Ecuacin Para Capacidad de Gas, de separadores de procesos y gas

Estimacin de las Dimensiones y Capacidades de separadores de P y G(Traducido del Petroleum Engineering Handbook Cap. N 12 Pag. 21)

La capacidad de aceite y gas de los separadores variar como varan los siguientes factores:1. Medidas (Dimetro y longitud) del separador.2. Diseo y arreglo de la parte interna del separador.3. Nmero de etapas de separacin.4. Presin y temperatura de operacin del separador.5. Caractersticas fsicas y qumicas de los fluidos del pozo (gravedad especfica viscosidad fase de equilibrio).6. Variacin del ratio gas/lquido.7. Dimensiones y distribucin de partculas de lquido en el gas dentro del separador, antes del extractor de niebla.8. Mantenimiento del nivel del lquido en el separador.9. Comportamiento del fluido del pozo, estable o fluyente.10. Contenido de materias extraos en el fluido del pozo.11. Tendencia del aceite a la espuma.12. Condiciones fsicas del separador y sus componentes.13. Otros factores.Los tems 5 y 7 generalmente no son conocidos con suficiente detalle y precisin que permita un clculo exacto de los dimensiones o comportamiento (performance) de un separador. Sin embargo, tales clculos pueden ser basados en datos empricos y asunciones para propsitos y de presupuesto. Cuando los separadores han sido dimensionados para una mxima performance y cuando la performance debe ser garantizada los tems 5 y 7 son muy importantes y debe ser disponibles para el diseador. En un separador vertical, las partculas del lquido a separarse del gas deben colocarse abajo contra la columna de gas de flujo ascendente. A la inversa, en un separador horizontal la ruta de una partcula de lquido que es separada del gas, fluye con ste a travs del recipiente, semejante a la trayectoria de una bala disparada de un fusil. Esta diferencia en el patrn de flujo de las partculas del lquido separado indica que un separador horizontal de un dimetro y longitud dado separa mayor volumen de fluido del pozo que un recipiente vertical de la misma dimensin. Esto es generalmente cierto, pero el nivel de lquido que puede ser llevado en un separador horizontal mono tubo hace disminuir esta ventaja y puede eliminarla completamente. Si el nivel de altura del lquido es mantenido en el separador horizontal.La mxima velocidad del gas en un separador de petrleo y gas que permita separacin de la niebla de lquido del gas puede ser calculado con la siguiente frmula de la ley de Stokes.

(1)

Dnde:Vg= Mxima Velocidad del gas disponible ft/sec.Fco= Factor de configuracin y operatividad (emprica) (Ver fig 12.32 para valores).Pl= Densidad del lquido en condiciones operativos libra masa / pie cbico y Pg= Densidad del gas en condiciones operativos libra, masa/pie cbico.

El valor de Fco en la ecuacin (1) es una variable independiente emprica, que incluye todos los factores que afectan la separacin de lquidos del gas en separadores de petrleo y gas excepto: a) El factor de compresibilidad del gas.b) Presin base y operativa.c) Temperatura base y operativa.d) Densidad de los fluidos que estn separados.Fco incluye y vara con el ratio longitud/dimetro (L/D) del separador, la configuracin del recipiente separador, el diseo de las partes internas del separador, la profundidad del lquido en el separador, tendencia en la espuma del petrleo, flujo de gas/lquido, presencia de materias extraas e impurezas y el grado de separacin requerido. Fco vara en proporcin directa al ratio L/P. De las variables indicadas anteriormente sobre la cual Fco es dependiente, el ratio L/P del recipiente separador es el ms dominante. El uso de paletas o cilindros enderezadores, derivados, elementos espirales de desgasificacin en el ingreso pueden incrementar el valor de Fco y la capacidad de separacin de un separador.El valor original de Fco usado en ecuacin usado (1) fueron determinados por la asignacin del valores a Fco que dieron una velocidad en el separador, expresados en f t/u y calculada por por la ecuacin 1 que podr proveer el grado de deseado de separacin. As los valores originales del Fco fue para las unidades del sistema ingls. Para cambiar la velocidad calculada por la ecuacin, de consumidores a unidades SI un multiplicador de 30.48 debe ser usada. Esto es la velocidad en f t/u debe multiplicarse por 30.48 para cambiar a cm /seg.La mxima velocidad permitida del gas vz de ec, es la mxima velocidad al cual el gas puede fluir en el separador y todava debe obtener la calidad deseada de separacin gas / lquido. Solamente el rea abierta del separador disponible para el flujo de gas es considerado en el clculo de su capacidad, la capacidad de separacin de un separador de petrleo y gas puede ser fijado.Como:(2)

Donde:qg = Volumen del gas fluyente a travs del separador pos cambios/seg.Ag = Area del corte transversal del separador para el flujo del gas en ft2 Vg = Velocidad del gas ft /u de ecuacin. (1)Los pg. de la Ec1 es calcular de la Ec.3 como sigue:(3)Dnde:P = Presin operativa del separadorMg = Peso molecular del gas Zg = Factor de con posibilidad de gas.R = Constante del gas 10.732 j.T = Temperatura operativa, RSustituyendo en la ecuacin 2 para Vg y simplificando obtenemos: (4)Ecuacin Para Capacidad de Gas, de separadores de procesos y gas.Cuando (4) es corregida por compresibilidad, presin, temperatura y cuando las unidades son cambiadas a ft3/ da, la ecuacin llega a ser: (5)Dnde:Pb = presin base en psia.Tb = temperatura base absoluta (R).

Ecuacin Para Determina la Capacidad de Gas en Separador de Gas y PetrleoLa ecuacin 5, puede ser reescrita para resolver en Ag. Sera la Ec. 6:

La ecuacin 5 puede ser escrita para calcular el volumen de gas en separador de una dimensin dada manejada bajo condiciones de presin dados Ec. 6 pueda ser usada para calcular la medida del separador requerida para manejar un volumen dado de gas bajo cortas condiciones operativas.Cuando las ecuaciones 5 y 6 son usadas para separadores horizontales Ag es el rea para el flujo de gas. El rea ocupada por el lquido debe ser exclusiva, en un separador vertical, Ag es usualmente el rea del corte seccional interno de todo el recipiente.El rango de valores de Fco normalmente usado en las ecuaciones 5 y 6 es como sigue. Para separadores verticales el rango es 0.10 a 0.167 y para horizontales, el rango es 0.35 a 0707. Los valores de Fco pueden ser obtenidos de la fig 12.32 y estn en unidades inglesas multiplicado por 30.48 para unidades SI. Para la relacin L/D de algn separador dado, algn valor de Fco de la Fig 12.32 puede ser utilizado, la experiencia le ayuda en la seleccin en un ptimo valor de Fco. El valor no ideal (conservador) de Fco resultara en velocidades ms bajas, ejemplo: recipientes pequeos donde el petrleo y gas tienden a separarse limpiamente y sin presencia de humedad de ningn tipo, y prevalecen condiciones ideales de operacin, los valores ideales (liberales) de Fco perecen ser usados. Donde las condiciones son menos que ideales, tales como el flujo pesado (Slugging, Presin y Temperatura alta y excesiva vibracin de la plataforma movimiento, los valores no ideales (conservadores) de Fco sern utilizados. Para propsitos estimativos, para condiciones de operacin no conocidas, los valores no ideales de Fco deben ser utilizados. Como la experiencia es grande, es un campo particular de petrleo zona productiva, puede ser posible y practico usar valores ms altos de Fco hasta optimizar el balance entre costos y rendimiento.Los valores de Fco para separadores horizontales son ms altos que para separadores verticales. Un valor tpico para separadores verticales es 1.67, para horizontales 0.5 si el valor ordenado de Fco es usado en la ecuacin 5, todas las partculas ms grandes que 100 m debern ser sacadas por gravedad, separadas antes del extractor de niebla. Si un diseo es apropiado y el tamao del extractor de niebla es usado, todas las partculas ms grandes de 10 m debern ser sacadas por el extractor de niebla. El valor de Fco en las ecuaciones 1 y 4 a travs de 6 vara conforme la razn L/D del recipiente separador vara. Para un dimetro del separador dado, cuando la longitud del separador crece, el valor de Fco, crece con una longitud dada, cuando el dimetro del separador crece el valor Fco decrece. Esta relacin es ms pronunciada en separadores horizontales que verticales. En verticales si el L/D es ms grande que alrededor de 2.0 el valor de Fco cambiara poco, en total sin importar cuanto el L/A es incrementado. Para una indicacin de la relacin entre L/D Y Fco para separadores verticales y horizontales ver Fig. 12.32.Hay un rango de longitud - dimetro (L/D), para separadores de aceite y gas adecuadamente, encontrara cada requerimiento de capacidad del separador. Esta relacin L/D es mnimo alrededor de 1.0 a 2.0 y mximo alrededor de 8.0 a 9.0. No hay un dimetro y longitud justo, que satisfaga los requerimientos de su separador; ms bien hay una serie de dimensiones (proporciones de L/D) que puede ser utilizado para cada aplicacin.En un separador vertical el fluido del pozo que ingresa es localizado alrededor de 1/3 de la longitud del casco, debajo del tope de la cabeza del uso de la junta soldada, y el flujo del gas desde el ingreso a travs del recipiente a la salida del gas en la tapa de su recipiente. El aceite fluye hacia abajo desde el ingreso al fondo del recipiente. As el volumen del gas, el volumen del lquido (debajo del ingreso) pueden determinar el dimetro del separador requerido, para separadores verticales si el volumen de gas determina la medida del recipiente la razn L/D del recipiente ser alrededor de 2.0 a 3.0, si el volumen de lquido determina el tamao del separador, la relacin L/D ser alrededor de 2.0 a 6.0.Para separadores horizontales, la razn L/D del recipiente ser de ms o menos 2.0 a 6.0. El gas y lquido agregados conjuntamente determinarn la medida de un separador horizontal porque los dos fluidos fluyen concurrentemente a travs del recipiente desde la entrada hasta la salida del recipiente.Para separadores verticales similar a la configuracin mostrada en la fig 12.33 L/D 1/3 L/D puede ser usado para determinar el valor de Fco de fig 12.32 del punto de parada de determinada capacidad de separacin del gas en un separador vertical, la nica parte pertinente del separador esa del ingreso del fluido a la salida del gas. Esto puede incluir el extractor de niebla, porque el extractor de niebla deber ser tan efectivo como la separacin por diferencia de densidad, podra ser en el espacio que ocupa, fig 2.32 muestra ambos L/D y 1/3 L/D para separadores verticales.En la Figura en L/D igual a 2.0 y 1/3 L/D de 0.67 longitud adicional del rea no incrementa la capacidad del gas del separador verticales longitud adicional del casco, puede incrementar la capacidad del lquido del separador, cuando la longitud adicional del casco es entre la entrada y salida del aceite. Por configuracin de un separador horizontal similar mostrado en la fig. 12.34, L/D en vez de L/D podra ser utilizado para determinar el valor de Fco. Esto usualmente resultara en un separador ms pequeo para un volumen dado de gas, como se indica en los tres ejemplos siguientes:Ejemplo N 01: Asumiendo un dimetro de 24 in y una altura de 10 ft (S a S) de un separador horizontal, que opera con una profundidad de lquido de 8 in, y con dimensiones A=1.5 ft y B=1.5 ft (Ver Fig. 12.34). Obtener los valores de Fco del grafico 12.32. Ver los dems datos en la tabla 12.6.

Ejemplo N 02: Asumiendo un dimetro de 48 in y una altura de 16 ft (S a S) de un separador horizontal, que opera con una profundidad de lquido de 24 in, y con dimensiones A=2 ft y B=2 ft (Ver Fig. 12.34). Ver los dems datos en la tabla 12.7.

Ejemplo N 03: Asumiendo un dimetro de 96 in y una altura de 30 ft (S a S) de un separador horizontal, que opera con una profundidad de lquido de 32 in, y con dimensiones A=3 ft y B=4 ft (Ver Fig. 12.34). Ver los dems datos en la tabla 12.8.

Ejemplo N 04: Vea la tabla 12.11 para los datos, de la Fig. 12.32, Fco=0.167; Mg = Mair * Sp-grgas = 28.97*0.7 = 20.28.

Dimensin para el Gas: Sustituyendo en la ecuacin 3 tenemos:

Sustituyendo en la ecuacin seis, tenemos:

Ag = 29.76 sq ft for gas flow and D = (29.76/0.7854)0.5 = 6.15 ft ID.Un recipiente de 72 in de ID puede ser utilizado si el caudal de 50.0 MMscf/D incluye un pequeo margen de seguridad. Entonces si el separador debe procesar 50.0 MMscf/D con un margen de seguridad, puede usarse un recipiente de 78 in de OD o ID.Dimensin del Petrleo para el mismo Separador: El volumen requerido en el separador para petrleo, Vo, es:

La altura de Petrleo, ho, en el separador vertical es:

Donde el rea de la seccin transversal del recipiente de 72 in de ID es 28.27 ft cuadrados. Si el separador tiene 78 in de ID, el ho, ser:

Donde la seccin transversal de un recipiente de 78 in ID es 33.18 pies cuadrados. La longitud requerida para este separador ser entre 16 a 18 pies.

Ejemplo N 05: Vea la tabla 12.12 para los datos. Separador horizontal.

De la Fig. 12.32, Fco=0.707; Mg = Mair * Sp-grgas = 28.97*0.8 = 23.18.Dimensiones para el Gas: Sustituyendo en la ecuacin 3 obtenemos:

Sustituyendo en la ecuacin seis, tenemos:

Ag = 7.40 sq ft for gas flow.Dimensiones para el Petrleo: El volumen de Petrleo requerido en el recipiente es:

Seleccionamos una longitud de recipiente de 30 pies. El rea transversal de la seccin de petrleo es:

Entonces, para las dimensiones del recipiente:rea para el Gas: 7.40 sq ft.rea para el Petrleo: 9.74 sq ft.4.94 ftEspacio muerto: 2.00 sq ft. ( 25% del rea para el gas)Area Total: 19.14 sq ft.Ntese que el espacio muerto es considerado como un espacio de reserva entre el petrleo y gas y que es usualmente asumido como el 10% o 30% del espacio de gas, para se capacidad de reserva.El recipiente estar 9.74/19.14 = 51%, entonces estar 51% lleno de lquido. El rea del recipiente tiene un ID, segn:

Utilize un ID de 60, la distancia de costura a costura en el separador depende de la capacidad de reserva.