dimensionamiento de los tratadores termico.desbloqueado expo

7/21/2019 Dimensionamiento de Los Tratadores Termico.desbloqueado EXPO

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DIMENSIONAMIENTO TRATADORES TRMICOS HORIZONTALES Y VERTICALES

Presentado a la Docente: Ing. Carol Melissa Jimnez.

Facultad de Ingeniera de Petrleos

FACILIDADES DE PRODUCCIN - ESCUELA DE PETROLEOS


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DISEO

Tratador trmico: Con frecuencia el calentamiento de emulsiones se hace enrecipientes que tambin trabajan a presin y que se conocen como tratadores; dondela separacin del gas, del aceite y del agua de corrientes emulsionadas, a diferencia del

calentador, ocurre adems del calentamiento, la coalescencia y el asentamiento. Lostratadores trmicos pueden ser verticales u horizontales, aunque son ms comunes losprimeros.

TRATADORES TERMICOS. FACILIDADES DE PRODUCCION.


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TRATADORES TERMICOS

HORIZONTALES Y VERTICALES


La norma que se debe tomar en consideracin es la API Apec 12L Specification forvertical and horizontal emulsion treaters el cual cubre los mnimos requerimientosen cuanto al diseo, material, fabricacin y prueba de los tratadores de emulsionesverticales y horizontales.


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CONCEPTOS BASICOS PARA EL

DISEO


Relaciones de tipo, tamao, presin y temperatura: los tratadores armados acordea las especificaciones API, bien sean verticales y horizontales, estn disponibles endiferentes rangos de tamao y presin.

Otros tamaos y rangos de presin pueden ser acordados entre el fabricante y elcomprador. La mxima temperatura del diseo puede estar limitada por el tipo y losmateriales de los flanges y de las arandelas. Esto puede consultarse en las seccionesaplicables del cdigo ASME, para diseos por debajo de los -20F.


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TRATADORES TERMICOS ELECTROSTATICOS. FACILIDADES DE PRODUCCION.

Dimensiones y presiones tpicas para tratadores verticales.

Dimensiones y presiones tpicas para tratadores horizontales.

DIMENSIONAMIENTO DE

TRATADORES TERMICOS


7/33TRATADORES TERMICOS ELECTROSTATICOS. FACILIDADES DE PRODUCCION.TRATADORES TERMICOS ELECTROSTATICOS. FACILIDADES DE PRODUCCION.TRATADORES TERMICOS. FACILIDADES DE PRODUCCION.

Seleccin de las Cajas de fuego: algunas de las cajas de fuego recomendadas paratratadores de emulsin, horizontales y verticales, de acuerdo a la norma API son:

Tamaos tpicos de las cajas de fuego.

DIMENSIONAMIENTO DE

TRATADORES TERMICOS


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PARTES DE UN TRATADOR TERMICO

VERTICAL SEGN LA NORMA



9/33TRATADORES TERMICOS. FACILIDADES DE PRODUCCION.

Densidad de calor del quemador:el calor liberado a travs del rea seccional del quemador

es regulado por el mezclador y el inyector del horno. Los tratadores bajo la norma API

tienen una densidad de calor mxima de 15000 BTU hr/ft2 para un diseo natural o sencillo

de un quemador.

=

()

DIMENSIONAMIENTO DE

TRATADORES TERMICOS


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COMPONENTES EXTERNOS DE

TRATADOR


Altura de la chimenea: No debe ser menor a la requerida para proveer suficiente corrientepor encima de la cada de presin en el quemador, en la chimenea, en los retornos o encualquiera de los para-llamas. La elevacin del sitio de funcionamiento debe ser

considerado dentro de los clculos del diseo

Quemador: El espesor de la pared del quemador debe ser establecido acorde a losrequerimientos y reglas del cdigo ASME, que no estn solo limitadas a la presin externade la vasija sino tambin referidas al sistema de fuego y no deber ser menor de 3/16para tratadores verticales y no menor de para tratadores horizontales.


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ECUACIONES DE ASENTAMIENTO


La diferencia de gravedad especifica entre las gotitas de agua dispersadas y el aceitepuede causar que el agua llegue hasta el fondo del tratador. Esto permite que el rgimende flujo en el asentamiento de las gotitas de agua pueda ser suficiente para vencer lavelocidad ascendente del aceite a travs del tratador. Haciendo la velocidad deasentamiento igual a la velocidad del aceite; se pueden derivar las siguientes ecuacionesgenerales:

Ecuacin a para tratadores trmicos horizontales

438 ( )

Ecuacin b para tratadores trmicos verticales

81,8



La altura de la seccin de coalescencia en un tratador vertical no est incluida en la

ecuacin de asentamiento.El rea transversal de flujo para la velocidad ascendente delaceite es funcin nicamente del dimetro del tratador. En el tratador horizontal, el reatransversal para el ascenso del aceite es funcin del dimetro y longitud de la seccin decoalescencia.

ECUACIONES DE ASENTAMIENTO


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ECUACIONES DE TIEMPO DE

RETENCION


El aceite puede ser mantenido a cierta temperatura por un periodo especfico

para quebrar la emulsin de agua en aceite. Esta informacin se determinamejor en el laboratorio, sin embargo en ausencia de tales datos podemos utilizar

20 a 30 min como tiempo de retencin.



ECUACIONES DE TIEMPO DE

RETENCION

Dependiendo de las propiedades

especficas de la corriente a ser tratada,

la geometra requerida para dar un

cierto tiempo de retencin puede ser

mayor o menor que la geometrarequerida para satisfacer la ecuacin de

asentamiento. La geometra del

tratador es determinada por el mayor

de los dos criterios. Las ecuaciones para

tiempo de retencin son las siguientes:

Ecuacin c para tratadores trmicos

horizontales

1,05

Ecuacin c para tratadores trmicos

horizontales

0,12Dnde:

Tr: tiempo de retencin (min)Qo: Flujo aceite (BPD)H: altura de la seccin de coalescencia (in)



EFECTOS DE TEMPERATURA

Agregar calor a la corriente agua-aceite que est entrando es el mtodo tradicional para

la separacin de fases. El calor reduce la viscosidad de aceite, permitiendo una velocidad

de asentamiento ms rpida. Las pruebas de laboratorio para un aceite en particular a

varias temperaturas es el mtodo ms fidedigno de determinar como el calor afecta las

propiedades del aceite.



EFECTOS DE TEMPERATURA

En ausencia de datos de laboratorio, existen correlaciones que dan la gravedad del aceite,relacionadas con viscosidad y temperatura. Una ecuacin que relaciona viscosidad,

gravedad y temperatura fue desarrollada por Beggs y Robinson despus de haber

observado 460 sistemas de aceite.

= 10 1

Dnde:

o: viscosidad del aceite (cp)T: temperatura del aceite (F)G: Gravedad especifica del aceite API

X=yTY=10Z

Z=3,0324 0,02023G

Estos datos fueron obtenidos

trabajando con un rango de

gravedad API entre 16 y 58 y

temperaturas entre 70 y 295F.


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REPRESENTACION GRAFICA DE LA

ECUACION ANTERIOR




ECUACIONES DE ENTRADA DE

CALOR

La entrada de calor y por tanto la cantidad de combustible requerido para el tratamiento

depende de la elevacin de la temperatura, la cantidad de agua en el aceite y la tasa de

flujo. Se requiere cerca de dos veces ms energa para calentar el agua que el aceite. Poresta razn es beneficioso separar el agua libre de la emulsin que va a ser tratada con

cualquier separador de agua libre dentro del mismo tratador.


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Suponiendo que el agua libre ha sido separada

de la emulsin y que el remanente es menor

del 10% y que el tratador est aislado para

minimizar las prdidas de calor, el calor

requerido puede ser determinado por la

ecuacin:

= 15 0,5 + 0,1Dnde:

Q: calor que entra, (BTU/hora)

Qo: tasa de flujo de aceite, (bpd)T: incremento de temperatura(F)SGo: gravedad especifica del aceite

ECUACIONES DE ENTRADA DE

CALOR


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TAMAO DE LAS GOTITAS DE AGUA

Antes de iniciar un procedimiento de diseo, es importante determinar el tamao de lasgotitas de agua a usarse en la ecuacin de asentamiento. Es muy raro tener datos decoalescencia para un sistema dado en el laboratorio. Cualitativamente, se puedeesperar que el tamao de las gotitas de agua incremente con el tiempo de retencin en

la seccin de coalescencia y tambin incremente con la entrada de calor, la cual excita elsistema y multiplica el nmero de colisiones entre las gotitas. Tambin podemos esperarque el tamao de las gotitas decrezca con la viscosidad del aceite, la cual inhibe elmovimiento de las partculas y disminuye la fuerza de colisin.


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TAMAO DE LAS GOTITAS DE AGUA

Despus de un perodo inicial, el incrementodel tiempo de retencin tiene un pequeoimpacto sobre la tasa de crecimiento de lapartcula. En consecuencia para tratadoresdiseados prcticamente el tiempo de

retencin no es una variable determinante.Intuitivamente, se espera que la viscosidadtenga mayor efecto sobre la coalescenciaque la temperatura.

Con esto podemos deducir quela ecuacin que ofreceresultados razonables es:

Esta relacin se muestra en lasiguiente figura. Es aconsejableque se use solo en ausencia deotros datos y experiencia

puntuales, ya que estacorrelacin se basa en unalimitada experiencia.


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PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO


Determinar la viscosidad del aceite a la temperatura del tratamiento (utilizandofigura 1)

Determinar el dimetro de las gotas de agua que van a ser sacadas del aceite a latemperatura del tratamiento por medio de la figura 2

Determinar la geometra del tratador necesaria para satisfacer el criterio de

asentamiento de las ecuaciones respectivas para el horizontal (ecuacin a) yvertical (ecuacin b)

Revisar la geometra para asegurar que de suficiente tiempo de retencin comoindican las ecuaciones c (horizontal) y ecuacin d (vertical)

Repetir el procedimiento suponiendo diferentes temperaturas


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Este procedimiento da al ingeniero la facultad de escoger los mejores parmetros dediseo para tratadores trmicos cuando se dispone de pocos o ningn dato delaboratorio. Este procedimiento no nos da las dimensiones totales del tratador, lascuales pueden incluir secciones de separacin de gas y agua libre. Sin embargo este

puede dar un mtodo para las especificaciones de capacidad de los quemadores y eltamao mnimo de la seccin de coalescencia y proveer al ingeniero las herramientasnecesarias para evaluar propuestas especficas del vendedor.


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Calcular el dimetro mnimo tratadorutilizando las ecuaciones

Por diversos dimetros mayores que elmnimo, calcular la altura requerida en la

seccin de coalescencia-sedimentacinutilizando las Ecuaciones.

Calcular la altura requerida para mantenerel aceite por encima de su presin de puntode burbuja si la emulsin se calientadespus de que el gas ha sido separado de

ella. Para la mayora de aplicacionesestndar, a 20 o 27 pies de longitud-junta-ajunta proporcionar amplia altura paratodas las secciones del tratador.

Tratadores Trmicos verticales Tratadores Trmicos horizontales

Calcular varias combinaciones dew y Leff utilizando las ecuaciones.

Para cada combinacin de w yLeff utilizado en el paso 1,

calcular la h necesaria para eltiempo de retencin especificadoutilizando las ecuaciones.

Seleccione una combinacin deW y Leff para el cual el h

calculada es menor que la mitadde la anchura de flujo.


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Este procedimiento anterior permite al ingeniero de planta de produccin para elegir losprincipales parmetros de tamao del tratador trmico cuando se dispone de pocosdatos de laboratorio. Este procedimiento no da las dimensiones globales del tratador,que debe incluir la separacin del gas de entrada y las secciones de los FWKO. Sin

embargo, s proporciona un mtodo para especificar una capacidad de tubos de humos yun tamao mnimo para la seccin de coalescencia (donde el tratamiento de ocurre enrealidad) y proporciona al ingeniero con las herramientas necesarias para evaluar laspropuestas especficas de los proveedores.


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SELECCIN


El sistema tiene una relacin directa con los pozos productores de crudo ya que laoperacin continua del sistema de tratamiento de crudo permite una produccin decrudo dentro de las especificaciones requeridas, que es bajo contenido de BS&W y de

sal. El tratamiento adecuado del crudo hace posible la transferencia hacia la estacin debombeo y por consiguiente elenvi por el oleoducto a los centros de refinacin, deah lagran importancia de que cuando llegue la emulsin a los tratadores la seleccin de esteequipo sea la ms adecuada.


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CONSIDERACIONES PARA LA

SELECCIN

TRATADORES TERMICOS ELECTROSTATICOS. FACILIDADES DE PRODUCCION.

En la seleccin de un tratador ptimo para un crudo especifico, debenconsiderarse una serie de factores para la determinacin del mtodo detratamiento deseable, los factores que se tienen en cuenta son:

Contenido de agua y sedimentos en el crudo (BS&W). Contenido de sal.

Gravedad especfica del crudo (API).Volmenes de fluidos a tratar.

Tendencias a la depositacin de slidos.



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SELECCIN

Cuando el contenido de sal es menor de 50 Lbs/MBls se debe analizar la gravedadAPI ya que a menor gravedad la viscosidad del petrleo es mayor; un petrleo conalta viscosidad es decir, que fluye lentamente, mantendr en suspensin gotasmucho ms grandes que otro de viscosidad baja, por mantener gotas ms grandesy por ser ms lenta la velocidad con que se precipitan, un petrleo de viscosidadalta requiere ms tiempo para que las gotas de agua puedan unirse y se precipiten,

por lo tanto entre ms alta sea la viscosidad ms estable ser la emulsin de ah cuando la gravedad API sea menor de 20o el tratador que se debe seleccionardebe sertermoelectrosttico, de lo contrario seseleccionar un tratador trmico.

Luego, procedemos a analizar si este va a ser horizontal o vertical, para llevar acabo esta seleccin partimos del volumen de lquido a tratar. Si este volumen esmayor de 2500 BPD el tratador siempre debe ser horizontal, ya que disear untratador vertical para altos volmenes de fluido genera unsobredimensionamiento en su altura y como consecuencia no sera viable sufabricacin e instalacin.


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SELECCIN

Si el volumen de fluido es menor de 2500 BPD se analiza la tendencia a ladepositacin de slidos teniendo en cuenta que las partculas solidas tales comoarena, escama, productos de corrosin se depositarn en la parte inferior de estosequipos, provocando taponamiento en las corrientes de alimentacin einterferencia en los controles de nivel,as mismo incrementndose el crecimientobacteriano y la velocidad de corrosin, disminuyendo la eficiencia del tratador.

Por estas razones cuando la tendencia a la depositacin de slidos sea mayor del2% se debe seleccionar un tratador vertical ya que la velocidad de asentamientogravitacional ser mayor y la instalacin de un sistema de lavado de slidos ser ms eficiente.


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VENTAJAS

Reduce la viscosidad de la fase continua: un incremento en la temperatura de 10F baja la viscosidad de la emulsin en un factor de 2.

Incrementa el movimiento browniano y la colisin de las gotas de agua para sucoalescencia.

Incrementa la diferencia de densidad entre la salmuera y el crudo. 134 Promueve una mejor distribucin del desemulsificante.

Disuelve las parafinas cristalizadas que le dan estabilidad a las emulsiones.

Debilita la pelcula de emulsionante que rodea a las gotas de agua


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DESVENTAJAS

Provoca la migracin de los compuestos ms voltiles del crudo hacia la fase gas,esta prdida de livianos ocasiona una disminucin de volumen del crudo calentadoy una disminucin en su gravedad API.

Incrementa los costos de combustible. Incrementa los riesgos en las instalaciones.

Requieren mayor instrumentacin y control.


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MUCHAS GRACIAS.

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