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PDVSA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA TAMBORES SEPARADORES

PDVSA N°

MDP–03–S–01

0

JUN.95

REV.

FECHA

APROB.

E PDVSA, 1983

TITULO

PRINCIPIOS BASICOS

29 DESCRIPCION FECHA

PAG. REV. APROB.

APROB. APROB. FECHA

ESPECIALISTAS

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Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

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

2

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

2

4 CONSIDERACIONES BASICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

Separadores físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Principios de la separación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proceso de separación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones iniciales en el diseño de un separador vapor–líquido . Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clasificación y descripción de los separadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Descripción de los internos de un separador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Problemas operacionales típicos a tomar en cuenta en el diseño . . . . . .

3 3 5 6 6 8 11 15

5 GUÍA GENERAL PARA EL DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

5.1 5.2 5.3

Separadores de producción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guía a Seguir para todo tipo de tambores separadores . . . . . . . . . . . . . .

16 16 17

6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

1 Separadores gas–liquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Separador vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Separador horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Separador centrifugo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Separador filtro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Tipos de deflectores y distribuidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Tipos de eliminadores de niebla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Otros internos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 23 24 25 26 27 28 29

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OBJETIVO El objetivo de esta sección es proporcionar los fundamentos teóricos que permitan una óptima comprensión de la terminología relacionada con el área de las separaciones físicas de fluídos, haciendo énfasis en la separación vapor–líquido. El tema “Tambores Separadores”, dentro del área de “Separación Física”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los siguientes documentos: PDVSA–MDP– Descripción de Documento 03–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: Separadores Líquido–Líquido 03–S–05 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Líquido–Vapor Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Tambores Separadores”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualización de la Práctica de Diseño “TAMBORES”, presentada en la versión de Junio de 1986 del MDP (Sección 5).

2

ALCANCE Este documento presenta los conceptos requeridos en el diseño de tambores separadores de mezclas de vapor–líquido, líquido–líquido y líquido–líquido–vapor; tales como: principios básicos de la separación de mezclas, descripción de los diferentes tipos de separadores e internos que lo conforman, y los fundamentos teóricos que rigen el diseño de los mismos.

3

REFERENCIAS 1. 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 separación Gas–Petróleo. INT–EPPR–00019,94 Septiembre 1994. Los Teques. 3. Gas Processor Suppliers Association (GPSA) Engineering Data Book, Vol 1, Section 7 “Separators and Filter”. Tenth Edition, 1987. 4. International Human Resources Development Corporation, “Two–phase Separators”. 1984.

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CONSIDERACIONES BASICAS 4.1

Separadores físicos Prácticamente cada proceso en la IPPCN requiere de algún tipo de separación de fases. El término separador es aplicado a una gran variedad de equipos usados para separar mezclas de dos o más fases. Estas mezclas pueden estar formadas por: una fase vapor y una líquida; una fase vapor y una sólida; dos fases líquidas inmiscibles (aceite/agua); una fase vapor y dos líquidas o alguna otra combinación de las anteriores. El diseño apropiado de los separadores es de suma importancia, debido a que estos tipos de recipientes son normalmente los equipos iniciales en muchos procesos. Un diseño inadecuado puede crear un cuello de botella que reduzca la capacidad de producción de la instalación completa.

4.2

Principios de la separación En el diseño de separadores es necesario tomar en cuenta los diferentes estados en que pueden encontrarse los fluídos y el efecto que sobre éstos puedan tener las diferentes fuerzas o principios físicos. Los principios fundamentalmente considerados para realizar la separación física de vapor, líquidos o sólidos son: el momentum ó cantidad de movimiento, la fuerza de gravedad y la coalescencia. Toda separación puede emplear uno o más de estos principios, pero siempre las fases de los fluídos deben ser inmiscibles y de diferentes densidades para que ocurra la separación.

4.2.1

Momentum (Cantidad de Movimiento) Fluídos con diferentes densidades tienen diferentes momentum. Si una corriente de dos fases se cambia bruscamente de dirección, el fuerte momentum o la gran velocidad adquirida por las fases, no permiten que la partículas de la fase pesada se muevan tan rápidamente como las de la fase liviana, este fenómeno provoca la separación.

4.2.2

Fuerza de gravedad Las gotas de líquido se separan de la fase gaseosa, cuando la fuerza gravitacional que actúa sobre las gotas de líquido es mayor que la fuerza de arrastre del fluído de gas sobre la gota. Estas fuerzas definen la velocidad terminal, la cual matemáticamente se presenta usando la ecuación siguiente: [Ec. (1)]

V t=

Ǹ

4g d p ǒρ l–ρ gǓ 3ρ gCȀ

Ec. (1)

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ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ donde:

Vt g dp ρg ρl C’

= = = = = =

Velocidad terminal de la gota de líquido Aceleración de la gravedad Diámetro de la gota Densidad del gas Densidad del líquido Coeficiente de arrastre que depende del Número de Reynolds

En unidades En unidades SI inglesas m/s pie/s 2 9.807 m/s 32.174 pie/s2 m pie 3 kg/m lb/pie 3 kg/m3 lb/pie 3 adimensional

Para el caso de decantación de una fase pesada líquida discontinua en una fase liviana líquida continua, aplica la ley de Stokes [Ec. (2)]: V t=

F 1 g d p 2 ǒρ P _ ρ LǓ 18 m

Ec. (2)

ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ donde:

Vt dp F1

= = =

g ρP ρL m

= = = =

Velocidad terminal de decantación Diámetro de la gota. Factor cuyo valor depende de las unidades usadas Aceleración de la gravedad. Densidad de la fase pesada. Densidad de la fase liviana. Viscosidad de la fase continua.

En unidades SI m/s m 1000

En unidades inglesas pie/s pie 1

9.807 m/s2 kg/m3 kg/m3 mPa.s

32.174 pie/s2 lb/pie 3 lb/pie 3 lb/pie/s

Esta relación aplica para números de Reynolds de gota menores de 2, y puede demostrarse que la mayoría de los casos de decantación caen en el rango de la ley de Stokes. Básicamente, la ley de Stokes puede usarse para la “flotación” de una fase liviana líquida discontinua en una fase pesada líquida continua, teniendo en cuenta que la viscosidad 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 se unen, por medio del fenómeno de coalescencia, para formar gotas mayores, las cuales se acercan lo suficientemente como para superar las tensiones superficiales individuales y poder de esta forma separarse por gravedad.

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4.3

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Proceso de separación En el caso de mezclas vapor–líquido, la mezcla de fases entra al separador y, si existe, choca contra un aditamento interno ubicado en la entrada, lo cual hace que cambie el momentum de la mezcla, provocando así una separación gruesa de las fases. Seguidamente, en la sección de decantación (espacio libre) del separador, actúa la fuerza de gravedad sobre el fluído permitiendo que el líquido abandone la fase vapor y caiga hacia el fondo del separador (sección de acumulación de líquido). Esta sección provee del tiempo de retención suficiente para que los equipos aguas abajo pueden operar satisfactoriamente y, si se ha tomado la previsión correspondiente, liberar el líquido de las burbujas de gas atrapadas. En el caso de separaciones que incluyan dos fases líquidas, se necesita tener un tiempo de residencia adicional, dentro del tambor, lo suficientemente alto para la decantación 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 separador genera la separación gruesa de las fases. Esta zona incluye las boquillas de entrada y los aditamentos de entrada, tales como deflectores ó distribuidores. Separación secundaria Durante la separación secundaria se observan zonas de fase continua con gotas dispersas (fase discontinua), sobre la cual actúa la fuerza de gravedad. Esta fuerza se encarga de decantar hasta cierto tamaño de gotas de la fase pesada discontinua en la fase liviana continua. También produce la flotación de hasta un cierto tamaño de gotas de la fase líquida liviana (fase discontinua), en la fase pesada continua. En esta parte del recipiente la fase liviana se mueve a una velocidad relativamente baja y con muy poca turbulencia. Separación por coalescencia En ciertas situaciones, no es aceptable que gotas muy finas de la fase pesada discontinua sean arrastradas en la fase liviana: por ello es necesario que, por coalescencia, tales gotas finas alcancen un tamaño lo suficientemente grande para separarse por gravedad: para lograrlo se hace necesario tener elementos como los eliminadores de niebla ó Mallas para el caso de separadores líquido–vapor, o las esponjas o platos coalescedores, en el caso de la separación líquido–líquido (No está 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 emergencia para una operación confiable y segura de los equipos aguas abajo.

4.4

Consideraciones iniciales vapor–líquido

en

el

diseño

de

un

separador

Para el diseño adecuado de un separador vapor–líquido, es necesario tomar en cuenta los puntos siguientes:

4.5 4.5.1

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 dentro de los límites adecuados que permitan su separación a través de las fuerzas gravitacionales que actúan sobre esos fluídos y que establezcan el equilibrio entre las fases líquido–vapor.

c.

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

d.

La acumulación de espuma y partículas contaminantes deben ser controladas.

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 lo posible, estar provistos de facilidades adecuadas para su remoción.

g.

El equipo será provisto de la instrumentación adecuada para su funcionamiento adecuado y seguro en el marco de la unidad/planta a la que pertenece

Definiciones 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 fase pesada discontinua. HC líq–Agua: El hidrocarburo líquido (HC líq) es la fase liviana continua y el agua es la fase pesada discontinua (Decantación de Agua en aceite) Agua–HC líq.: El agua es la fase pesada continua y el hidrocarburo ó aceite es la fase liviana discontinua (Flotación de Aceite en agua).

4.5.2

Velocidad crítica La velocidad crítica es una velocidad de vapor calculada empíricamente que se utiliza para asegurar que la velocidad superficial de vapor, a través del tambor

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separador, sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre excesivo de líquido. Tal velocidad no está relacionada con la velocidad sónica. La velocidad crítica viene definida por la Ec. (3). Vc + F 2

Ǹρ ρ–ρ l

g

Ec. (3)

g

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ donde:

4.5.3

Vc ρl

= =

ρg

=

F2

=

Velocidad crítica Densidad del líquido a condiciones de operación Densidad del vapor a condiciones de operación Factor cuyo valor depende de las unidades usadas

En unidades SI

En unidades inglesas

m/s kg/m3

pie/s lb/pie 3

kg/m3

lb/pie 3

0.048

0.157

Flujo normal de vapor

El flujo normal de vapor (o gas), es la cantidad máxima de vapor alimentada a un tambor separador a condiciones típicas de operación (es decir, en ausencia de perturbaciones tales como las que aparecen a consecuencia de inestabilidades del proceso o a pérdidas de la capacidad de condensación aguas arriba del mismo). Los tambores separadores son altamente efectivos para flujos de vapor del orden de 150% del flujo normal y, por lo tanto, no es necesario considerar un sobrediseño en 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) F

Ec. (4)

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ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ donde:

E F C

= = =

4.5.5

Eficiencia de separación, % Flujo del líquido alimentado al tambor líquido arrastrado hacia la cabecera del tambor

En unidades SI

En unidades inglesas

kg/s kg/s

lb/h lb/h

Internos

Para ayudar al proceso de separación y/ó impedir problemas de operación aguas abajo del equipo separador, dentro del tambor se incluyen ciertos aparatos, los cuales serán conocidos genéricamente como “Internos”. Entre los internos más usados se tienen: – Deflectores / Distribuidores / Ciclones de entrada: Estos aditamentos internos adosados a la(s) boquilla(s) de entrada, se emplean para producir un cambio de cantidad de movimiento o de dirección de flujo de la corriente de entrada, y así producir la primera separación mecánica de las fases, además de generar (en el caso de los distribuidores), un patrón de flujo dentro del recipiente que facilite la separación final de las fases, reduciendo posiblemente el tamaño de la boquilla de entrada y, en cierta medida, las dimensiones del equipo mismo. – Eliminadores de Niebla: Los eliminadores de niebla son aditamentos para eliminar pequeñas gotas de líquido que no pueden ser separadas por la simple acción de la gravedad en separadores vapor–líquido. Entre los diferentes 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 corriente líquida 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 la separación: – 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 de separadores y, en el caso de los separadores más usados (verticales y horizontales), 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 la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase liviana excede levemente la velocidad de decantación de la fase pesada, no se producirá la separación de fases, a menos que esta fase pesada coalesca en una gota más grande. Entre las ventajas y desventajas del separador vertical están: Ventajas – Normalmente empleados cuando la relación gas o vapor–líquido es alta y/o cuando 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 e interruptores. – Ocupa poco espacio horizontal – La capacidad de separación de la fase liviana no se afecta por variaciones en el nivel de la fase pesada. – Facilidad en remoción de sólidos acumulados. Desventajas – El manejo de grandes cantidades de líquido, fuertes variaciones en la entrada de líquido, ó separación líquido–líquido, obliga a tener excesivos tamaños de recipientes, cuando se selecciona esta configuración. – Requieren mayor diámetro, que un tambor horizontal, para una capacidad dada de gas. – Requieren de mucho espacio vertical para su instalación – Fundaciones más costosas cuando se comparan con tambores horizontales equivalentes. – Cuando hay formación de espuma, o quiere desgasificarse líquido ya recolectado, 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 separación líquido–vapor muy eficiente, especialmente para tambores asociados a compresores reciprocantes. Estos tambores KO se diseñan para incluir malla separadora de gotas y, algunas veces, se incluye calentamiento por trazas de la salida vapor para evitar condensación en la línea – Tambor KO de la alimentación al Absorbedor de Gas Acido: Se requiere una separación líquido–vapor muy eficiente, para evitar la formación de espuma en el absorbedor. 4.6.2

Separador horizontal (Fig. 3.) En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la dirección horizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana continua pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación de la fase pesada discontinua (hasta un cierto límite). Entre las ventajas y desventajas de este tipo de separadores 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 operación requerido. – Los volúmenes de retención facilitan la desgasificación de líquido y el manejo de espuma, si se forma.

Desventajas – Variaciones de nivel de la fase pesada afectan la separación de la fase liviana. – 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 “Free Water Knock Out” (FWKO)); se requiere de un separación vapor–líquido eficiente, especialmente cuando el gas fluye hacia un compresor. Además

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la separación del aceite o petróleo de la fase acuosa (Separador líquido–líquido–vapor), debe ser razonablemente buena para evitar sobrecargar los equipos aguas abajo de tratamiento de agua. Muy a menudo, se requiere de inyección de químicos desemulsificantes y rompedores de espuma. – Tambores de alivio: .Se requiere de una separación vapor–líquido razonablemente buena, para así evitar arrastre de gotas de material hidrocarburo que arderían en el mechurrio asociado, ya que dichas gotas producirían una excesiva radiación en el mechurrio, además que podrían caer gotas de material ardiendo desde el mechurrio, generando posibles emergencias. 4.6.3

Separador centrífugo (Fig. 4.) Ofrecen un espacio eficiente, pero son muy sensibles a la tasa de flujo y requieren una mayor caída de presión que la configuración estándar de un separador. Este tipo 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 líquido en un medio filtrante seguido por un elemento eliminador de niebla. Este tipo de separadores no será cubierto por el MDP de Tambores. El aglomeramiento más común y eficiente está compuesto de un medio filtrante tubular de fibra de vidrio, el cual es capaz de retener partículas de líquido hasta tamaños de submicrones. El gas fluye dentro de la parte superior del empaque del filtro, pasa a través de los elementos y luego viaja hacia afuera por medio de los tubos. Las partículas pequeñas secas (si las hay, por arrastres de sólidos ó productos de corrosión), son retenidas en los elementos filtrantes y el líquido se aglutina para formar gotas más grandes. La eficiencia de un separador de filtro depende mayormente del diseño apropiado del empaque del filtro y que este produzca una caída de presión mínima, mientras retiene una eficiencia de extracción. Los separadores filtro son utilizados en aplicaciones de alto flujo de gas / bajo flujo de líquido y pueden tener ambas configuraciones horizontal o vertical. Son utilizados comúnmente a la entrada de los compresores en las estaciones compresoras, como un despojador final aguas arriba de la torre contractora de glicol y en aplicaciones de gas de instrumentación / combustible.

4.7

Descripción de los internos de un separador Los internos de un separador prestan una gran variedad de funciones, todas con el objetivo de mejorar la separación de las fases y/o garantizar una operación confiable 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 fases o cambio en la dirección del flujo de las mismas (deflectores, distribuidores de entrada). – Reducción en oleaje o salpicaduras: evita o reduce el “re–arrastre” de gotas de líquido por la corriente de vapor o reduce la turbulencia en separaciones 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). Para separación líquido–líquido, los platos o esponjas coalescedoras (no cubiertos 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 deposición continua de sólidos que no pueden ser fácilmente removibles (tuberías internas: No cubierto por el MDP de tambores). – Reducción del tiempo de decantación: en el caso de separaciones líquido–líquido, se busca reducir el tiempo en que una gota de la fase pesada discontinua alcance la interfase pesada–liviana (placas de decantación). A continuación se presenta una breve descripción de algunos ejemplos de internos: 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 depende principalmente del soporte requerido para resistir la carga de impacto a la cual es sometido. Estas fuerzas de impacto pueden llegar a desprender el elemento y ocasionar serios problemas de arrastre. Para efectos de lo cubierto en el MDP de tambores, el tipo de deflector a usar (cuando no se empleen distribuidores) es el codo de 90°.

4.7.2

Distribuidores de entrada (Fig 6.) Los distribuidores son aditamentos de tubería internamente colocados perpendicularmente 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, que favorece 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 la fuerza centrífuga que actúa sobre las partículas al provocar el movimiento giratorio sobre la corriente de alimentación. Para lograr este efecto se coloca una chimenea ciclónica cerca de la boquilla de alimentación. Esta chimenea produce una alta velocidad 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 filtro trenzado de alambre, normalmente de acero inoxidable empacado en forma de esponja cilíndrica, con un espesor entre 3 y 7 pulgadas y densidad entre 10 y 12 lb/pie3. Este elemento retiene las partículas líquidas hasta que adquieren un tamaño suficientemente grande como para que el peso supere tanto la tensión superficial como la acción de arrastre producida por el gas. Posee una de las más altas 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 describir este tipo de eliminador de niebla. Estos eliminadores tienen la ventaja de que producen una baja caída de presión, y son altamente efectivos si la velocidad del vapor puede mantenerse dentro de un rango apropiado. La desventaja principal respecto a los otros tipos de eliminadores radica en el hecho que el gas es forzado a pasar a través de éstos por los mismos canales 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 especificados apropiadamente, 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 sólidos pegajosos en la corriente de gas ó es un servicio sucio, el sistema es más propenso a obstruirse.

4.7.5

Eliminador de niebla tipo aleta (Fig 7.) Los eliminadores tipo aleta consisten en un laberinto formado por láminas de metal colocadas 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 atrapadas en los bolsillos del eliminador. Una vez allí, coalescen y son conducidas en dirección perpendicular al flujo de gas hasta el fondo del recipiente. Una característica de este elemento es que el líquido recolectado no es drenado en contracorriente al flujo de gas; en consecuencia la eficiencia de separación con respecto 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 propensos a desarmarse. Las desventajas son su susceptibilidad a taponarse cuando manejan crudos parafinosos o asfalténicos, además su alto costo en relación a los otros tipos de eliminadores. Este tipo de eliminadores de niebla no está dentro del alcance de esta 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 cantidad angular de movimiento de la corriente bifásica. Estos elementos tienen forma de ciclón, es decir, un cilindro hueco con aberturas que permiten la entrada de la corriente en forma tangencial. El gas gira en torno al eje del cilindro y abandona la parte superior, mientras que las partículas líquidas por efecto de la diferencia de densidades salen desprendidas de la corriente la fuerza centrífuga aplicada sobre ellas debido a la rotación, golpeando las paredes del elemento y goteando por la parte inferior. Su principal uso se limita a corrientes formadas básicamente por gas o cuando la diferencia de densidad relativa entre las fases es pequeña. Un aspecto importante respecto a estos eliminadores es que la eficiencia de separación depende mucho de la velocidad del gas y por lo tanto del caudal manejado. Cuando este cae por debajo de los valores recomendados por el fabricante, la eficiencia de separación disminuye drasticaménte, por esta razón no son recomendados cuando el flujo de alimentación es variable, como por ejemplo en los separadores de estaciones de flujo. Por otra parte, cuando la velocidad es muy alta se produce abrasión y desgaste excesivo, obligando al cambio frecuente del mismo y generando caídas de presión de hasta 140 pulg de agua. Este tipo de eliminadores de niebla no está dentro del alcance de esta versión del MDP de Tambores.

4.7.7

Rompe – vórtices (Fig. 8.) Cuando un liquido es drenado de un recipiente, se pueden producir condiciones que originen la formación de un remolino. Este efecto en separadores ocasiona el escape de la fase de vapor por la boquilla de desalojo de líquido, lo cual es indeseable sobre todo desde el punto de vista de seguridad. Para solventar este problema es usual dotar a los recipientes de elementos que obstruyan o dificulten la formación 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 líquido colapsen 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 del MDP de Tambores. 4.7.9

Rompe – olas (Fig. 8.) Cuando se tienen separadores horizontales muy largos, se debe evitar la propagación de las ondulaciones y los cambios de nivel en dirección longitudinal que son producidos por la entrada súbita de tapones de líquido dentro del separador. Para eliminar dichas ondulaciones es usual colocar placas en sentido transversal al separador, conocidas como rompe–olas. Dichas placas son de gran utilidad para las labores de control de nivel, evitando medidas erróneas producto del oleaje interno. La especificación de este tipo de placas no está dentro del alcance 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 el separador horizontal como el vertical, con un sistema interno de tuberías que permitan la inyección de agua, vapor o solventes para eliminar las impurezas que se depositan en el equipo durante su operación o para desplazar a los hidrocarburos antes de proceder a la apertura del recipiente, por lo cual estos equipos son muy útiles cuando se efectúan paradas por manteamiento.

4.8

Problemas operacionales típicos a tomar en cuenta en el diseño

4.8.1

Formación de espuma La tendencia a formar espuma de una mezcla vapor–líquido o vapor–líquido–líquido afectará severamente el desempeño del separador. Generalmente, si se sabe que la espuma es un problema antes de instalar el recipiente, pueden incorporarse deflectores de espuma como el método más económico de eliminar el problema. Sin embargo en algunos casos puede ser necesario resolver un problema en particular, usando soluciones más efectivas como agregar longitud extra al recipiente o usar aditivos químicos. Cualquier información que pueda obtenerse sobre la dispersión de espuma por análisis de laboratorio, antes del diseño del separador es de mucha ayuda. Un caso específico de esta situación son los separadores de Producción (gas–petróleo o gas–petróleo–agua).

4.8.2

Flujo de avance Algunas lineas de flujo bifásico muestran la tendencia a un tipo de flujo inestable, de oleaje, que se denomina flujo de avance. Obviamente la presencia del flujo avance requiere incluir placas rompe olas en el separador.

4.8.3

Materiales pegajosos Alimentaciones con materiales pegajosos, como es el caso de crudos parafinosos, pueden presentar problemas operativos, debido al ensuciamiento o incrustación de los elementos internos.

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4.8.4

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Presencia y acumulación de sólidos Cuando se conoce que un servicio tendrá arrastre de sólidos, deberán tomarse las prensiones correspondientes: tuberías de lavado (si aplica), boquillas de limpieza por inyección de líquidos, boquillas de remoción de sólidos, inclinación de recipientes horizontales, etc. Para separadores de producción, considerables cantidades de arena pueden ser producidas con el crudo. En los separadores en servicio 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 están incluidos en el documento PDVSA MDP–03–S–03 “Separadores Líquido–Vapor.

5.2

Consideraciones iniciales De acuerdo a lo mencionado en el aparte 4.6, hay aspectos que favorecerían la utilización de un tipo de separador con respecto a otro, especialmente hablando de separadores verticales y horizontales, los cuales son los de mayor uso en la IPPCN, 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 tipo de separador no aplique, ya que pueden existir otros factores, que normalmente son de menor importancia, pero que en una aplicación específica son privativos en la selección de un tipo de separador. A continuación presentamos algunos ejemplos: – Normalmente, un tambor de alivio que maneje un volumen importante de descargas líquidas, será un tambor horizontal con flujo dividido, lo cual reduce el diámetro del recipiente pero alarga su longitud. Sin embargo, si está ubicado en una plataforma de producción costa afuera, donde el espacio es extremadamente costoso, la selección podría ser un tambor horizontal 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, la selección obvia para un tambor separador de gotas o Tambor KO, es un tambor vertical, pero si el tambor está ubicado en el piso intermedio de una estructura de tres pisos, la cual no se le pueden abrir perforaciones por tener ubicados equipos encima del tambor KO en cuestión, se impone tener un tambor horizontal.

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5.3

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Guía a seguir para todo tipo de tambores separadores La siguiente metodología es con la finalidad de ser utilizada como una guía general para el diseño de separadores. Paso 1.–

Obtención de la información de proceso (propiedades de las corrientes) y de la función que se espera realizar. De acuerdo a los procedimientos que se presentarán en los documentos siguientes, se requiere obtener la siguiente información:

ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Información

Vapor/gas

Líquido(s)

Densidad Viscosidad Tensión Superficial Flujo (másico ó volumétrico)

X X

X X X X

X

Presión de Operación Temperatura de Operación Material pegajoso? Arrastre de Sólidos? Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s)?

Paso 2.–

General

X X X X X X

Definición del tipo de separador y de servicio. Los siguientes documentos, los cuales forman parte del MDP de tambores deberán ser consultados, para efectos de identificación del servicio específico a realizar:

PDVSA–MDP– Descripción de Documento 03–S–03 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Vapor 03–S–04 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Líquido 03–S–05 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Líquido–Vapor Estos documentos, que presentan procedimientos detallados de diseño, también incluyen descripción del tipo de separador a emplear para aplicaciones específicas de Refinación de Petróleo En el caso que no se halle un servicio específico que identifique el caso bajo estudio, usar la tabla siguiente para una identificación genérica del tipo se separador a usar

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Situación

Alta relación vapor/líquido Alto “turndown” de flujo de gas Baja relación vapor/líquido Alto “turndown” de flujo de líquido Presencia de sólidos / materiales pegajosos Separación líquido–líquido solamente

Recomendación de Tipo de Separador Vertical sin Vertical con Horizontal sin Malla Malla Malla

Muy recomendable Muy recomendable Moderado

Muy recomendable Muy recomendable Moderado

Moderado

Moderado

Recomendable

Moderado: Considerar internos especiales

No recomendable No recomendable

Separación líquido – líquido–vapor

Moderado

Moderado

Horizontal con Malla

Moderado

Moderado

Moderado

Moderado

Muy recomendable Muy recomendable Moderado: Considerar internos especiales / Inclinación

Muy recomendable Muy recomendable Moderado: Considerar internos especiales / Inclinación

Recomendable

No aplica

Muy recomendable

Muy recomendable

Limitaciones en Recomendable Recomendable No recomendable No recomendable área de Planta Limitaciones en No recomendable No recomendable Recomendable Recomendable espacio vertical ó altura

Paso 3.–

Localización de los criterios de diseño típicos para el servicio en cuestión, criterios y consideraciones adicionales y la configuración del tambor: Tales criterios estarán en los documentos PDVSA–MDP antes mencionados, de acuerdo a la selección hecha 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 se trate de separadores vapor líquido. Para separación vapor–líquido–líquido, añadir nivel bajo y nivel alto de interfase.

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Paso 5.– Paso 6.– Paso 7.–

Paso 8.–

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– Diseño/especificación de Internos que afecten el diseño de Proceso del recipiente – Volumen del tambor Definición y dimensionamiento de las boquillas de entrada y de salida Especificación de los internos faltantes del separador (parte de esta información se localizaría en el MID) 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 los internos (cuando aplique) Búsqueda de información adicional, en el Manual de Ingeniería de Diseño y otros documentos técnicos, para completar la Especificación de Proceso del Tambor Separador bajo estudio.

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NOMENCLATURA

ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ Á ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ C

=

C’

=

Dp E F F1

= = = =

F2

=

g Vc Vt

= =

m ρg ρl ρP ρL

= = = = =

=

líquido arrastrado hacia la cabecera del tambor Coeficiente de arrastre que depende de el Número de Reynolds Diámetro de la gota Eficiencia de separación, % Flujo del líquido alimentado al tambor Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. (2)) Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. (3)) Aceleración debido a la gravedad Velocidad crítica

Velocidad terminal de la gota de líquido. Velocidad terminal de decantación Viscosidad de la fase continua. Densidad del gas Densidad del líquido Densidad de la fase pesada. Densidad de la fase liviana

En unidades SI kg/s

En unidades inglesas lb/h

adimensional

m

pie

kg/s 1000

lb/h 1

0.048

0.157

9.807 m/s2 m/s

32.174 pie/s2 pie/s

m/s

pie/s

mPa.s kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3

lb/pie.s lb/pie 3 lb/pie 3 lb/pie 3 lb/pie 3

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APENDICE Figura 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

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Fig 1. SEPARADORES GAS–LIQUIDO SALIDA DE GAS

SEPARADOR HORIZONTAL SEPARACION PRIMARIA

SEPARACION POR COALESCENCIA

SEPARACION SECUNDARIA

RECOLECCION DE LAS FASES LIQUIDAS

SALIDA DE VAPOR SALIDA DE LIQUIDO

SEPARACION POR COALESCENCIA SEPARACION SECUNDARIA

ALIMENTACION

SEPARACION PRIMARIA RECOLECCION DE LAS FASES LIQUIDAS

SEPARADOR VERTICAL

SALIDA DE LIQUIDO

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Fig 2. SEPARADOR VERTICAL

SALIDA DE VAPOR

MALLA SEPARADORA DE GOTAS

ALIMENTACION

NAAL DEFLECTOR NAL

NBL NBBL

SALIDA DE LIQUIDO NAAL : NIVEL ALTO–ALTO DE LIQUIDO NAL : NIVEL ALTO DE LIQUIDO NBL : NIVEL BAJO DE LIQUIDO NBBL : NIVEL BAJO–BAJO DE LIQUIDO

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Fig 3. SEPARADOR HORIZONTAL

ALIMENTACION

DISTRIBUIDOR EN T”

NAAL NAL

NBL NBBL

SALIDA DE LIQUIDO

NAAL : NIVEL ALTO–ALTO DE LIQUIDO NAL : NIVEL ALTO DE LIQUIDO NBL : NIVEL BAJO DE LIQUIDO NBBL : NIVEL BAJO–BAJO DE LIQUIDO

SALIDA DE GAS

MALLA SEPARADORA DE GOTAS

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Fig 4. SEPARADOR CENTRIFUGO ALIMENTACION

A

SALIDA DE GAS

SALIDA DE LIQUIDO

CORTE A–A

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A

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Fig 5. SEPARADOR FILTRO

CAMARA DE SEPARACION DE ENTRADA

ENTRADA DE GAS

ELIMINADOR DE NIEBLA FINAL

TUBOS FILTROS

SALIDA DE GAS

TAPA DE ABERTURA RAPIDA

RESERVORIO DE LIQUIDO

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Fig 6. TIPOS DE DEFLECTORES Y DISTRIBUIDORES DEFLECTOR COMPUESTO POR MEDIA SECCION DE TUBERIA

BOQUILLA DE ENTRADA

BOQUILLA DE ENTRADA

PARED DEL RECIPIENTE

DEFLECTOR DE ENTRADA (PDVSA–MID–10603.2.303)

BOQUILLA DE ENTRADA

BOQUILLA DE ENTRADA

DEFLECTOR

PARED DEL RECIPIENTE PARED DEL RECIPIENTE

CODO DE 90°

PLANCHA DEFLECTORA

1700mm (67 pulg.) D.E.=610mm(24 pulg.) 545mm (21.5 pulg.)

545mm (21.5 pulg.)

D.E.=610mm (24 pulg.) 25mm

25mm (1 pulg.)

25mm (1 pulg.)

(1 pulg.)

15mm (.6 pulg.)

EJEMPLO DE DISTRIBUIDOR EN “T”

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Fig 7. TIPOS DE ELIMINADORES DE NIEBLA

TIPO MALLA DE ALAMBRE

BOLSILLOS

DIRECCION DE LAS PARTICULAS LIQUIDAS RETENIDAS

GAS

TIPO ALETA SALIDA DE GAS

SALIDA DE LIQUIDO

ENTRADA DE FLUJO

TIPO CICLON

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Fig 8. OTROS INTERNOS BOQUILLA (DESCARGA UNICA) O CIRCULO ENVOLVENTE (DESCARGA MULTIPLE)

PARED DEL RECIPIENTE

CIRCUNFERENCIA DEL RECIPIENTE

5 D (250 mm.)

D DIAMETRO DE BOQUILLA DE SALIDA DE LIQUIDO

(PDVSA–MID–10603.2.308) TIPO PLACA

REJILLA SOLDADA DE 3 CAPAS, FORMADA POR BARRAS PLANAS DE 25 x 6, SEPARADAS 25 mm ENTRE EJES E INTERCONECTADAS POR BARRAS TRANSVERSALES A CADA 5O mm. (PDVSA–MID–10603.2.309) TIPO REJILLA

ROMPE–VORTICES

PLACAS ROMPE–ESPUMA

PLACAS ROMPE–OLAS

TUBERIAS INTERNAS

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MDP–03–S–03

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REV.

FECHA

APROB.


PDVSA, 1983

TITULO

SEPARADORES LIQUIDO–VAPOR

71 DESCRIPCION FECHA

PAG. REV. APROB.

APROB. APROB. FECHA

ESPECIALISTAS

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Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2

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

2

4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9

Servicio a prestar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Area de flujo de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Niveles/tiempos de residencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arrastre en la superficie del líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Boquillas de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones para el diseño y uso de mallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otros internos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones de diseño para algunos servicios típicos . . . . . . . . . . . . Información complementaria en otros documentos técnicos de PDVSA

3 4 5 8 13 15 18 21 26

5 METODOLOGIA DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

5.1 5.2

Procedimiento de diseño para tambores separadores horizontales . . . . Procedimiento de diseño para tambores separadores verticales . . . . . . .

26 33

6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

Tabla 1. Criterios de diseño tipicos para algunos servicios especificos . . . . . . . Tabla 2. Datos de recipientes cilindricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 3. Tipos de internos de entrada recomendados para algunos servicios específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 4. Dimensiones de codos estandar de 90° para soldar en funcion del tamaño nominal de la tubería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 5. Longitudes de cuerdas y areas de las secciones circulares vs. alturas de la cuerda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1. Capacidades de tambores cilíndricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 2. Dimensiones tipicas de tambores verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 3. Dimensiones tipicas de tambores horizontales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4. Dimensiones de tambores horizontales con Malla vertical y horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5. Tambor separador de la alimentacion del Depurador de MEA . . . . . . . . Figura 6. Disipacion de la velocidad en chorros incidentes . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7. Tambores separadores verticales con entrada tangencial horizontal Figura 8. Recolector de gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 9. Distribuidores de entrada en “T” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 10. Tipos y características de los rompe–vórtices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 11. Identificación de los niveles en un tambor separador bifásico . . . . .

44 48 50 51 52 53 54 56 58 60 62 63 65 66 68 70

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OBJETIVO Entregar suficiente información para el Diseño de Procesos completo de Tambores Separadores Líquido–Vapor cilíndricos, ya sean verticales u horizontales. El tema “Tambores separadores”, dentro del área de “Separación Física”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los siguientes documentos: PDVSA–MDP– Descripción de Documento 03–S–01 Tambores Separadores: Principios Básicos 03–S–03 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Vapor (Este documento) 03–S–04 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Líquido 03–S–05 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Líquido–Vapor Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Tambores Separadores”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualización de la Práctica de Diseño “TAMBORES”, presentada en la versión de Junio de 1986 del MDP (Sección 5).

2

ALCANCE Se cubrirá el cálculo de proceso de tambores separadores vapor líquido horizontales y verticales, principalmente para operaciones de Refinación y manejo de Gas en la IPPCN, incluyendo el diseño/especificación de boquillas de proceso e internos necesarios para una operación confiable del equipo con respecto a la instalación donde está presente. Además, para ciertos servicios específicos, se presentarán lineamientos precisos para fijar el tiempo de residencia y/o volumen de operación por requerimientos de proceso, y tiempos de retención recesarios para el funcionamiento de alarmas y/o interruptores de nivel para proteger equipos y/o instalaciones aguas abajo del separador.

3

REFERENCIAS Manual de Diseño de Proceso MDP Versión 1986, Sección 3 MDP Versión 1986, Sección 14 MDP Versión 1986, Sección 12 MDP Versión 1986, Sección 11

Torres de Fraccionamiento Flujo de Fluidos Instrumentación Compresores

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MDP Versión 1986, Sección 6 MDP Versión 1986, Sección 5 MDP Versión 1986, Sección 15D

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Craqueo Catalítico en Lecho Fluidizado Tambores Separadores: Principios Básicos Sistemas de Manejo de Desechos

Manual de Ingeniería de Diseño PDVSA–MID–10603.2.302 PDVSA–MID–10603.2.306 PDVSA–MID–10603.2.308 PDVSA–MID–10603.2.309

Deflector de Entrada y Salida de Vapor Separador de Malla Metálica y Soporte Plancha típica rompe–vórtice Rompe vórtice–tipo rejilla

Otras Referencias 1. PDVSA, MANUAL DE DISEÑO DE PROCESOS, PRACTICAS DE DISEÑO, Vol 2, Sección 5: “TAMBORES”, Junio 1986. 2. García, S. y Madriz, J., “Evaluación de técnicas de separación Gas–petróleo, INT–EPPR–00019,94, Sep. 1994. 3. Svrcek. W.Y, Monmery, W.D., “Design two phase separators within the right limits”, Chemical Engineering Progress, Octubre 1993, pp 53 – 60

4

CONSIDERACIONES DE DISEÑO 4.1

Servicio a prestar La necesidad de un tambor separador aparece para cumplir una etapa dentro de un proceso de refinación de petróleo, o de producción, etc. Para facilitar el uso de este procedimiento, se han identificado ciertos servicios normalmente requeridos en plantas de refinerías, que representan la mayoría de operaciones de separación vapor–líquido en la IPPCN. Tales servicios son: – – – – – – – – –

Tambores de abastecimiento de líquido y tambores de destilado. Tambores separadores para la succión 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 recolección central de gases combustibles. Tambores de vapor para servicios de calderas. Tambores de separación de agua. Tambores de descarga. Tambores separadores de alimentación para depuradores de MEA.

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– Separadores de alta presión. – Tambores alimentados solamente de descargas de válvulas 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 diseño a aplicar en la Tabla 1 (Criterios de Diseño típicos para algunos servicios específicos), tales como: orientación del tambor, tiempo de residencia de operación, velocidad de diseño de la zona del vapor/gas, etc. Sin embargo, puede que el caso bajo estudio no esté dentro de los servicios específicos: a lo largo de este documento, se presentarán criterios, recomendaciones, figuras ilustrativas, etc., que permitirán el desarrollo de los criterios de diseño para el caso particular bajo escrutinio.

4.2

Area de flujo de vapor De acuerdo a lo presentado en el aparte 4.5.2, del documento PDVSA–MDP–03–S–01 (Tambores Separadores: Principios Básicos), la velocidad crítica es una velocidad de vapor calculada empíricamente que se utiliza para asegurar que la velocidad superficial de vapor, a través del tambor separador, sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre excesivo de líquido. Tal velocidad no está relacionada con la velocidad sónica. La velocidad crítica viene definida por la Ec. (11). V c + F 21

Ǹò ρ– ò l

g

Ec. (11)

g

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ donde:

En unidades En unidades SI inglesas

Vc ρL

= =

ρG

=

F21

=

Velocidad crítica Densidad del líquido a condiciones de operación Densidad del vapor a condiciones de operación Factor cuyo valor depende de las unidades usadas

m/s kg/m3

pie/s lb/pie 3

kg/m3

lb/pie 3

0.048

0.157

La velocidad de vapor permisible en el recipiente (VV), será un porcentaje de la velocidad crítica de acuerdo a lo indicado en la Tabla 1 en combinación con lo dicho en el aparte 4.6, para los servicios allí cubiertos. Si el caso bajo estudio no está cubierto en dicha tabla, consultar directamente el aparte 4.6. El área de flujo de vapor será calculada por la expresión (12): A V + Q VńǒVVǓ

Ec. (12)

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ donde:

4.3

AV

=

QV VV

= =

En unidades SI

En unidades inglesas

m2

pie2

m3/s m/s

pie3/s pie/s

Area de sección transversal para el flujo de vapor, Flujo de descarga de vapor Velocidad de vapor permisible en el recipiente

Niveles/tiempos de residencia

A continuación se presentarán definiciones y comentarios sobre niveles de líquido, tiempos de residencia y temas relacionados, con el objetivo de justificar criterios de diseño que posteriormente serán presentados. 4.3.1

Identificación de los niveles en un recipiente De acuerdo a lo normalmente empleado en la IPPCN para hablar de niveles en un recipiente líquido–vapor, tenemos la siguiente tabla (Ver Fig. 11.)

ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Siglas típicas en español NAAL NAL NNL NBL NBBL

Descripción típica

Nivel alto–alto de líquido Nivel alto de líquido Nivel normal de líquido Nivel bajo de líquido Nivel bajo–bajo de líquido

Siglas típicas en inglés HHLL HLL NLL LLL LLLL

Para efectos de consistencia en la discusión en el MDP de tambores, se usarán las siglas típicas en español para identificar los diferentes niveles.

4.3.2

Volumen de operación Es el volumen de líquido existente entre NAL y NBL. Este volumen, también conocido como volumen retenido de líquido, y en inglés como “surge volume” o “liquid holdup”, se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen de líquido para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación.

4.3.3

Tiempo de residencia de operación Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido puede llenar el volumen de operación en el recipiente bajo estudio. La mayoría de las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operación, lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAL y NBL. También es conocido en inglés como “surge time”.

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4.3.4

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Tiempo de respuesta o de intervención del operador Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores), en responder cuando suena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbación operativa que originó la alarma, antes que otros sistemas automatizados (interruptores o “switches” de nivel), originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba, sería muy engorroso que la bomba se quedara “seca”, es decir, que no tuviera líquido que bombear, ya que eso podría dañar al equipo; y si, a su vez, la bomba alimenta a un horno, se podría generar una emergencia mayor en la planta por rotura de un tubo del horno, ya que éste, a su vez, ha quedado “seco”. Por esa razón, el tambor alimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAL y NBL, y con interruptores y/o alarmas de NAAL y NBBL: al sonar la alarma de NBL, los operadores investigarían y resolverían, en menos del llamado “tiempo de respuesta del operador”, el problema que originó la reducción de nivel; en el caso que no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado, el interruptor de NBBL activaría una parada segura de la bomba y, seguramente, una parada segura del horno y de toda la planta. Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la IPPCN, es díficil establecer un criterio uniforme acerca de cuál es el “tiempo promedio de respuesta del operador”; sin embargo, se usará, como criterio general, que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retención de líquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL), será de cinco minutos.

4.3.5

Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al líquido que debe satisfacer el llamado “tiempo de respuesta o de intervención del operador”: de acuerdo a lo expresado en 4.3.4, cuando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAL o NBBL, se tendrán cinco minutos adicionales de tiempo de residencia de líquido por interruptor/alarma, lo que indica que, cuando se tiene NAAL y NBBL, se añaden 10 minutos de tiempo de residencia, a lo cual corresponde un volumen de líquido de emergencia de 10 minutos del máximo flujo de líquido.

4.3.6

Nivel bajo–bajo de líquido (o bajo, cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel bajo–bajo de líquido, si se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo de líquido, (o nivel bajo, si no se tiene un interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo), hasta la boquilla de salida del líquido es 230 mm mínimo (9 pulg). Este criterio aplicará tanto para tambores verticales como horizontales.

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4.3.7

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Criterios para fijar el volumen de operación/tiempo de residencia La Tabla 1 (anexa), presenta criterios para fijar el volumen de operación o volumen retenido de líquido, para ciertos servicios específicos plenamente identificados. Si el servicio escogido no coincide con lo presentado en la Tabla 1, usar como guía lo presentado en la lista anexa:

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Descripción

Tiempo de Residencia de Operación, min

Tambores de Alimentación a Unidades

Alimentación desde otra unidad (diferente cuarto de control) Alimentación desde otra unidad (mismo cuarto de control) Alimentación desde tanquería lejos del área de operación

20 15

15–20

Otros Tambores

Alimentación a una columna (diferente cuarto de control) Alimentación a una columna (mismo cuarto de control) Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, directo, sin bomba Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, directo, con bomba Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, con bomba, que pasa a través de un sistema de intercambio calórico Unica carga a un horno de fuego directo

4.3.8

7 5 2

5

3–5

10

Longitud efectiva de operación (Leff)

Es la longitud (altura), de tambor requerida para que se suceda la separación vapor/gas–líquido, y se puedan tener los volúmenes requeridos de líquido, tanto de operación como de emergencia. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros cálculos de proceso. En el caso de tambores horizontales de una sola boquilla de alimentación, corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la de salida de gas, la cuale

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es la distancia horizontal que viaja una gota de líquido desde la boquilla de entrada, hasta que se decanta totalmente y se une al líquido retenido en el recipiente, sin ser arrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas. Sin embargo, para obtener la longitud tangente–tangente del tambor horizontal, es necesario sumar los tamaños de las boquillas antes mencionadas, las tolerancias de construcción necesarias para soldar dichas boquillas, soldar los cabezales o extremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. A criterio del diseñador de procesos, éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente, y esperar que la especialidad mecánica complete el diseño del tambor, para luego verificar si se cumple la separación. Comentarios semejantes aplican para tambores verticales, excepto que los volúmenes a retener influyen sobre la altura (longitud) tangente–tangente de dichos equipos.

4.4

Arrastre en la superficie del líquido En muchas operaciones, especialmente a altas presiones y temperaturas, el líquido puede ser arrastrado de la superficie líquida y llevado hacia arriba. La proporción de arrastre depende de la velocidad del gas en la tubería de entrada, del tipo de boquilla de entrada, de la distancia entre la boquilla de entrada y el nivel de líquido o la superficie de choque, de la tensión superficial del líquido y de las densidades y viscosidades del líquido y del gas. A continuación se presentan los criterios para estimar la velocidad máxima de mezclas a la salida de la boquilla de entrada, de manera tal que no ocurra arrastre desde la superficie del líquido:

4.4.1

Tambores verticales a.

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

F2 s

VE +

f mG

G

f

Ec. (2a)

L

F3 s

VE +

b.

ƪρρ ƫ

para h v 2.5 d p

0.5

ƪ

d m G h–0.5P d P

ƫ

0.5

–

ƪ ƫ ρG ρL

0.5

para h 2.5 u d p

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

Ec. (2b)

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f mG

FECHA

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ƪρρ ƫ

0.5

Ec. (2c)

G L

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

F2 s

VE +

mG

ƪρρ ƫ

para

0.5

G

X v5 S ran

Ec. (2d)

L

F4 s

VE + mG d.

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F2 s

VE +

c.

PDVSA MDP–03–S–03

ƪρρ ƫ ƪSX ƫ 0.5

G

0.5

para

ran

X u5 S ran

Ec. (2e)

L

Distribuidor con Orificios

Use la ecuación (2d) para X v 5 dh y F5 s

VE + mG

ƪρρ ƫ ƪdX ƫ 0.5

G

h

0.5

para X u 5 dh

Ec. (2f)

L

ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ donde la nomenclatura para las ecuaciones de (2a) a (2f) es:

VE

=

f

=

Velocidad máxima de la mezcla a la salida de la boquilla de entrada, tal que no ocurra arrastre en la superficie del líquido Factor de disipación de la velocidad del chorro (jet). Como se muestra en la Figura 6., f es una función de la distancia X (la cual es la distancia entre la boquilla de entrada y la superficie de choque), y del diámetro de la boquilla de entrada dp

En unidades SI

En unidades inglesas

m/s

pie/s

Adimensional

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ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ h

=

dp dh Sran

= = =

X

=

mG

=

ρG

=

ρL

=

s

=

F2

=

F3

=

F4

=

F5

=

4.4.2

Distancia desde la parte inferior de la boquilla de entrada al nivel alto–alto de líquido (NAAL) diámetro de la boquilla de entrada diámetro del orificio Altura de la ranura. Usualmente, las ranuras son estrechas y largas. La altura de la ranura es la dimensión más estrecha Distancia desde la boquilla de entrada, hasta la superficie de choque (Ver Figura 6.). Para tambores verticales con boquillas de entrada simple, X es el diámetro del tambor. X es igual a h para tambores verticales con distribuidores ranurados (o con orificios), o codos de 90 °. Viscosidad del vapor a condiciones de operación Densidad del vapor a condiciones de operación Densidad del líquido a condiciones de operación Tensión superficial del líquido a condiciones de operación Factor que depende de las unidades usadas Factor que depende de las unidades usadas Factor que depende de las unidades usadas Factor que depende de las unidades usadas

En unidades SI

En unidades inglesas

mm

pulg

mm mm mm

pulg pulg pulg

mm

pulg

mPa.s

cP

kg/m3

lb/pie 3

kg/m3

b/pie 3

mN/m

mN/m

1.62x10 –4

5.3x10 –4

1.1x10 –4

3.6x10 –4

7.0x10 –5

2.3x10 –4

3.05x10 –5

1.0x10 –4

Tambores horizontales a.

Boquilla de Entrada con Codo de 90° – Use la ecuación (2c). Sin embargo, para este caso, X (en la Figura 6.) es la distancia desde la boquilla hasta la tapa más cercana del tambor.

Con una combinación de malla vertical y horizontal, la velocidad máxima permisible de la mezcla es cinco veces el valor calculado usando la ecuación (2c). Sin malla vertical (con o sin malla horizontal), la velocidad de la mezcla máxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuación (3c).

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Distribuidores con ranuras u orificios – Use la ecuación que aplica entre las (2d), (2e) o (2f). Sin embargo, en este caso, X es la distancia desde el distribuidor hasta la tapa más cercana del tambor.

Con una combinación de malla vertical y horizontal, la velocidad de la mezcla máxima permisible es cinco veces el valor calculado usando la ecuación apropiada. Sin malla vertical (con o sin malla horizontal), la velocidad de la mezcla máxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuación apropiada. 4.4.3

Tambores separadores verticales con entradas tangenciales horizontales Para estos tambores se debería usar los siguientes criterios de diseño: a. Area de la sección transversal – El área de la sección transversal se debería dimensionar para 170% de la velocidad crítica, al flujo máximo de gas. b. Tamaño de la entrada – Para prevenir el arrastre de la película de líquido que se acumula en la pared del separador, la velocidad de la mezcla en la tubería de entrada no debería exceder el valor dado por la ecuación (3):

VS +

ƪ ƫ F6 rG

0.5

Ec. (3)

ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ donde:

Vs

=

ρG

=

F6

=

Velocidad superficial de la mezcla en la tubería de entrada, Densidad del vapor a condiciones de operación Factor que depende de las unidades usadas

En unidades SI

En unidades inglesas

m/s

pie/s

kg/m3

lb/pie 3

3720

2500

c. Otras características – El resto de los factores de diseño se muestra en la Figura 7. La placa deflectora localizada encima del nivel de líquido limita la región de vórtices del gas y evita el arrastre en la superficie del líquido. La distancia mínima desde la parte inferior de la boquilla de entrada a la placa deflectora o parrilla debería estar entre 0.5 y 1.0 veces el diámetro del tambor, preferiblemente, una vez el diámetro. Las placas

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anti–vórtices localizadas encima de la boquilla de salida del líquido previenen el arrastre de gas en la corriente de líquido debido a la formación de vórtices y se deberían diseñar de acuerdo con los criterios dados en esta subsección. Debido a los efectos de los flujos secundarios de gas, el líquido acumulado en las paredes del separador puede deslizarse hacia arriba por las paredes y dirigirse a la boquilla de salida del gas y ser arrastrado con la corriente de salida. Esto puede prevenirse o minimizarse fijando una falda (Skirt) en la boquilla de salida de gas, como se muestra en la Figura 7. El tamaño de gota más pequeño que puede ser separado en un tambor con una boquilla de entrada tangencial horizontal se puede estimar usando la ecuación (4): 0.5

ȱ d 3ȳ m GƪF ƫ ȧ ȧ 8 ȧ ȧ F7 ȧ ρ L VS DH eȧ ȧ ȧ Ȳ ȴ p

d +

Ec. (4)

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ donde:

d D He

= = =

F7

=

F8

=

Diámetro de la gota Diámetro del tambor Altura efectiva del ciclón: Esta es la distancia desde la parte superior de la boquilla de entrada hasta la superficie del líquido Factor que depende de las unidades usadas Factor que depende de las unidades usadas

En unidades SI

En unidades inglesas

mm mm mm

pulg pie pie

3.009

0.936

1

12

Los otros términos ya han sido definidos con anterioridad.

La caída de presión para un tambor separador vertical diseñado con una boquilla de entrada tangencial horizontal, se puede estimar usando la expresión dada en PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, sección 6C), para los ciclones primarios con el término de aceleración igual a cero.

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4.5 4.5.1

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Página 13 Indice norma

Boquillas de proceso Boquillas de entrada Se pueden presentar diferentes regímenes de flujo en las tuberías de entrada de los tambores separadores. Estos regímenes de flujo se definen en la Norma PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, sección 14D) Los tambores separadores se diseñan normalmente con régimen de flujo anular/rocío o flujo tipo rocío en la tubería de entrada. Con este tipo de flujo, el arrastre de líquido aumenta al incrementar la velocidad del gas en la tubería de entrada. La presencia de flujo estratificado, flujo anular por debajo del comienzo inminente de arrastre de líquido, o de flujo ondulado en la tubería de entrada de los tambores separadores, incrementa la eficiencia de separación de líquido del tambor hasta 99.8%. Sin embargo, estos tipos de flujo no se encuentran usualmente en las operaciones de proceso, debido a que se requerirían diámetros de tubería relativamente grandes para lograrlos. A pesar de lo anterior, el diseño de la tubería de entrada para obtener estos regímenes de flujo se debe considerar para aquellos servicios especiales en los que es esencial minimizar el arrastre de líquido y el uso de malla u otros internos no se permite debido a que se trata de un servicio con ensuciamiento. Se debe evitar el flujo tipo tapón o el flujo tipo burbuja en la tubería de entrada de tambores separadores verticales. Estos regímenes de flujo resultan en arrastre excesivo de líquido y vibraciones. Si estos regímenes de flujo no se pueden evitar a la entrada del tambor, el arrastre de líquido se puede minimizar con un distribuidor con ranuras. En el caso que el flujo tipo tapón o el flujo tipo burbuja en la tubería de entrada, aparezca para tambores horizontales, se recomienda usar flujo dividido de alimentación, con dos boquillas de entrada en los extremos del tambor, y una boquilla central de salida de vapor/gas. Para prevenir la inundación de un tambor con corrientes líquidas, se deben evitar puntos bajos en la línea de entrada del tambor (drenaje libre hacia el tambor).

4.5.2

Boquillas de proceso en general Son muchos los casos donde la información de las tuberías de interconexión no está disponible al momento de preparar la especificación de procesos del tambor, por lo que es necesario presentar un tamaño preliminar de boquillas para que sea considerado en la cotización del fabricante del tambor. Para todos los efectos, se presenta una tabla con recomendaciones para diseñar las boquillas de proceso:

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Descripción del Caso

En unidades SI

Alimentación líquida: Velocidad menor 3.0 m/s o igual que: Salida de líquido: Seguir los criterios (Pendiente) indicados en PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, secciones 10D – Cabezal Neto de Succión Positiva –, y 14B – Flujo en fase líquida), para succión de bombas, drenajes por gravedad, etc Salida de vapor: Velocidad menor que: 73.2/( ρG)1/2, m/s Alimentación bifásica en tambores sin 54.9/( ρL)1/2, m/s malla: Velocidad de la mezcla menor o igual que: Alimentación bifásica en tambores con 73.2/( ρM)1/2, m/s malla: Velocidad de la mezcla menor o igual que:

En unidades inglesas 10 pie/s

(Pendiente)

60/(ρG)1/2, pie/s 45/(ρL)1/2, pie/s 60/(ρM)1/2, pie/s

donde (Ec. (7)):

l + Q LńǒQ L ) Q VǓ

Ec. (7)

ρ M + (1–l)ρ G ) lρ L

Ec. (8)

donde (Ec. (8)):

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ y donde:

l

=

ρG

=

ρL

=

ρM

=

Fracción volumétrica de líquido alimentado al tambor Densidad del vapor a condiciones de operación Densidad del líquido a condiciones de operación Densidad de la mezcla a condiciones de operación, promediada en volumen

En unidades SI

En unidades inglesas

kg/m3

lb/pie 3

kg/m3

lb/pie 3

kg/m3

lb/pie 3

A menos que se indique lo contrario, las recomendaciones presentadas en la tabla anterior se consideran firmes, excepto cuando: – Se tienen tambores verticales con entradas tangenciales horizontales: en este caso usar la ecuación (3) (aparte 4.4), para el cálculo de la boquilla de entrada.

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– Se tienen los tamaños de las tubería de interconexión, y éstos son más 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 bifásico anular en la entrada.

4.6

Consideraciones para el diseño y uso de mallas De acuerdo a lo presentado en el documento PDVSA–MDP–03–S–01 (Tambores Separadores: Principios Básicos), párrafo 4.7.4, se usará el genérico “malla” para describir las mallas separadoras de gotas o “demisters”.

4.6.1

Tambores separadores verticales con y sin malla Para servicios en los cuales se permite un arrastre moderado de líquido de hasta 5 kg de líquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas), las mallas no son necesarias y el espacio de vapor en el tambor debería ser dimensionado para 100% de la velocidad crítica, a caudales normales de flujo de gas. Para servicios críticos en los que el arrastre de líquido se debe reducir a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas), se recomienda una Malla de 80 kg/m3 (5 lb/pie3), con espesor de 150 mm (6 pulg). Los criterios de diseño para el uso de una malla de 80 kg/m3 (5 lb/pie3) son una función de la carga del líquido, según se muestra a continuación: 1. Para cargas líquidas (flujo de alimentación líquida dividido por el área de sección transversal del tambor) menores de 0.34 E–3 m3/s.m2 (30 gal/h.pie2) de área horizontal del tambor, el área de la sección transversal horizontal del tambor y de la malla se debería dimensionar para 150% de la velocidad crítica, al caudal normal de flujo de gas. 2. Para cargas líquidas comprendidas entre 0.34 y 0.68 E–3 m3/s.m2 (30 a 60 gal/h.pie2) de área horizontal del tambor, éste y la malla se deberían dimensionar para 120% de la velocidad crítica, al caudal normal de flujo de gas. 3. Para cargas líquidas mayores de 0.68 E–3 m3/s.m2 (60 gal/h.pie2) de área horizontal del tambor, éste y la malla se deberían dimensionar para 100% de velocidad crítica al caudal normal de flujo de gas. Para los casos en los que la relación de reducción de alimentación (Turndown ratio) esté entre tres y seis, se deberían usar dos mallas en serie. El área de sección transversal de la malla localizada en el fondo del tambor se debería basar en el porcentaje de la velocidad crítica especificada anteriormente y en el caudal normal de flujo de gas. El área de sección transversal de la malla localizada en el tope se debería basar en el porcentaje de la velocidad crítica especificada anteriormente y usando un tercio de la tasa de flujo normal de gas. La distancia crítica entre las dos malla debería ser de 600 mm (2 pie) aproximadamente.

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Algunos criterios adicionales de diseño 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 líquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas)), no se requieren malla y el espacio de vapor en el tambor debería ser dimensionado para 100% de velocidad crítica, al caudal normal de flujo de gas. La(s) boquilla(s) de entrada debería(n) terminar en un codo de 90° o en un distribuidor con ranuras, orientado direccionalmente hacia la tapa del cabezal más cercano del tambor. Para servicios limpios y críticos, se debería instalar en el espacio de vapor una malla horizontal de 150 mm de espesor (6 pulg), con 80 kg/m3 (5 lb/pie3) de densidad aparente, para reducir el arrastre líquido a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas). Además, para los tambores de diámetros mayores de 900 mm (3 pie), se debería tener una boquilla de entrada en cada extremo y una sola boquilla de salida central. El área del tambor y de la malla para flujo de vapor se debería dimensionar usando el 100% de la velocidad crítica, a un caudal normal de flujo de gas. Algunos criterios de diseño adicionales se 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 líquido debería ser reducido a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas), la velocidad del vapor en el espacio de vapor del tambor se puede incrementar en 25% (hasta 125% de Vc), si se instalan dos malla verticales y uno horizontal en el espacio de vapor (Ver Figura 4.). El tambor debería tener una boquilla de entrada en cada extremo, terminando en un codo de 90° o un distribuidor ranurado, y una sola boquilla central de salida. Se debería colocar una malla vertical de 150 mm (6 pulg) de espesor y 80 kg/m3 (5 lb/pie3), en la mitad del espacio existente entre cada boquilla de entrada y la malla horizontal de 150 mm (6 pulg) de espesor y 80 kg/m3 (5 lb/pie3). La malla vertical debería cubrir el área para el flujo de vapor y se debería extender por lo menos 150 mm (6 pulg) por debajo del nivel de líquido bajo. El área del flujo de vapor (en el tambor y a través del malla) se debería dimensionar para el 125% de la velocidad crítica, a un caudal normal flujo de gas. Los tambores horizontales con mallas verticales y horizontales son más pequeños que los tambores horizontales con malla horizontales. Sin embargo, para tambores pequeños de baja presión, los ahorros logrados al usar un diámetro menor podrían ser 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 salida del gas debería ser adecuada para prevenir una mala distribución del flujo a través de la malla. La distancia mínima para este propósito se presenta en la ecuación (5a):

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ho +

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F 8 DMalla – d o 2

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Ec. (5a)

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁ donde:

ho

=

DMalla

=

do F8

= =

Distancia mínima del tope de la malla a la boquilla de salida del gas Lado más largo de una malla rectangular Diámetro de boquilla de salida Factor cuyo valor depende de las unidades usadas

En unidades SI

En unidades inglesas

mm

pulg

mm

pie

mm 1

pulg 12

Si la distancia es impráctica, se debería usar un recolector de gas con ranuras. Con un recolector de gas con ranuras, se debería usar una malla rectangular (Figura 8.). Las ranuras se dimensionarán usando la ecuación de caída de presión presentada en PDVSA–MDP (Pendiente: usar antigua sección 14 del MDP), con un coeficiente de descarga de 0.6, con una caída de presión permisible de 1 a 7 plg de agua (3.4 a 23.7 kPa). La distancia vertical mínima permisible entre el tope de la malla y la abertura de la ranura más cercana a la malla viene dada por el valor mayor entre los dos calculados por las ecuaciones (5b) y (5c):

ho +

ho +

ǒF 8 LMalla ńNSǓ– Sran

Ec. (5b)

2

F 8 SMalla – (L ran N r) 2

Ec. (5c)

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ donde:

En En unidades unidades SI inglesas

ho

=

LMalla NS SMalla lran Sran Nr

= = = = = =

Distancia mínima desde el tope de la malla hasta el borde más cercano de a ranura en el recolector externo Lado más largo de la malla rectangular Número de ranuras por fila Lado más corto de la malla rectangular Lado más largo de la ranura rectangular Lado más corto de la ranura rectangular Número de filas de ranuras en el recolector de gas

mm

pulg

mm

pie

mm mm mm

pie pulg pulg

Para tambores verticales, la distancia desde la parte superior de la malla, hasta la línea tangente superior, será el valor mayor entre 0.15 veces el diámetro del tambor y 400 mm (16”).

4.6.5

4.7

Detalles de Instalación de las Mallas Consultar el estándar de Ingeniería PDVSA–MID–10603.2.306: “SEPARADORES DE MALLA METÁLICA Y SOPORTES”.

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 bifásica al tambor separador. La Tabla 1 presenta criterios de utilización de codos de 90° para ciertos servicios específicos. La Tabla 3 presenta criterios más generalizados, basados en la orientación del tambor (vertical u horizontal), y otras características del tambor bajo estudio. La información de medidas de los codos de 90°, se encuentra en la Tabla 4. En el aparte 4.4, ecuación (2c), se presenta el criterio de máxima velocidad permisible para que no exista arrastre en la superficie de líquido: si, al aplicar la ecuación, se tiene que la velocidad de flujo es mayor que la máxima velocidad permisible, se tendrá 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 entrada de la mezcla bifásica al tambor separador.

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La Tabla 1 presenta criterios de utilización de distribuidores de flujo para ciertos servicios específicos. La Tabla 3 presenta criterios más generalizados, basados en la orientación del tambor (vertical u horizontal), y otras características del tambor bajo estudio. Los distribuidores pueden ser de ranuras o de orificios; siempre serán más costosos que un codo de 90° en la boquilla de entrada, pero pueden soportar velocidades más altas sin que se suceda arrastre en la superficie de líquido. Para efectos de especificación de un distribuidor ranurado se tiene (Fig. 9.) (Ver nomenclatura en sección 6): – Se construirán del mismo diámetro que la boquilla de entrada. – El ancho de la ranura (Sran), será de 15 mm (0.6”). – La separación entre ranuras será de 25 mm mínimo (1” min). – Sólo se tendrá una fila de ranuras en el distribuidor. – Los lados de la “T” del distribuidor serán simétricos. De acuerdo al detalle señalado en la Fig. 9., la longitud o altura de la ranura corresponde a un tercio de la longitud de la circunferencia interna del tubo distribuidor, es decir (Ec. (13)): l ran + pd pń3

Ec. (13)

donde dp es el diámetro interno de la boquilla de entrada. El área de una ranura es (Ec. (14)): a ran + l ran x Sran

Ec. (14)

El número de ranuras en el distribuidor se calculará por (Ec. (15)): N s + F 20 QMńǒa ran x V EǓ

Ec. (15)

(para cálculo de VE, referirse al aparte 4.4, ecuaciones (2d) y (2e)) La longitud requerida del distribuidor será (Ec. (16)): l dis + N s ƪSran ) F 23ƫ ) 2F 23 ) d p

Ec. (16)

Otros detalles se presentan en la Fig. 9. 4.7.3

Rompe–vórtices Los estándares PDVSA a seguir para la inclusión de rompe–vórtices en los recipientes, son los siguientes (Ver Fig. 10.): PDVSA–MID–10603.2.308

PLANCHA TÍPICA ROMPE–VÓRTICE

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ROMPE–VóRTICES TIPO REJILLA

Placa rompe vórtice Es una placa circular plana horizontal, que se instala sobre la boquilla de salida de líquido, segun lo mostrado en la Figura 10. Es el rompe vórtice más económico de los usados por PDVSA, y en la mayoría de los casos puede utilizarse. Deberá localizarse, al menos, medio diámetro de boquilla de salida por debajo del mínimo nivel de líquido (NBL o NBBL, cuando aplique), y la altura desde el fondo del recipiente deberá ser un tercio del diámetro de boquilla de salida. Cuando el diámetro de la boquilla de salida de líquido es más grande que un 15–20% del diámetro del recipiente, o cuando se tienen salidas múltiples de líquido, la placa rompe vórtice puede no ser práctica, y se recomienda usar el rompe–vórtice tipo rejilla. Rompe–vórtice tipo rejilla El rompe–vórtice tipo rejilla, consiste en tres láminas horizontales cuadradas de rejilla, del mismo tipo que se usa en plataformas de acceso en plantas, y es el más efectivo disponible: se recomienda cuando es difícil colocar una placa rompe–vórtice (boquilla muy grande de salida de líquido), o cuando se tienen salidas múltiples de líquido. Es más costoso que el rompe–vórtice tipo placa, y sus dimensiones típicas se presentan 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 requerirse cuando el resultado de la Ec (5a) indica que la separación entre la malla y la boquilla de salida es impráctica. El brazo lateral del recolector deberá tener el mismo diámetro que el de la boquilla de salida, y se deberá extender sobre el lado más largo de la malla. Como se muestra en la Figura 8., las ranuras se deberán localizar en la sección de tope del tubo recolector, por lo menos a 30° por encima de la horizontal. Las ranuras se deberán dimensionar usando la ecuación de caída de presión en orificios, presentada en el documento PDVSA–MDP (Pendiente)(Consultar MDP versión 1986, sección 14C), con un coeficiente de descarga de 0.6. La caída normal de presión a través de las ranuras está en el rango de 3.4 a 23.7 kPa (1 a 7 pulg. de agua). En el mismo aparte 4.5.4, las Ecs. (5b) y (5c) presentan la distancia vertical mínima permisible entre el tope de la malla y la abertura de la ranura más cercana del recolector.

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4.8 4.8.1

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Consideraciones de diseño para algunos servicios típicos Tambores de abastecimiento de líquido y tambores de destilado Los tambores separadores horizontales con malla se usan para servicios limpios; los filtro/separadores o los ciclones múltiples patentados son recomendados para servicios en los que están presentes sólidos o materiales que forman depósitos sólidos.

4.8.2

Tambores de succión de compresores y tambores separadores entre etapas de compresión Tambores separadores verticales con malla se usan para servicios limpios; los filtros/separadores o los ciclones múltiples patentados son recomendados para servicios en los que están presentes sólidos o materiales que forman depósitos sólidos. A veces es económico combinar el servicio del tambor de succión del compresor con otro servicio para el tambor, tal como sucede en el tambor de destilado del fraccionador primario de una unidad de craqueo catalítico. En estos casos, los requerimientos de abastecimiento de líquido de emergencia para el servicio de succión del compresor se suman a los requerimientos del otro servicio. Tambores horizontales 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 de alabes deslizantes pueden ser transportados en la corriente gaseosa de descarga del compresor, en la forma de gotas extremadamente pequeñas. Separadores de aceites lubricantes se deben especificar para aire de instrumentos y para procesos que no puedan tolerar la presencia de este aceite.

4.8.4

Tambores separadores de gas combustible localizados aguas arriba de hornos Se deberían colocar tambores separadores en el gas combustible antes de los hornos, a fin de recolectar las porciones condensadas durante las perturbaciones del proceso y para prevenir un arrastre excesivo de líquido en el gas combustible. Para servicio de gas combustible limpio, se debería usar un tambor separador vertical con malla y dimensionado para 100% de la velocidad crítica a un caudal normal de flujo de gas. Para servicios de gases combustibles agrios y corrosivos, se recomienda el uso de tambores separadores con ciclones múltiples patentados, como el depurador seco Peerless o los multiciclones U.O.P., con la finalidad de minimizar el ensuciamiento y el taponamiento de los quemadores.

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4.8.5

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Tambores de recolección central de gases combustibles Un tambor central de recolección del sistema de gas combustible, se diseña para remover el líquido arrastrado. Para este servicio se recomienda un tambor separador vertical u horizontal sin malla. La velocidad permisible de vapor en el tambor es el 100% de la velocidad crítica a caudales normales de flujo de gas. Se estipula que el volumen retenido de líquido tarde 5 minutos en ser desalojado, al flujo máximo de líquido.

4.8.6

Tambores de vapor para servicios de calderas Cuando el vapor es alimentado a una turbina de vapor sobrecalentado, o a un reformador, los tambores de vapor se deberían diseñar como sigue: Calderas recuperadoras de calor de desecho (Waste Heat Boilers) 1. Para calderas recuperadoras de calor de desecho del tipo de rehervidor tubo y carcaza, o marmitas (Kettle Reboiler) con presión del vapor inferiores a 4800 kPa man. (700 psig), se deberían usar tambores separadores verticales u horizontales con malla. a.

Para tambores separadores verticales, la malla y el espacio de vapor del tambor se dimensionan para 100% de la velocidad crítica a un caudal normal de flujo de vapor. La malla debería estar compuesta de dos capas de 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 combinación de malla vertical y horizontal como se muestra en la Figura 4. Sin embargo, las áreas del espacio de vapor y de la malla se deberían basar en 100% de la velocidad crítica a flujo normal de vapor. La densidad de las mallas vertical y horizontal debería ser 80 kg/m3 (5 lb/pie3) y 160 kg/m3 (10 lb/pie3), respectivamente. Debido al potencial de formación de espuma del agua de la caldera, la distancia mínima permisible entre la parte inferior de la malla y el nivel de agua es 450 mm (18 pulg). Cuando estos criterios se satisfacen en la ausencia de espuma, el arrastre de líquido en el tope del tambor debería ser menor que 150–300 mg/kg (150–300 ppm en peso).

c.

Para ambos tambores separadores, el horizontal y el vertical, la velocidad máxima permisible en la tubería de entrada depende de la presión del vapor como se muestra a continuación:

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Presión del vapor

kPa man. 600 1200 2400 3600

Velocidad de mezcla en la tubería de entrada

psig 87 174 348 522

m/s 10 6.5 5.0 2.3

pie/s 33 21 16 8

2. Los tambores de vapor para cualquier otro tipo de caldera, por ejemplo, calderas de llama, o para otras condiciones de operación, es decir, generación de vapor a presiones superiores a los 4800 kPa man. (700 psig), debería diseñarlos el suplidor de las calderas. 4.8.7

Tambores de separación de agua Los tambores separadores de agua se instalan para remover los hidrocarburos líquidos y los vapores contaminantes, de los efluentes acuosos de las plantas. Esto permite descargar estos efluentes acuosos al desagüe sin ningún problema de seguridad. Las bases de diseño para estos tambores separadores se describe en las normas PDVSA–MDP–08–SD–01 “Sistemas de Disposición”. El espacio de vapor del tambor se debería dimensionar para no exceder el 100% de la velocidad crítica, basada en la cantidad más grande de vapor resultante de una sola contingencia.

4.8.8

Tambores de descarga (Blowdown Drums) El propósito principal de un tambor de descarga es separar las corrientes de fluido provenientes de la abertura de válvulas de seguridad y de drenajes de descargas, y convertirlos en corrientes líquidas y vapor que puedan ser enviadas con seguridad a los almacenamientos apropiados y a los sistemas de mechurrios. Los criterios para la selección y el diseño de tambores de descarga se presentan en las normas PDVSA–MDP–08–SD–01 “Sistemas de Disposición”.

4.8.9

Tambores de descarga de no–condensables Para servicios de gases no–condensables se recomienda el uso de un tambor separador horizontal sin malla, ya que no se permiten internos en estos tambores porque podrían taponar el sistema. La velocidad en el espacio de vapor no debería exceder el 100% de la velocidad crítica basada en la mayor descarga que emitirían las válvulas de seguridad como resultado de una sola contingencia. Los criterios adicionales de diseño para estos casos se presentan en las normas PDVSA–MDP–08–SD–01 “Sistemas de Disposición”.

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4.8.10

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Tambores de descarga de condensables Los tambores de descarga de gases condensables se utilizan como un método de prevención de condensación de hidrocarburos en los sistemas de mechurrios, con la finalidad de reducir los requerimientos de capacidad de los mechurrios, o para prevenir la descarga de hidrocarburos condensables a la atmósfera. Para este tipo de servicio se recomienda un tambor separador vertical sin malla. La velocidad del espacio de vapor no debería exceder 100% de la velocidad crítica basada en la mayor descarga de las válvulas de seguridad como resultado de una sola contingencia. Ver normas PDVSA–MDP–08–SD–01 “Sistemas de Disposición”. El cabezal de la válvula de seguridad que contiene los hidrocarburos condensables entra al tambor lateralmente por encima del nivel del agua y termina en un codo de 90° que descarga el fluido por debajo del nivel del agua. También se colocan ranuras verticales equidistantemente espaciadas y con un área total equivalente a aquélla correspondiente a la tubería de entrada. La parte superior de las ranuras deberían sumergirse dentro del líquido, de manera tal que el volumen de agua localizado entre el nivel del agua y la parte superior de las ranuras sea igual al volumen de 3 m (10 pies) de tubería de entrada. Cuando por razones de proceso los tambores que operan a presión atmosférica deben ser continuamente ventilados al tambor de descarga, se coloca una boquilla de entrada adicional para la línea de ventilación. Esta es una boquilla simple (flush nozzle) localizada lateralmente en el tambor vertical, entre el tope del nivel de agua y la placa anti–vórtice del fondo. La velocidad del agua más allá de la placa de rebose del líquido no debería exceder 0.1 m/s (0.33 pie/s). La sección de pantallas deflectoras tipo discos y anillos se diseña de acuerdo con los principios presentados en la norma PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, sección 3F).

4.8.11

Tambores separadores de alimentación para depuradores de MEA El arrastre de hidrocarburos en la alimentación gaseosa a los depuradores de MEA puede causar espuma, con el subsiguiente arrastre excesivo hacia el tope de los depuradores. En las refinerías se usa un tambor separador integral en el fondo de los depuradores de MEA, para retirar gran parte del arrastre de líquido debido a condensación que ocurre en la línea. Un diagrama esquemático de este tambor se presenta en la Figura 5. Este separador debería contener una malla en su espacio de vapor y la velocidad del gas en el tambor y en la malla debería ser el 100% de la velocidad crítica a un flujo normal de gas. En las plantas químicas (craqueadores con vapor), se usa un sobrecalentador en lugar de un tambor separador para prevenir condensación en el depurador.

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4.8.12

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Separadores de alta presión Los separadores de alta presión, como por ejemplo, los separadores calientes de alta presión en las unidades de hidrodesulfurización, se diseñan para minimizar, tanto el arrastre de gas en la corriente de líquido, como el volumen de líquido retenido. Esto se justifica por las pérdidas económicas que acarrea el arrastre de gas y por el alto costo del tambor, respectivamente. Un tambor separador horizontal con una malla horizontal o una combinación de dos malla verticales y uno horizontal debería ser usado para servicios limpios (Ver Figura 4.). Cuando se deba reducir el arrastre de líquido a un valor igual a, o menor que 1 kilogramo de líquido 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. La velocidad de la mezcla en la tubería de entrada no debería exceder 6 m/s (20 pies/s) a fin de prevenir la formación de gotas demasiado pequeñas. Además, el espacio de vapor se debería dimensionar para 100% de la velocidad crítica a flujo normal de gas, se debería instalar un distribuidor con ranuras en cada extremo del tambor, y el tambor debería tener una sola boquilla de salida. Los criterios de diseño para prevenir arrastre de gas en el flujo de la corriente de fondo de estos tambores se presentan en la Tabla 1 en “Separadores de Alta Presión”. Los siguientes criterios, los cuales dan un margen de permisibilidad para la formación potencial de espuma en líquidos, se recomiendan para el diseño de tambores separadores de plantas de tratamiento de residuos:  Se debería usar un tambor separador horizontal con dos boquillas de entrada y una boquilla de salida.  El área de espacio de vapor se debería dimensionar para 100% de velocidad crítica, a flujo normal de gas.  Se debería prevenir el arrastre en la superficie del líquido, utilizando las ecuaciones apropiadas dadas en la sección 4.4.2.  La velocidad máxima de la mezcla en la tubería de entrada debería ser de 5 m/s (16.4 pies/s).  El tiempo mínimo de residencia del líquido, por debajo del nivel bajo de líquido, debería ser de dos minutos y la altura vertical mínima, por debajo del nivel bajo de líquido, debería ser de 450 mm (18 pulg).  Se deberían suministrar equipos para la inyección de agentes antiespumantes en las alimentaciones a los tambores separadores.  Se debería instalar en el tambor un visor para la observación de la altura y el nivel de la espuma.

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4.9

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Información complementaria en otros documentos técnicos de PDVSA Aún cuando el objetivo de los documentos que forman parte del MDP de tambores, es proveer la información necesaria para hacer diseño de procesos de tales equipos, normalmente esto no es suficiente para completar una especificación de procesos con miras al diseño mecánico y/o compra del equipo en cuestión. Es por eso que a continuación se presentará una lista de documentos técnicos de PDVSA, la cual ayudará a obtener información adicional para la completación de dicha especificación.

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 5

Información Adicional

Fuente PDVSA

Presión y Temperatura de Diseño (Criterios a aplicar) Detalle de Mallas Separadoras de Gotas

(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 2), MID–D–211 MID–10603.2.306

Detalle de Rompe–vórtices

MID–10603.2.308,

Detalle de deflector a la entrada

MID–10603.2.302

Selección de Materiales

(Pendiente), MID–D–211

Aislamiento térmico

MID–L–212

MID–10603.2.309

METODOLOGIA DE DISEÑO 5.1

Procedimiento de diseño para tambores separadores horizontales Para refrescar conocimientos básicos, consultar PDVSA–MDP–03–S–01 (Tambores separadores: Principios básicos), en especial, las subsecciones 4.6.1, 4.6.2 y 5. Ver Figuras 3. y/o 4., para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño, Figura 11. para identificación de áreas, alturas y niveles. (Ver nomenclatura en Sección 6). Paso 1.– Información mínima requerida. Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla.

ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Información Densidad Viscosidad Tensión Superficial Flujo (másico o volumétrico)

Vapor/gas X X

Líquido(s) X X X

X

X

General

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Presión de Operación Temperatura de Operación Material pegajoso? Arrastre de Sólidos? Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s)?

X X X X X X

Paso 2.– Defina el tipo de servicio. De acuerdo a lo presentado en el aparte 4.1, identificar el tipo de servicio específico según lo presentado en la Tabla 1: si allí se localiza el equipo, se tienen todos los criterios necesarios para ejecutar el diseño. En caso que no sea así, consultar detalladamente la información contenida en este documento. Paso 3.– Definición de los criterios de diseño. Si el servicio se encuentra entre los listados en la Tabla 1, localice en la misma los criterios de diseño para el servicio en cuestión, los criterios adicionales de diseño, la configuración del tambor, el tiempo de residencia, el número de boquillas de entrada, la relación F24 L/D. En caso que no sea así, consultar detalladamente la información contenida en este documento y las secciones 4.6.1, 4.6.2 y 5 del PDVSA–MDP–03–S–01.

Paso 4.– Obtenga la distancia mínima permisible entre NBBL y el fondo del tambor. Se supone que el tambor tendrá un interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo. Si no es el caso, estaríamos hablando de hNBL. Esta distancia, hNBBL, se obtiene con la información 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 área vertical requerida (Av), para el flujo de vapor por encima de NAAL. El área vertical para el flujo de vapor Av, por encima del NAAL, requerida para satisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la Ec. (12) (Ver aparte 4.2). Debe tomarse en cuenta que, si se tiene flujo dividido de la alimentación, el flujo volumétrico de gas a usar será la mitad de lo alimentado. Paso 7.– Dimensionamiento del tambor separador horizontal. El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tambores horizontales. Primero, se supone un tamaño de tambor, luego se verifica si el tambor es adecuado para el servicio. Este procedimiento se debería repetir hasta que se optimice el tamaño del tambor, ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio

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Calcular el volumen de retención entre el NAAL y el NBBL (Vr) a.1. El volumen de retención de operación de líquido, entre el NAL y el NBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida por el tiempo de retención (Ec (17)): V r1 + Q L x tr

Ec. (17)

a.2. El volumen de retención de líquido por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja), entre el NAAL y el NAL (o entre NBBL y NBL), se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida por el tiempo de respuesta supuesto, el cual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 min más (300 s), desde NBL hasta NBBL (Ver Fig. 11.) (Ec (18)): V r2 + Q L x (600s)

Ec. (18)

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 retención máximo de líquido, (Vr), entre el NAAL y el NBBL, se obtiene sumando los dos volúmenes anteriores (Ec (19)): V r + V r1 x Vr2

Ec. (19)

Primer Tanteo b.

Asumir un valor inicial de la relación F24 Leff/D, donde Leff es la longitud efectiva de operación, es decir, la requerida para que el proceso de separación se cumpla, la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos. De acuerdo al criterio del diseñador, éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente.

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ P < 250 psig 250 < P< 500 P > 500

1.5 < F24Leff/D < 3.0 3.0 < F24Leff/D 35 Agua o soda cáustica Agua Furfural Metil–Etil–Cetona Agua Sec–butil–alcohol Agua Metil–isobutil–Cetona Agua Otros casos

4.4

0.127 0.089 0.089 0.089 0.089 0.089 0.127

0.005 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.005

El proceso de coalescencia en los procesos de separación líquido–líquido que se ven en la IPPCN son dependientes del tiempo. En dispersiones de dos líquidos inmiscibles, casi siempre ocurre coalescencia inmediata cuando chocan dos gotas. Si el mismo par de gotas se expone a fluctuaciones turbulentas de presión, y la energía cinética de estas oscilaciones inducidas en el par de gotas es mayor que la energía de adhesión entre ellas, se romperá el contacto entre gotas antes que la coalescencia se complete. Experimentos con decantadores por gravedad con capas profundas de decantación, permiten obtener, luego de varias simplificaciones, una ecuación que permite estimar el tiempo necesario para que una gota alcance un cierto tamaño, como consecuencia de la coalescencia de gotas más pequeñas: t = Fx d4 / ( * Ks )

ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ donde:

t

=

d

= =

Ks

=

Fx

=

Tiempo en el cual una gota “crece” por coalescencia a un diámetro d Diámetro al cual la gota “crece” Fracción volumétrica de la fase que coalesce o fase dispersa Constante empírica que depende del sistema en particular Constante que depende de las unidades usadas

En unidades En unidades SI inglesas Unidades consistentes Unidades consistentes Unidades consistentes Unidades consistentes Unidades consistentes

De acuerdo a lo anterior, se puede decir que: 1.

Si el tiempo de residencia en el decantador se duplica, el aumento correspondiente del tamaño de la gota es de apenas un 19 %. Esto implica que aumentar mucho el tiempo de residencia no necesariamente aumenta mucho la separación líquido–líquido.

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Mientras más diluida está la fase dispersa, más tiempo se necesita para lograr que las gotas “crezcan” hasta un tamaño dado; es decir, la coalescencia ocurre más rápidamente en dispersiones concentradas. Esta es la razón por la cual el petróleo “se lava con agua” al entrar por debajo de la interfase aceite agua en la mayoría de los tanques lavadores y otras vasijas de tratamiento en las instalaciones de superficie de producción de petróleo.

Niveles/tiempos de residencia A continuación se presentarán definiciones y comentarios sobre niveles de líquido, tiempos de residencia y temas relacionados, con el objetivo de justificar criterios y procedimientos de diseño que se mostrarán posteriormente.

4.5.1

Identificación de los niveles en un recipiente De acuerdo a lo normalmente empleado en la IPPCN para hablar de niveles en un recipiente separador líquido–líquido, tenemos la siguiente tabla (ver Figs. 1, 2 y 3)

ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Siglas típicas en español NAAI NAI NNI NBI NBBI

Descripción típica

Nivel alto–alto de interfase Nivel alto de interfase Nivel normal de interfase Nivel bajo de interfase Nivel bajo–bajo de interfase

Siglas típicas en inglés HHIL HIL NIL LIL LLIL

Para efectos de consistencia en la discusión en el MDP de tambores, se usarán las siglas típicas en español para identificar los diferentes niveles.

4.5.2

Comentarios sobre niveles en tambores separadores vapor líquido líquido, líquido–líquido, con y sin bota decantadora En un separador trifásico, existen dos interfases: la interfase gas líquido, y la interfase líq. liviano y líq. pesado. La presencia de estas dos interfases permite que los volúmenes de operación y de emergencia de las fases líquidas liviana y pesada se definan en forma independiente uno del otro: Al entregar los tiempos de residencia de la fase líquida liviana, se fijan NAAL y NBBL; cuando se entregan los tiempos de residencia de la fase líquida pesada, se fijan NAAI y NBBI. Por lo tanto, se fijan en forma independiente dichos volúmenes también. Para el caso de recipientes con bota o “sombrero”, existe una sola interfase, la que corresponde a la interfase líq. liviano y líq. pesado, pero debido a que está localizada fuera del cuerpo cilíndrico principal, se usaría el volumen principal del recipiente para contener el volumen de operación y emergencia de la fase continua liviana en el caso de la bota (para el caso del “sombrero”, sería la fase líquida pesada), y el volumen de la bota para contener el volumen de operación y emergencia de la fase continua pesada (para el caso del “sombrero”, sería la fase líquida liviana).

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En el caso de un tambor decantador líquido–líquido con las dos fases líquidas en el cuerpo cilíndrico, existe una interfase, la que corresponde a la interfase líq. liviano y líq. pesado. pero debido a que está localizada dentro del cuerpo cilíndrico principal, los volúmenes de operación y emergencia de ambas fases están unidos en el mismo cuerpo cilíndrico. 4.5.3

Volumen de operación de las fases liviana y pesada Es el volumen de líquido liviano y pesado combinado existente entre NAI y NBI. Este volumen, también conocido como volumen retenido de líquido, y en inglés como “liquid surge volume” o “liquid holdup”, se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen de líquido para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación.

4.5.4

Tiempo de residencia de operación de las fases liviana y pesada Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido puede llenar el volumen de operación de las fase liviana y pesada en el recipiente bajo estudio. La mayoría de las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operación de las fases líquidas, lo que realmente se indica es cuanto tiempo se quiere que esté el líquido liviano, por un lado, y el líquido pesado, por el otro (los cuales pueden ser valores diferentes para cada fase), en el recipiente para operación. También es conocido en inglés como “liquid surge time”.

4.5.5

Tiempo de respuesta o de intervención del operador Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores), en responder cuando suena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbación operativa que originó la alarma, antes que otros sistemas automatizados (interruptores o “switches” de nivel), originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba, sería muy engorroso que la bomba empezara a recibir un líquido que no es el requerido para la operación, es decir, que normalmente bombea agua, y de pronto está enviando hidrocarburo a un sistema que no está preparado para dicho fluido, pudiéndose generar hasta una situación de peligro para la seguridad de los operadores y la instalación en sí. Por esa razón, el tambor alimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAI y NBI, y con interruptores y/o alarmas de NAAI y NBBI: al sonar la alarma de NBI, los operadores investigarían y resolverían, en menos del llamado “tiempo de respuesta del operador”, el problema que originó la reducción de nivel; en el caso que no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado, el interruptor de NBBI activaría una parada segura de la bomba y, seguramente, una parada segura de toda la planta.

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Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la IPPCN, es difícil establecer un criterio uniforme acerca de cuál es el “tiempo promedio de respuesta del operador”; sin embargo, se usará, como criterio general, que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retención de líquido entre NAI y NAAI (o entre NBI y NBBI), será de cinco minutos. 4.5.6

Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al flujo total de líquidos que debe satisfacer el llamado “tiempo de respuesta ó de intervención del operador”: de acuerdo a lo expresado en 4.5.5, cuando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAI o NBBI, se tendrán cinco minutos adicionales de tiempo de residencia de los líquidos por interruptor/alarma, lo que indica que, cuando se tiene NAAI y NBBI, se añaden 10 minutos de tiempo de residencia, a lo cual corresponde un volumen de líquidos de emergencia de 10 minutos del máximo flujo de líquido.

4.5.7

Nivel bajo bajo de interfase (o nivel bajo cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel bajo bajo de interfase, hasta el fondo del recipiente, ya esté en una bota decantadora, o en un tambor con líquido pesado en el cuerpo cilíndrico, es 230 mm mínimo (9 pulg). Sin embargo, este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo de residencia del líquido pesado, para lograr separación exitosa del líquido liviano en tambores con las dos fases líquidas en el cuerpo, como se verá posteriormente en los procedimientos de diseño.

4.5.8

Nivel alto alto de interfase (o nivel alto cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel alto alto de interfase, hasta el tope del recipiente, en un tambor con las dos fases líquidas en el cuerpo cilíndrico, sin espacio vacío en el tope, es 230 mm mínimo (9 pulg). Cuando se tiene espacio vacío en el tope, se le suman 230 mm mínimo más (9 pulg más), correspondientes a la altura de dicho espacio vacío. Sin embargo, este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo de residencia del líquido liviano, para lograr separación exitosa del líquido pesado en tambores con las dos fases líquidas en el cuerpo, como se verá posteriormente en los procedimientos de diseño. Para el caso de tener el tambor una bota decantadora (o “sombrero”), el nivel alto está al ras con el fondo del cuerpo cilíndrico del recipiente principal.

4.5.9

Criterios para fijar el volumen de operación/tiempo de residencia La tabla anexa presenta criterios para fijar el volumen de operación o volumen de operación de líquido, para ciertos servicios específicos:

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Descripción (para una fase líquida)

Tambores de Alimentación a unidades Alimentación desde otra unidad (diferente cuarto de control) Alimentación desde otra unidad (mismo cuarto de control) Alimentación desde tanquería lejos del area de operación Otros Tambores Alimentación a una columna (diferente cuarto de control) Alimentación a una columna (mismo cuarto de control) Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, directo, sin bomba Producto a tanquería lejos del área operativa ó a otro tambor de alimentación, directo, con bomba Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, con bomba, que pasa a través de un sistema de intercambio calórico Unica carga a un horno de fuego directo

4.5.10

PDVSA MDP–03–S–04

Tiempo de Residencia de Operación, min 20 15

15–20

7 5 2

5

3–5

10

Tiempos de residencia de las fases líquidas pesada y liviana, calidad de separación de las fases y efectos sobre el diseño del separador La mayoría de las aplicaciones de la IPPCN para tambores separadores vapor líquido líquido, incluyen, como fase líquida pesada, una relativamente pequeña cantidad de agua, y como fase líquida liviana, una relativamente grande cantidad de hidrocarburos líquidos.

Además, casi siempre el procesamiento aguas abajo de los hidrocarburos líquidos es de capital importancia, por lo que se le fijan relativamente altos tiempos de residencia de operación en el separador, con el objetivo de garantizar una operación confiable para los equipos aguas abajo, y “ayudar” a que la separación líquido–líquido sea óptima. Mientras tanto, casi siempre el procesamiento posterior del agua separada, es de menor cuantía y no afecta partes críticas del proceso, por lo cual, regularmente, se le asignan tiempos de residencia de operación relativamente bajos. Sin embargo, los tambores separadores líquido líquido normalmente no incluyen, como objetivo, garantizar una operación confiable para los equipos aguas abajo,

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debido a que se hace sumamente costoso tener tambores horizontales muy grandes totalmente llenos de líquidos, debido al gran peso, tamaño, espesor de pared, fundaciones, etc. Por lo tanto, se recomienda evaluar si se requieren “grandes tiempos de residencia” o no y, en el caso que no se requieran, se recomienda usar un mínimo de dos minutos de tiempo de residencia de operación por fase líquida, siempre y cuando esto no vaya en contra de lo expresado en el aparte 4.3.13. 4.5.11

Longitud efectiva de operación (Leff) Es la longitud de tambor requerida para que se suceda la separación líquido–líquido, y se puedan tener los volúmenes requeridos de líquido, tanto de operación como de emergencia. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros cálculos de proceso. Sin embargo, para obtener la longitud tangente–tangente del tambor horizontal, es necesario sumar los tamaños de las boquillas antes mencionadas, las tolerancias de construcción necesarias para soldar dichas boquillas, soldar los cabezales o extremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. A criterio del diseñador de procesos, éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente, y esperar que la especialidad mecánica complete el diseño del tambor, para luego verificar si se cumple la separación.

4.5.12

Diferencia mínima de nivel entre NAAI y NBBI Se fija como diferencia mínima de nivel de interfase entre NAAI y NBBI, 360 mm o 14 pulg, lo cual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango. Si esto no fuera posible, como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos, deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente.

4.6

Botas decantadoras y “sombreros” de separación de livianos Cuando existe una cantidad relativamente pequeña de la fase líquida pesada (por ejemplo, agua), ésta, a veces, se retira a través de una bota localizada en el fondo del tambor. La bota permite una reducción en el tamaño del tambor eliminando la capa de la fase pesada en el fondo del mismo. Para satisfacer las consideraciones mecánicas y económicas, los diámetros de las botas no deberían exceder los siguientes valores:

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Dtamb

mm 1000 >1000, 40, 500 psig

P < 1700 kPag 1700 kPag < P< 3400 kPag P > 3400 kPag

1.5 < Leff/D < 3.0 3.0 < Leff/D 500 psig

P < 1700 kPag 1700 kPag < P< 3400 kPag P > 3400 kPag

1.5 < Leff/D < 3.0 3.0 < Leff/D 500 psig

P < 1700 kPag 1700 kPag < P< 3400 kPag P > 3400 kPag

1.5 < Leff/D < 3.0 3.0 < Leff/D 500 psig

P < 1700 kPag 1700 kPag < P< 3400 kPag P > 3400 kPag

1.5 < Leff/D < 3.0 3.0 < Leff/D 35 Agua o soda cáustica Agua Furfural Metil–Etil–Cetona Agua Sec–butil–alcohol Agua Metil–isobutil–Cetona Agua Otros casos

4.3

mm 0.127 0.089 0.089 0.089 0.089 0.089 0.127

pulg 0.005 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.005

Niveles/tiempos de residencia A continuación se presentarán definiciones y comentarios sobre niveles de líquido, tiempos de residencia y temas relacionados, con el objetivo de justificar criterios y procedimientos de diseño que se mostrarán posteriormente.

4.3.1

Identificación de los niveles en un recipiente De acuerdo a lo normalmente empleado en la IPPCN para hablar de niveles en un recipiente líquido–vapor, tenemos la siguiente tabla (Ver Figs. 1. y 2.)

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ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Siglas típicas en español NAAL NAL NNL NBL NBBL NAI NBI

Descripción típica

Nivel alto–alto de líquido Nivel alto de líquido Nivel normal de líquido Nivel bajo de líquido Nivel bajo–bajo de líquido Nivel alto de interfase Nivel bajo de interfase

Siglas típicas en inglés HHLL HLL NLL LLL LLLL HIL LIL

Para efectos de consistencia en la discusión en el MDP de tambores, se usarán las siglas típicas en español para identificar los diferentes niveles. 4.3.2

Volumen de operación de la fase liviana Es el volumen de líquido liviano existente entre NAL y NBL. Este volumen, también conocido como volumen retenido de líquido liviano, y en inglés como “light liquid surge volume” o “light liquid holdup”, se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen de líquido liviano para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación.

4.3.3

Tiempo de residencia de operación de la fase liviana Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido liviano puede llenar el volumen de operación de la fase liviana en el recipiente bajo estudio. La mayoría de las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operación de la fase liviana, lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAL y NBL. También es conocido en inglés como “light liquid surge time”.

4.3.4

Volumen de operación de la fase pesada Es el volumen de líquido pesado existente entre NAI y NBI. Este volumen, también conocido como volumen retenido de líquido pesado, y en inglés como “heavy liquid surge volume” o “heavy liquid holdup”, se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen de líquido pesado para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación.

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4.3.5

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Tiempo de residencia de operación de la fase pesada Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido pesado puede llenar el volumen de operación de la fase pesada en el recipiente bajo estudio. La mayoría de las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operación de la fase pesada, lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAI y NBI. También es conocido en inglés como “heavy liquid surge time”.

4.3.6

Tiempo de respuesta o de intervención del operador Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores), en responder cuando suena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbación operativa que originó la alarma, antes que otros sistemas automatizados (Interruptores o “switches” de nivel), originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba, sería muy engorroso que la bomba se quedara “seca”, es decir, que no tuviera líquido que bombear, ya que eso podría dañar al equipo; y si, a su vez, la bomba alimenta a un horno, se podría generar una emergencia mayor en la planta por rotura de un tubo del horno, ya que éste, a su vez, ha quedado “seco”. Por esa razón, el tambor alimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAL y NBL, y con interruptores y/o alarmas de NAAL y NBBL: al sonar la alarma de NBL, los operadores investigarían y resolverían, en menos del llamado “tiempo de respuesta del operador”, el problema que originó la reducción de nivel; en el caso que no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado, el interruptor de NBBL activaría una parada segura de la bomba y, seguramente, una parada segura del horno y de toda la planta. Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la IPPCN, es dífícil establecer un criterio uniforme acerca de cuál es el “tiempo promedio de respuesta del operador”; sin embargo, se usará, como criterio general, que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retención de líquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL), será de cinco minutos.

4.3.7

Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al líquido que debe satisfacer el llamado “tiempo de respuesta o de intervención del operador”: de acuerdo a lo expresado en 4.3.6, cuando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAL o NBBL, se tendrán cinco minutos adicionales de tiempo de residencia de líquido por interruptor/alarma, lo que indica que, cuando se tiene NAAL y NBBL, se añaden 10 minutos de tiempo de residencia, a lo cual corresponde un volumen de líquido de emergencia de 10 minutos del máximo flujo de líquido.

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Nivel bajo–bajo de líquido liviano (o bajo, cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel bajo–bajo de líquido liviano, si se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo de líquido liviano, (o nivel bajo, si no se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo), hasta el Nivel alto de interfase (cuando se tengan dos fases líquidas en el tambor), o hasta el fondo del recipiente (cuando existe una bota decantadora), es 230 mm mínimo (9 pulg). Sin embargo, este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo de residencia del líquido liviano, para lograr decantación exitosa del líquido pesado, como se verá posteriormente en los procedimientos de diseño. Para el caso del balde de líquido liviano, de separadores con compartimientos separados, medido desde el fondo del balde, este valor se conoce como hBBALDE–NBL. Para el caso del compartimiento de líquido pesado, de separadores con compartimientos separados, medido desde el fondo del tambor, este valor se conoce como hVNBBL.

4.3.9

Nivel bajo de interfase La distancia mínima desde el nivel bajo de interfase, hasta el fondo del recipiente, ya esté en una bota decantadora, o en un tambor con líquido pesado en el cuerpo cilíndrico, es 230 mm mínimo (9 pulg).

4.3.10

Criterios para fijar el volumen de operación/tiempo de residencia La tabla siguiente, presenta criterios para fijar el volumen de operación o tiempo de residencia de líquido, para ciertos servicios específicos:

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Descripción (para una fase líquida)

Tiempo de Residencia de Operación, min

Tambores de Alimentación a Unidades

Alimentación desde otra unidad (diferente cuarto de control) Alimentación desde otra unidad (mismo cuarto de control) Alimentación desde tanquería lejos del area de operación

20 15

15–20

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Otros Tambores

Alimentación a una columna (diferente cuarto de control) Alimentación a una columna (mismo cuarto de control) Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, directo, sin bomba Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, directo, con bomba Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, con bomba, que pasa a través de un sistema de intercambio calórico Unica carga a un horno de fuego directo

4.3.11

7 5 2

5

3–5

10

Tiempos de residencia de las fases líquidas pesada y liviana, calidad de separación de las fases y efectos sobre el diseño del separador La mayoría de las aplicaciones de la IPPCN para tambores separadores vapor líquido líquido, incluyen, como fase líquida pesada, una relativamente pequeña cantidad de agua, y como fase líquida liviana, una relativamente grande cantidad de hidrocarburos líquidos. Además, casi siempre el procesamiento aguas abajo de los hidrocarburos líquidos es de capital importancia, por lo que se le fijan relativamente altos tiempos de residencia de operación en el separador, con el objetivo de garantizar una operación confiable y “ayudar” a que la separación líquido–líquido sea óptima.

Mientras tanto, casi siempre el procesamiento posterior del agua separada, es de menor cuantía y no afecta partes críticas del proceso, por lo cual, regularmente, se le asignan tiempos de residencia de operación relativamente bajos. En el caso que este último criterio no aplique, como es el caso de alimentación a despojadores de aguas agrias, los tiempos de residencia del agua aumentan dramáticamente. 4.3.12

Longitud efectiva de operación (Leff) Es la longitud de tambor requerida para que se suceda la separación vapor/gas–líquido–líquido, y se puedan tener los volúmenes requeridos de líquido, tanto de operación como de emergencia. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros cálculos de proceso.

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En el caso de tambores horizontales de una sola boquilla de alimentación, corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la de salida de gas, la cual es la distancia horizontal que viaja una gota de líquido desde la boquilla de entrada, hasta que se decanta totalmente y se une al líquido retenido en el recipiente, sin ser arrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas. Sin embargo, para obtener la longitud tangente–tangente del tambor horizontal, es necesario sumar los tamaños de las boquillas antes mencionadas, las tolerancias de construcción necesarias para soldar dichas boquillas, soldar los cabezales o extremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. A criterio del diseñador de procesos, éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente, y esperar que la especialidad mecánica complete el diseño del tambor, para luego verificar si se cumple la separación. 4.3.13

Diferencia mínima de nivel entre NAAL y NBBL Se fija como diferencia mínima de nivel entre NAAL y NBBL, 360 mm o 14 pulg, lo cual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango. Si esto no fuera posible, como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos, deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente.

4.3.14

Diferencia mínima de nivel entre NAI y NBI Se fija como diferencia mínima de nivel entre NAI y NBI, 360 mm o 14 pulg, lo cual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango. Si esto no fuera posible, como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos, deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente.

4.3.15

Interfase en separadores con compartimientos separados Como ya fue mencionado en 4.1, el nivel de interfase viene fijado por las propiedades de las fases líquidas, el flujo de la fase líquida pesada, y la diferencia de alturas entre el rebosadero del balde de fase líquida liviana, y el vertedero del líquido pesado Las alturas de dichas placas de rebose del líquido liviano y del líquido pesado, se ajustan para mantener, por lo menos, una capa de líquido liviano de 230 mm (9 pulg) de profundidad, en el compartimiento de decantación. La diferencia de dichas alturas es (Ec. (4)):







ρQ QW h OB–h WB  hOW 1– ρ F 11 Lc W

Ec. (4)

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donde:

ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ hOB

=

hWB

=

hOW

=

QW LC

= =

rO

=

rW

=

F11

=

Distancia vertical del fondo del tambor al tope del rebosadero del balde de líquido liviano Distancia vertical del fondo del tambor al tope del vertedero de líquido pesado Distancia vertical desde la interfase líquido liviano/líquido pesado hasta el tope del rebosadero del balde de líquido liviano (230 mm (9 pulg) mínimo) Flujo de líquido pesado Longitud de la cuerda en el tope del vertedero de líquido pesado Densidad (a condiciones de operación), de la corriente más pesada de líquido liviano alimentada al tambor. Si la densidad del líquido liviano es desconocida, use 900 kg/m3 (56 lb/pie3) Densidad líquido pesado a condiciones de operación Factor que depende de las unidades usadas

En unidades SI m

En unidades inglesas pulg

mm

pulg

mm

pulg

m3/s mm

pie3/s pie

kg/m3

lb/pie 3

kg/m3

lb/pie 3

67025.7

5.384

La ecuación (4), la cual se basa en el flujo de un vertedero rectangular, toma en cuenta la presencia de las dos fases líquidas en el compartimiento de decantación y de un cabezal de líquido pesado por encima del tope del vertedero de líquido pesado.

4.4

Botas decantadoras Cuando existe una cantidad relativamente pequeña de la fase líquida pesada (por ejemplo, agua), ésta, a veces, se retira a través de una bota localizada en el fondo del tambor. La bota permite una reducción en el tamaño del tambor eliminando la capa de la fase pesada en el fondo del mismo. Para satisfacer las consideraciones mecánicas y económicas, los diámetros de las botas no deberían exceder los siguientes valores:

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Dtamb

mm 1000 >1000, 40, 500

1.5 < F24Leff/D < 3.0 3.0 < F24Leff/D 500

1.5 < F24Leff/D < 3.0 3.0 < F24Leff/D