diseño del tambor debe considerar dicho aumento.
4.5.4 Eficiencia de la separación
La eficiencia de separación del líquido se define según la Ec.(4).
E � 100(F–C)
FEc. (4)
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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
donde: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesSI
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesinglesas
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁE
ÁÁÁÁÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁEficiencia de separación, %
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁFÁÁÁÁÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁFlujo del líquido alimentado al tambor
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁkg/s
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁlb/hÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
CÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
líquido arrastrado hacia la cabecera deltambor
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/sÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/h
4.5.5 Internos
Para ayudar al proceso de separación y/ó impedir problemas de operación aguasabajo del equipo separador, dentro del tambor se incluyen ciertos aparatos, loscuales serán conocidos genéricamente como “Internos”.
Entre los internos más usados se tienen:
– Deflectores / Distribuidores / Ciclones de entrada: Estos aditamentosinternos adosados a la(s) boquilla(s) de entrada, se emplean para producirun cambio de cantidad de movimiento o de dirección de flujo de la corrientede entrada, y así producir la primera separación mecánica de las fases,además de generar (en el caso de los distribuidores), un patrón de flujodentro del recipiente que facilite la separación final de las fases, reduciendoposiblemente el tamaño de la boquilla de entrada y, en cierta medida, lasdimensiones del equipo mismo.
– Eliminadores de Niebla: Los eliminadores de niebla son aditamentos paraeliminar pequeñas gotas de líquido que no pueden ser separadas por lasimple acción de la gravedad en separadores vapor–líquido. Entre losdiferentes tipos existentes, destacan las mallas de alambre ó plástico,conocidos popularmente como “demisters” ó “Mallas”
– Rompe vórtices: Están adosados internamente a las boquillas de líquido,y su función es evitar el arrastre de burbujas de vapor/gas en la corrientelíquida que deja el tambor.
4.6 Clasificación y descripción de los separadores
Los separadores pueden clasificarse, según su forma en:
– Separadores cilíndricos– Separadores esféricos– Separadores de dos barriles
También los separadores cilíndricos pueden clasificarse según su orientación en:
– Separadores verticales– Separadores horizontales
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Otra clasificación sería de acuerdo a la manera de inducir físicamente laseparación:
– Separadores por gravedad (típico separador vertical gas–líquido)
– Separadores por impacto (separadores de filtro)
– Separadores por fuerza centrífuga (separadores centrífugos)
A continuación se hace una breve descripción de algunos de estos tipos deseparadores y, en el caso de los separadores más usados (verticales yhorizontales), se presentan algunas ventajas y desventajas.
4.6.1 Separadores verticales (Fig. 2.)
En estos equipos, la fase pesada decanta en dirección opuesta al flujo vertical de lafase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase liviana excedelevemente la velocidad de decantación de la fase pesada, no se producirá laseparación de fases, a menos que esta fase pesada coalesca en una gota másgrande. Entre las ventajas y desventajas del separador vertical están:
Ventajas
– Normalmente empleados cuando la relación gas o vapor–líquido es alta y/ocuando se esperan grandes variaciones en el flujo de vapor/gas.
– Mayor facilidad, que un tambor horizontal, para el control del nivel del líquido,y para la instalación física de la instrumentación de control, alarmas einterruptores.
– Ocupa poco espacio horizontal
– La capacidad de separación de la fase liviana no se afecta por variacionesen el nivel de la fase pesada.
– Facilidad en remoción de sólidos acumulados.
Desventajas
– El manejo de grandes cantidades de líquido, fuertes variaciones en laentrada de líquido, ó separación líquido–líquido, obliga a tener excesivostamaños de recipientes, cuando se selecciona esta configuración.
– Requieren mayor diámetro, que un tambor horizontal, para una capacidaddada de gas.
– Requieren de mucho espacio vertical para su instalación
– Fundaciones más costosas cuando se comparan con tambores horizontalesequivalentes.
– Cuando hay formación de espuma, o quiere desgasificarse líquido yarecolectado, se requieren grandes volúmenes de líquido y, por lo tanto,tamaños grandes de tambores verticales.
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Como ejemplos de separadores verticales, tenemos:
– Tambor KO de succión de compresor: Se requiere una separaciónlíquido–vapor muy eficiente, especialmente para tambores asociados acompresores reciprocantes. Estos tambores KO se diseñan para incluirmalla separadora de gotas y, algunas veces, se incluye calentamiento portrazas de la salida vapor para evitar condensación en la línea
– Tambor KO de la alimentación al Absorbedor de Gas Acido: Se requiereuna separación líquido–vapor muy eficiente, para evitar la formación deespuma en el absorbedor.
4.6.2 Separador horizontal (Fig. 3.)
En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la direcciónhorizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana continua puedaviajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación de la fase pesadadiscontinua (hasta un cierto límite). Entre las ventajas y desventajas de este tipo deseparadores están:
Ventajas
– Normalmente empleados cuando la relación gas ó vapor–líquido es baja.– Requieren de poco espacio vertical para su instalación.– Fundaciones más económicas que las de un tambor vertical equivalente.– Por lo general, son más económicos.– Requieren menor diámetro, que un tambor vertical, para una capacidad dada
de gas.– Manejan grandes cantidades de líquido, fuertes variaciones en la entrada de
líquido, ó separación líquido–líquido, optimizando el volumen de operaciónrequerido.
– Los volúmenes de retención facilitan la desgasificación de líquido y el manejode espuma, si se forma.
Desventajas
– Variaciones de nivel de la fase pesada afectan la separación de la faseliviana.
– Ocupan mucho espacio horizontal.– Difícil remoción de sólidos acumulados (Necesidad de inclinar el recipiente
ó añadir internos como tuberías de lavado)
Como ejemplo de separadores horizontales, tenemos:
– Separadores de producción: (también conocidos como Tambores “FreeWater Knock Out” (FWKO)); se requiere de un separación vapor–líquidoeficiente, especialmente cuando el gas fluye hacia un compresor. Además
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la separación del aceite o petróleo de la fase acuosa (Separadorlíquido–líquido–vapor), debe ser razonablemente buena para evitarsobrecargar los equipos aguas abajo de tratamiento de agua. Muy amenudo, se requiere de inyección de químicos desemulsificantes yrompedores de espuma.
– Tambores de alivio: .Se requiere de una separación vapor–líquidorazonablemente buena, para así evitar arrastre de gotas de materialhidrocarburo que arderían en el mechurrio asociado, ya que dichas gotasproducirían una excesiva radiación en el mechurrio, además que podríancaer gotas de material ardiendo desde el mechurrio, generando posiblesemergencias.
4.6.3 Separador centrífugo (Fig. 4.)
Ofrecen un espacio eficiente, pero son muy sensibles a la tasa de flujo y requierenuna mayor caída de presión que la configuración estándar de un separador. Estetipo de separadores no será cubierto por el MDP de Tambores.
4.6.4 Separador de filtro (Fig. 5.)
Los separadores de filtro usan el principio de aglomeramiento de goticas de líquidoen un medio filtrante seguido por un elemento eliminador de niebla. Este tipo deseparadores no será cubierto por el MDP de Tambores.
El aglomeramiento más común y eficiente está compuesto de un medio filtrantetubular de fibra de vidrio, el cual es capaz de retener partículas de líquido hastatamaños de submicrones. El gas fluye dentro de la parte superior del empaque delfiltro, pasa a través de los elementos y luego viaja hacia afuera por medio de lostubos. Las partículas pequeñas secas (si las hay, por arrastres de sólidos óproductos de corrosión), son retenidas en los elementos filtrantes y el líquido seaglutina para formar gotas más grandes.
La eficiencia de un separador de filtro depende mayormente del diseño apropiadodel empaque del filtro y que este produzca una caída de presión mínima, mientrasretiene una eficiencia de extracción.
Los separadores filtro son utilizados en aplicaciones de alto flujo de gas / bajo flujode líquido y pueden tener ambas configuraciones horizontal o vertical. Sonutilizados comúnmente a la entrada de los compresores en las estacionescompresoras, como un despojador final aguas arriba de la torre contractora deglicol y en aplicaciones de gas de instrumentación / combustible.
4.7 Descripción de los internos de un separadorLos internos de un separador prestan una gran variedad de funciones, todas con elobjetivo de mejorar la separación de las fases y/o garantizar una operaciónconfiable y segura de los equipos aguas abajo. Entre tales funciones están:
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– Separación primaria de las fases: Reducción del momentum de las faseso cambio en la dirección del flujo de las mismas (deflectores, distribuidoresde entrada).
– Reducción en oleaje o salpicaduras: evita o reduce el “re–arrastre” degotas de líquido por la corriente de vapor o reduce la turbulencia enseparaciones líquido–líquido (planchas rompe olas).
– Coalescencia de gotas muy pequeñas: Para separaciones vapor–líquido,los eliminadores de niebla (mallas de alambre, laberinto de aletas, etc). Paraseparación líquido–líquido, los platos o esponjas coalescedoras (nocubiertos por el MDP de tambores).
– Reducción del arrastre de burbujas de vapor/gas en la salida de líquido:rompe vórtices.
– Reducción mecánica de formación de espuma: placas rompe espuma.
– Limpieza interna de recipientes: Cuando se espera una deposicióncontinua de sólidos que no pueden ser fácilmente removibles (tuberíasinternas: No cubierto por el MDP de tambores).
– Reducción del tiempo de decantación: en el caso de separacioneslíquido–líquido, se busca reducir el tiempo en que una gota de la fase pesadadiscontinua alcance la interfase pesada–liviana (placas de decantación).
A continuación se presenta una breve descripción de algunos ejemplos deinternos:
4.7.1 Deflectores (Fig 6.)
Los deflectores tienen una gran variedad de formas; pueden ser de placa, ángulo,cono, codo de 90°, o semiesfera. El diseño y forma del deflector dependeprincipalmente del soporte requerido para resistir la carga de impacto a la cual essometido. Estas fuerzas de impacto pueden llegar a desprender el elemento yocasionar serios problemas de arrastre. Para efectos de lo cubierto en el MDP detambores, el tipo de deflector a usar (cuando no se empleen distribuidores) es elcodo de 90°.
4.7.2 Distribuidores de entrada (Fig 6.)
Los distribuidores son aditamentos de tubería internamente colocadosperpendicularmente a la boquilla de entrada, los cuales tienen ranuras ú orificios,por los cuales salen las dos fases a una baja velocidad. Estos aparatos, además,ayudan a una distribución pareja de las fases en el área disponible de flujo, quefavorece la separación de la mismas.
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4.7.3 Ciclones (Fig 6.)Los ciclones funcionan de forma que la separación mecánica se efectúa por lafuerza centrífuga que actúa sobre las partículas al provocar el movimiento giratoriosobre la corriente de alimentación. Para lograr este efecto se coloca una chimeneaciclónica cerca de la boquilla de alimentación. Esta chimenea produce una altavelocidad y una gran caída de presión.
4.7.4 Eliminador de niebla tipo malla (“Mallas”) (Fig 7.)
Descrito en general como “demister” ó “Malla de Alambre”, consiste en un filtrotrenzado de alambre, normalmente de acero inoxidable empacado en forma deesponja cilíndrica, con un espesor entre 3 y 7 pulgadas y densidad entre 10 y 12lb/pie3. Este elemento retiene las partículas líquidas hasta que adquieren untamaño suficientemente grande como para que el peso supere tanto la tensiónsuperficial como la acción de arrastre producida por el gas. Posee una de las másaltas eficiencias de remoción y es preferido debido a su bajo costo de instalación.Para efectos de los MDP de tambores, se usará el genérico “Mallas” para describireste tipo de eliminador de niebla.
Estos eliminadores tienen la ventaja de que producen una baja caída de presión, yson altamente efectivos si la velocidad del vapor puede mantenerse dentro de unrango apropiado. La desventaja principal respecto a los otros tipos de eliminadoresradica en el hecho que el gas es forzado a pasar a través de éstos por los mismoscanales por los que el líquido es drenado bajo la influencia de la gravedad, es decir,en el área libre del eliminador existe flujo en dos sentidos. Si no son especificadosapropiadamente, puede suceder que:
– El líquido no pueda abandonar el elemento y se acumule en éste.– El flujo de gas sea restringido como consecuencia de esta acumulación.– La caída de presión llegue a tal valor que el líquido sea expulsado aguas
abajo del separador, ocasionando arrastre.La desventaja con respecto a otros eliminadores de niebla, es que si hay sólidospegajosos en la corriente de gas ó es un servicio sucio, el sistema es más propensoa obstruirse.
4.7.5 Eliminador de niebla tipo aleta (Fig 7.)
Los eliminadores tipo aleta consisten en un laberinto formado por láminas de metalcolocadas paralelamente, con una series de bolsillos recolectores de líquido.
El gas es conducido entre las placas, sometido a sucesivos cambios de dirección,mientras que las partículas líquidas tienden a seguir en línea recta y son atrapadasen los bolsillos del eliminador. Una vez allí, coalescen y son conducidas endirección perpendicular al flujo de gas hasta el fondo del recipiente. Unacaracterística de este elemento es que el líquido recolectado no es drenado encontracorriente al flujo de gas; en consecuencia la eficiencia de separación conrespecto al eliminador tipo malla aumenta considerablemente.
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Las ventajas de este eliminador son su alta eficiencia y durabilidad.Adicionalmente, debido a que se construyen en forma compacta no son propensosa desarmarse.
Las desventajas son su susceptibilidad a taponarse cuando manejan crudosparafinosos o asfalténicos, además su alto costo en relación a los otros tipos deeliminadores. Este tipo de eliminadores de niebla no está dentro del alcance deesta versión del MDP de Tambores.
4.7.6 Eliminador de niebla tipo ciclón (Fig 7.)
Estos dispositivos producen la separación debido a un cambio en la cantidadangular de movimiento de la corriente bifásica. Estos elementos tienen forma deciclón, es decir, un cilindro hueco con aberturas que permiten la entrada de lacorriente en forma tangencial. El gas gira en torno al eje del cilindro y abandona laparte superior, mientras que las partículas líquidas por efecto de la diferencia dedensidades salen desprendidas de la corriente la fuerza centrífuga aplicada sobreellas debido a la rotación, golpeando las paredes del elemento y goteando por laparte inferior. Su principal uso se limita a corrientes formadas básicamente por gaso cuando la diferencia de densidad relativa entre las fases es pequeña.
Un aspecto importante respecto a estos eliminadores es que la eficiencia deseparación depende mucho de la velocidad del gas y por lo tanto del caudalmanejado. Cuando este cae por debajo de los valores recomendados por elfabricante, la eficiencia de separación disminuye drasticaménte, por esta razón noson recomendados cuando el flujo de alimentación es variable, como por ejemploen los separadores de estaciones de flujo. Por otra parte, cuando la velocidad esmuy alta se produce abrasión y desgaste excesivo, obligando al cambio frecuentedel mismo y generando caídas de presión de hasta 140 pulg de agua. Este tipo deeliminadores de niebla no está dentro del alcance de esta versión del MDP deTambores.
4.7.7 Rompe – vórtices (Fig. 8.)
Cuando un liquido es drenado de un recipiente, se pueden producir condicionesque originen la formación de un remolino. Este efecto en separadores ocasiona elescape de la fase de vapor por la boquilla de desalojo de líquido, lo cual esindeseable sobre todo desde el punto de vista de seguridad. Para solventar esteproblema es usual dotar a los recipientes de elementos que obstruyan o dificulten laformación de remolinos.
4.7.8 Placas rompe – espumas (Fig. 8.)
Consiste en una serie de placas paralelas longitudinales direccionadoras del flujo,colocadas en la zona de retención de líquidos de los separadores horizontales.Estas placas evitan que las burbujas de gas que ascienden a través del líquidocolapsen y produzcan la agitación necesaria para formar la espuma. La
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especificación de este tipo de placas no está dentro del alcance de esta versión delMDP de Tambores.
4.7.9 Rompe – olas (Fig. 8.)Cuando se tienen separadores horizontales muy largos, se debe evitar lapropagación de las ondulaciones y los cambios de nivel en dirección longitudinalque son producidos por la entrada súbita de tapones de líquido dentro delseparador. Para eliminar dichas ondulaciones es usual colocar placas en sentidotransversal al separador, conocidas como rompe–olas. Dichas placas son de granutilidad para las labores de control de nivel, evitando medidas erróneas productodel oleaje interno. La especificación de este tipo de placas no está dentro delalcance de esta versión del MDP de Tambores.
4.7.10 Tuberías internas (Fig. 8.)Cuando se manejan crudos y productos sucios, es recomendable adecuar tanto elseparador horizontal como el vertical, con un sistema interno de tuberías quepermitan la inyección de agua, vapor o solventes para eliminar las impurezas quese depositan en el equipo durante su operación o para desplazar a loshidrocarburos antes de proceder a la apertura del recipiente, por lo cual estosequipos son muy útiles cuando se efectúan paradas por manteamiento.
4.8 Problemas operacionales típicos a tomar en cuenta en el diseño4.8.1 Formación de espuma
La tendencia a formar espuma de una mezcla vapor–líquido ovapor–líquido–líquido afectará severamente el desempeño del separador.Generalmente, si se sabe que la espuma es un problema antes de instalar elrecipiente, pueden incorporarse deflectores de espuma como el método máseconómico de eliminar el problema. Sin embargo en algunos casos puede sernecesario resolver un problema en particular, usando soluciones más efectivascomo agregar longitud extra al recipiente o usar aditivos químicos. Cualquierinformación que pueda obtenerse sobre la dispersión de espuma por análisis delaboratorio, antes del diseño del separador es de mucha ayuda. Un caso específicode esta situación son los separadores de Producción (gas–petróleo ogas–petróleo–agua).
4.8.2 Flujo de avanceAlgunas lineas de flujo bifásico muestran la tendencia a un tipo de flujo inestable, deoleaje, que se denomina flujo de avance. Obviamente la presencia del flujo avancerequiere incluir placas rompe olas en el separador.
4.8.3 Materiales pegajososAlimentaciones con materiales pegajosos, como es el caso de crudos parafinosos,pueden presentar problemas operativos, debido al ensuciamiento o incrustaciónde los elementos internos.
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4.8.4 Presencia y acumulación de sólidos
Cuando se conoce que un servicio tendrá arrastre de sólidos, deberán tomarse lasprensiones correspondientes: tuberías de lavado (si aplica), boquillas de limpiezapor inyección de líquidos, boquillas de remoción de sólidos, inclinación derecipientes horizontales, etc. Para separadores de producción, considerablescantidades de arena pueden ser producidas con el crudo. En los separadores enservicio de petróleo arenoso deben proveerse aberturas para la limpieza.
5 GUÍA GENERAL PARA EL DISEÑO
5.1 Separadores de producción
Los criterios de diseño que aplican a este tipo de separadores seránposteriormente incluidos en el MDP de tambores. Mientras tanto, se debe usar laguía de Ingeniería PDVSA 90616.1.027 “Separadores Líquido–Vapor”, la cualforma parte del volumen 15 del Manual de Ingeniería de Diseño (MID) de PDVSA.
5.2 Consideraciones iniciales
De acuerdo a lo mencionado en el aparte 4.6, hay aspectos que favorecerían lautilización de un tipo de separador con respecto a otro, especialmente hablando deseparadores verticales y horizontales, los cuales son los de mayor uso en laIPPCN, y los que serán cubiertos con mayor detalle en los documentos siguientes.
Sin embargo, de acuerdo a cada situación, puede que la selección “obvia” del tipode separador no aplique, ya que pueden existir otros factores, que normalmenteson de menor importancia, pero que en una aplicación específica son privativos enla selección de un tipo de separador. A continuación presentamos algunosejemplos:
– Normalmente, un tambor de alivio que maneje un volumen importante dedescargas líquidas, será un tambor horizontal con flujo dividido, lo cualreduce el diámetro del recipiente pero alarga su longitud. Sin embargo, siestá ubicado en una plataforma de producción costa afuera, donde elespacio es extremadamente costoso, la selección podría ser un tamborhorizontal sin flujo dividido o, si la situación es extrema, un tambor vertical.
– En la remodelación de una unidad a la cual se le aumenta la capacidad, laselección obvia para un tambor separador de gotas o Tambor KO, es untambor vertical, pero si el tambor está ubicado en el piso intermedio de unaestructura de tres pisos, la cual no se le pueden abrir perforaciones por tenerubicados equipos encima del tambor KO en cuestión, se impone tener untambor horizontal.
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5.3 Guía a seguir para todo tipo de tambores separadores
La siguiente metodología es con la finalidad de ser utilizada como una guía generalpara el diseño de separadores.
Paso 1.– Obtención de la información de proceso (propiedades de lascorrientes) y de la función que se espera realizar. De acuerdo a losprocedimientos que se presentarán en los documentos siguientes,se requiere obtener la siguiente información:
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁInformación
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁVapor/gas
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁLíquido(s)
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁGeneralÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁDensidad
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
XÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
XÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁViscosidad ÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Tensión Superficial ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
X ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Flujo (másico óvolumétrico)
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
X ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
X ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁPresión de Operación ÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁX
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁTemperatura de Operación ÁÁÁÁÁÁÁXÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMaterial pegajoso?
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁXÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁArrastre de Sólidos?ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁXÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁVariaciones fuertes en el flujo de vapor/gas?
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
XÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s)? ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
X
Paso 2.– Definición del tipo de separador y de servicio. Los siguientesdocumentos, los cuales forman parte del MDP de tamboresdeberán ser consultados, para efectos de identificación delservicio específico a realizar:
PDVSA–MDP– Descripción de Documento03–S–03 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores
Líquido–Vapor
03–S–04 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: SeparadoresLíquido–Líquido
03–S–05 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: SeparadoresLíquido–Líquido–Vapor
Estos documentos, que presentan procedimientos detallados dediseño, también incluyen descripción del tipo de separador aemplear para aplicaciones específicas de Refinación de PetróleoEn el caso que no se halle un servicio específico que identifique elcaso bajo estudio, usar la tabla siguiente para una identificacióngenérica del tipo se separador a usar
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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Recomendación de Tipo de SeparadorÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Situación ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Vertical sinMalla
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Vertical conMalla
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Horizontal sinMalla
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Horizontal conMalla
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Alta relaciónvapor/líquido
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Alto “turndown”de flujo de gas
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Baja relaciónvapor/líquido
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Alto “turndown”de flujo de líquido
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
MuyrecomendableÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Presencia desólidos /
materialespegajosos
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
RecomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado:Considerar
internosespeciales
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado:Considerar
internosespeciales /Inclinación
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Moderado:Considerar
internosespeciales /Inclinación
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Separaciónlíquido–líquido
solamente
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
No recomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
No recomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
RecomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
No aplica
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Separaciónlíquido –
líquido–vapor
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ModeradoÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ModeradoÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Muyrecomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Limitaciones enárea de Planta
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Recomendable ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Recomendable ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
No recomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
No recomendable
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Limitaciones enespacio vertical ó
altura
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
No recomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
No recomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
RecomendableÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Recomendable
Paso 3.– Localización de los criterios de diseño típicos para el servicio encuestión, criterios y consideraciones adicionales y la configuracióndel tambor: Tales criterios estarán en los documentosPDVSA–MDP antes mencionados, de acuerdo a la selecciónhecha de tipo de separador.
Paso 4.– Dimensionamiento del tambor a través del calculo de:
– Velocidad crítica del vapor
– Area de flujo de vapor requerida disponible
– Relación L/D
– Volumen de retención de líquido en el tambor
– Niveles bajo–bajo, bajo, alto, alto–alto del líquido, cuando setrate de separadores vapor líquido. Para separaciónvapor–líquido–líquido, añadir nivel bajo y nivel alto de interfase.
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– Diseño/especificación de Internos que afecten el diseño deProceso del recipiente
– Volumen del tamborPaso 5.– Definición y dimensionamiento de las boquillas de entrada y de
salidaPaso 6.– Especificación de los internos faltantes del separador (parte de
esta información se localizaría en el MID)Paso 7.– Cálculo de la caída de presión del equipo: como la suma de la
caída de presión de la boquilla de entrada, de salida de gas y de losinternos (cuando aplique)
Paso 8.– Búsqueda de información adicional, en el Manual de Ingeniería deDiseño y otros documentos técnicos, para completar laEspecificación de Proceso del Tambor Separador bajo estudio.
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6 NOMENCLATURA
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesSI
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
En unidadesinglesas
ÁÁÁÁÁÁ
C ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
líquido arrastrado hacia la cabecera deltambor
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/h
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
C’ÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Coeficiente de arrastre que depende deel Número de Reynolds
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
adimensional
ÁÁÁÁÁÁ
DpÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Diámetro de la gotaÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
mÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
pieÁÁÁÁÁÁEÁÁÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁEficiencia de separación, %
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁFÁÁÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁFlujo del líquido alimentado al tambor
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁkg/s
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁlb/hÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
F1ÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas (Ec. (2))
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
1000ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
1
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
F2ÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas (Ec. (3))
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
0.048 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
0.157
ÁÁÁÁÁÁ
g ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Aceleración debido a la gravedad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
9.807 m/s2ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
32.174 pie/s2
ÁÁÁÁÁÁ
Vc ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Velocidad crítica ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
m/s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
pie/sÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Vt ÁÁÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Velocidad terminal de la gota de líquido.Velocidad terminal de decantación
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
m/s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
pie/s
ÁÁÁÁÁÁ
m ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Viscosidad de la fase continua. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
mPa.s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie.s
ÁÁÁÁÁÁ
ρg ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad del gas ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁ
ρl ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad del líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁ
ρP ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad de la fase pesada. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
ÁÁÁÁÁÁ
ρL ÁÁÁÁ
=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Densidad de la fase liviana ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
lb/pie3
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7 APENDICEFigura 1 Separadores gas–liquido
Figura 2 Separador vertical
Figura 3 Separador horizontal
Figura 4 Separador centrifugo
Figura 5 Separador filtro
Figura 6 Tipos de deflectores y distribuidores
Figura 7 Tipos de eliminadores de niebla
Figura 8 Otros internos
RECOLECCION DE LAS FASES LIQUIDAS
SEPARACION SECUNDARIA
SALIDA DE LIQUIDO
SEPARACION PORCOALESCENCIA
PRIMARIASEPARACION
SEPARADOR HORIZONTAL
SEPARADOR VERTICAL
SEPARACION PORCOALESCENCIA
SECUNDARIA
FASES LIQUIDAS
SEPARACION
RECOLECCION DE LAS
SALIDA DE VAPOR
SALIDA DE LIQUIDO
ALIMENTACION
PRIMARIASEPARACION
SALIDA DE GAS
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Fig 1. SEPARADORES GAS–LIQUIDO
MALLA SEPARADORADE GOTAS
SALIDA DE VAPOR
SALIDA DE LIQUIDO
ALIMENTACION
DEFLECTORNAAL
NAL
NBL
NBBL
NBBL : NIVEL BAJO–BAJO DE LIQUIDO
NBL : NIVEL BAJO DE LIQUIDO
NAAL : NIVEL ALTO–ALTO DE LIQUIDO
NAL : NIVEL ALTO DE LIQUIDO
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Fig 2. SEPARADOR VERTICAL
SALIDA DE LIQUIDO
MALLASEPARADORA
DISTRIBUIDOR EN T”
NAAL
NAL
NBL
NBBL
ALIMENTACIONSALIDA DE GAS
DE GOTAS
NBBL : NIVEL BAJO–BAJO DE LIQUIDO
NBL : NIVEL BAJO DE LIQUIDO
NAL : NIVEL ALTO DE LIQUIDO
NAAL : NIVEL ALTO–ALTO DE LIQUIDO
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Fig 3. SEPARADOR HORIZONTAL
CORTE A–A
ALIMENTACION
SALIDA DE LIQUIDO
SALIDA DE GAS
AA
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Fig 4. SEPARADOR CENTRIFUGO
TUBOS FILTROS
ELIMINADOR DE
SALIDA
RESERVORIOTAPA DE
CAMARA DE SEPARACION
ENTRADA
DE ENTRADA
DE GAS NIEBLA FINAL
DE GAS
DE LIQUIDOABERTURA RAPIDA
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Fig 5. SEPARADOR FILTRO
25mm
(1 pulg.)
(1 pulg.)
25mm25mm
(1 pulg.)
15mm
(.6 pulg.)
D.E.=610mm(24 pulg.)
1700mm (67 pulg.)
545mm (21.5 pulg.) 545mm (21.5 pulg.)
PARED DELRECIPIENTE
BOQUILLA DEENTRADA
DEFLECTORCOMPUESTO PORMEDIA SECCIONDE TUBERIA
DEFLECTOR DE ENTRADA
DEFLECTOR
PLANCHA DEFLECTORA
EJEMPLO DE DISTRIBUIDOR EN “T”
BOQUILLA DEENTRADA
BOQUILLA DEENTRADA
RECIPIENTEPARED DEL
BOQUILLA DEENTRADA
D.E.=610mm(24 pulg.)
RECIPIENTEPARED DEL
(PDVSA–MID–10603.2.303)
CODO DE 90°
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Fig 6. TIPOS DE DEFLECTORES Y DISTRIBUIDORES
TIPO CICLON
TIPO ALETA
TIPO MALLA DE ALAMBRE
BOLSILLOS
GAS
DIRECCION DE LASPARTICULAS LIQUIDASRETENIDAS
ENTRADA DE FLUJOSALIDA DE LIQUIDO
SALIDA DE GAS
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Fig 7. TIPOS DE ELIMINADORES DE NIEBLA
TUBERIAS INTERNASPLACAS ROMPE–OLAS
PLACAS ROMPE–ESPUMA
CIRCUNFERENCIADEL RECIPIENTE
REJILLA SOLDADA DE 3 CAPAS, FORMADAPOR BARRAS PLANAS DE 25 x 6, SEPARADAS25 mm ENTRE EJES E INTERCONECTADAS PORBARRAS TRANSVERSALES A CADA 5O mm.
5 D (250 mm.)
DIAMETRO DE BOQUILLA
DE LIQUIDODE SALIDA
D
PARED DEL RECIPIENTE
ROMPE–VORTICES
(PDVSA–MID–10603.2.308)
TIPO PLACA TIPO REJILLA
(PDVSA–MID–10603.2.309)
O CIRCULO ENVOLVENTEBOQUILLA (DESCARGA UNICA)
(DESCARGA MULTIPLE)
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Fig 8. OTROS INTERNOS