Dispositivo de Entrada en Vasos Separadores

Los vasos separadores son unidades de segregación de fases comunes a numerosas etapas de diferentes procesos. Particularmente, son uno de los principales pilares de las etapas de upstream, que entre otras atribuciones, se destinan al transporte del petróleo extraído hasta las refinerías. Esto se debe a que garantizan que el sistema de compresión funcione libre de líquidos y se cumplan las especificaciones técnicas para BS&W (Agua y Sedimentos Básicos) y AP (Agua Producida).

Estos son vasos horizontales o verticales instalados tanto en estaciones onshore como en plataformas, y pueden clasificarse, en primer lugar, de acuerdo con el tipo de separación que deben realizar, como separación Gas-Líquido, Líquido-Líquido o Gas-Líquido-Líquido, este último en situaciones donde líquidos inmiscibles están presentes simultáneamente. Otra clasificación común es según su presión de operación, pudiendo ser baja (comúnmente entre 0,7 y 12 bar), media (comúnmente entre 15 y 48 bar) y alta (comúnmente entre 65 y 103 bar).

Para cumplir con sus objetivos, los separadores deben adaptarse para manejar diversos efectos secundarios que contribuyen a la complejidad de su diseño. Los gases deben cumplir con cantidades mínimas de líquido, el petróleo debe tener vestigios de agua controlados y viceversa. Pero para cumplir con estos requisitos, el separador debe ser capaz de lidiar con contenidos de sólidos (arena), emulsiones y formación de espuma, entre otros.

Uno de los puntos más fundamentales para el desempeño de los vasos separadores son los dispositivos de entrada, muchas veces descuidados. La entrada de estos vasos puede afectar sustancialmente su rendimiento. Por tanto, la experiencia y la pericia en diseño, la selección adecuada de internos y una serie de buenas prácticas y cuidados deben ser seguidos y gestionados para que el separador funcione con el éxito requerido.

En el dimensionamiento de vasos separadores, ya sea para operaciones gas-líquido, líquido-líquido o gas-líquido-líquido, es necesario determinar cuáles son las fases dispersas y cuál es el diámetro mínimo de recolección que puede ser separado. Estos diámetros de corte se calculan con bastante éxito utilizando las ecuaciones de Stokes y de Souders-Brown, junto con el dimensionamiento de la eficiencia de los internos de separación.

La función de un dispositivo de entrada de fluido es la reducción de su momentum de entrada al vaso. El momentum inicial se calcula multiplicando la densidad de la mezcla por el cuadrado de la velocidad de llegada de la misma. Cuanto mayor es este valor, mayor será el efecto de la interacción del fluido con los cuerpos presentes dentro del vaso.

El Patrón de Dirección del Flujo es fundamental para determinar si el fluido llega de manera uniforme a los eliminadores y coalescedores. La uniformidad de velocidades en el equipo de separación es uno de los factores que garantiza que el mismo tenga el desempeño esperado. La reducción de la velocidad de entrada de la mezcla al vaso aporta dos grandes beneficios:

• Permite una pre-separación de fases, reduciendo la carga que debe manejar el vaso separador;
  • Ayuda en la distribución de velocidades de llegada a los equipos de separación.

La mala distribución en la boquilla es un efecto que puede minimizarse e incluso eliminarse con la utilización de un dispositivo de entrada.

Esta mala distribución ocurre porque los accidentes de la tubería de alimentación del vaso influyen en el patrón del flujo bifásico que lo alimenta, causando una distorsión en su distribución de velocidades y en su régimen de flujo.

Las buenas prácticas de ingeniería sugieren el uso de 10 diámetros de tramo recto de tubo antes de la alimentación de estos vasos.

Pero esto no siempre es posible. Los dispositivos de entrada deben ser considerados especialmente en casos donde existen interferencias de Layout, especialmente para los casos que exigen cuidado, o que serían inaceptables desde el punto de vista de eficiencia del vaso separador.

El Cizallamiento de Gotas citado, ocurre cuando, debido a la alta velocidad y momentum de entrada, el fluido choca con fuerza en las paredes del vaso, haciendo que las gotas a ser separadas se cizallen, reduciendo su tamaño, pudiendo así modificar los parámetros para los cuales el vaso fue dimensionado, haciendo más difícil la separación.

Además, el dispositivo de entrada debe ser pensado con cuidado, pues mecanismos más simples, como placas deflectoras, también tienen sus problemas asociados, como el Rearrastre.

Se entiende por rearrastre cualquier arrastre de líquido ya recolectado.
Las placas deflectoras redireccionan el flujo de entrada de gas hacia el fondo de los vasos, sin embargo, existen casos donde la reducción de momentum no es suficiente, y el fluido es redireccionado a una región donde existe una retención de líquido recolectado, pudiendo suspender gotículas a través de la interacción del flujo de entrada con la interfaz de este nivel de líquido.

Clark Solutions tiene extensa experiencia en la selección, dimensionamiento, diseño y simulación de Dispositivos de Entrada, pudiendo auxiliar y proporcionar las soluciones más adecuadas hechas a medida para el proceso y operación pretendida, ofreciendo dispositivos ciclónicos, aletados, tangenciales, y de otros diversos tipos, con sus tecnologías EvenFlow®, FoamBreaker® y VaporHorn.

Para fijarse al vaso, los dispositivos, así como los demás internos dimensionados y proyectados por Clark Solutions cuentan con un sistema de soporte sin soldadura, proyectado para posicionar todos los internos solamente con trabas mecánicas, eliminando cualquier necesidad de soldadura. Pueden ser dimensionados para cualquier vaso e instalados a partir del boca de visita.

Esto trae una serie de ventajas, permitiendo menor tiempo de parada en la sustitución de internos, y eliminando la necesidad de aislamiento de área y re-certificación del vaso para la NR-13 debido a las soldaduras, que son eliminadas en el sistema de trabado de los internos.