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MANUAL ESPECIALIZADO EN TRATADOR TERMOELECTROSTATICO

ANGELA PATRICIA LOZANO GONZALEZ JONATHAN ARLEX TORRES VALENCIA HERNAN GUSTAVO LEDESMA ROCHA

CORPORACION INSTITUCIONAL DEL PETROLEO “COINSPETROL” TECNICO LABORAL EN PRODUCCION DE POZOS DE PETROLEO Y FACILIDADES DE SUPERFICIE VILLAVICENCIO - META 2009 1


MANUAL ESPECIALIZADO EN TRATADOR TERMOELECTROSTATICO

ANGELA PATRICIA LOZANO GONZALEZ JONATHAN ARLEX TORRES VALENCIA HERNAN GUSTAVO LEDESMA ROCHA

TRABAJO DE GRADO PRESENTADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE TÉCNICO EN PRODUCCIÓN DE POZOS Y FACILIDADES DE SUPERFICIE

CORPORACION INSTITUCIONAL DEL PETROLEO “COINSPETROL” TECNICO LABORAL EN PRODUCCION DE POZOS DE PETROLEO Y FACILIDADES DE SUPERFICIE VILLAVICENCIO - META 2009 2


NOTA DE ACEPTACION

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DIRECTOR DE PROYECTO

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Villavicencio, octubre de 2009 DEDICATORIA

Dedico este proyecto a COINSPETROL porque como alumno y futuro técnico de producción de pozos de petróleo y facilidades de superficie, me siento muy satisfecho de haber realizado mis estudios en esta corporación tan prestigiosa, que nos ha fundamentado con muy buenos conocimientos y nos ha enriquecido como personas a lo largo de nuestra técnica; y a mis padres porque gracias a su apoyo moral y económico he podido llegar a superarme como persona.

HERNAN GUSTAVO LEDESMA ROCHA

Este logro se lo dedico especialmente a Dios por darme la fortaleza de crecer día a día pero en este caso esta dedicatoria es por escucharme y ayudarme ante todos mis momento de debilidad. A mi madre por ser la persona que me apoyo moralmente, por estar siempre conmigo, dándome sus consejos para ser una persona integra en mis futuras labores.

JONATHAN ARLEX TORRES VALENCIA

Dedico este proyecto a mis padres y a COINSPETROL porque con ellos nos orientamos para llegar ser muy buenos técnicos en producción de pozos de petróleo y puedo decir que estoy satisfecha de los conocimientos que nos transmitieron cada uno de los docentes y que nos enriquecieron como persona en el tiempo de formación académica en esta corporación tan prestigiosa.

ANGELA PATRICIA LOZANO GONZALEZ

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AGRADECIMIENTOS

Agradezco muy cordialmente a la colaboración del doc. LUIS FERNANDO HERNANDEZ del área de Sociología, por la información suministrada para la organización de este proyecto. También quiero agradecerle muy cordialmente al Ing. GILBERTO CARDENAS RODRIGUEZ por todo el conocimiento y colaboración que nos brindo. Al Ing. DIEGO CARDONA le agradezco muy cordialmente ya que el también nos brindó gran conocimiento e información acerca del el proyecto. Igualmente quería felicitar y agradecer al resto de los docentes de COINSPETROL por el gran apoyo que nos han brindado.

HERNAN GUSTAVO LEDESMA ROCHA

Agradezco al Ing. DIEGO CARDONA por habernos brindado información muy valiosa para la realización de este proyecto. Del mismo modo al Ing. GILBERTO CARDENAS RODRIGUEZ por transmitirnos sus amplios conocimientos y su contribución que fueron las bases para un excelente resultado. Felicitar y agradecer a todo el cuerpo de docentes de COINSPETROL por el gran apoyo suministrado.

JONATHAN ARLEX TORRES VALENCIA

Agradezco primeramente a Dios y a mis padres por haberme dado la vida y tenerme donde estoy y hacer posible unas de mis metas, al ingeniero Luis Fernando Hernández por habernos transmitido conocimientos acerca del proyecto y al Licenciado Gilberto Cárdenas Rodríguez por habernos orientado en la realización de nuestro proyecto. Igualmente quiero agradecer a los directivos y al resto de los docentes de COINSPETROL por habernos transmitido sus conocimientos.

ANGELA PATRICIA LOZANO GONZALEZ 5


CONTENIDO INTRODUCCION................................................................................................................. 8 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................... 9 2. JUSTIFICACION ........................................................................................................ 10 3. ALCANCES Y LIMITACIONES ................................................................................ 11 4. OBJETIVOS ................................................................................................................ 12 4.1. OBJETIVO GENERAL .......................................................................................... 12 4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................... 12 5. TRATADOR TERMOELECTROSTATICO............................................................. 13 5.1. COMPONENTES EXTERNOS ........................................................................... 14 5.2. SECCIONES INTERNAS ..................................................................................... 16 6. OPERACIÓN DEL TRATADOR ELECTROSTÁTICO ......................................... 21 6.1. VISTAZO AL MATERIAL ...................................................................................... 21 6.2. SECCIÓN DE ENTRADA ..................................................................................... 21 6.3. SECCIÓN DE INUNDACIÓN............................................................................... 22 6.4. SECCIÓN DE TRATAMIENTO ........................................................................... 22 6.5. SISTEMA ELÉCTRICO ........................................................................................ 22 6.6. NIVELES DE FLUIDOS ........................................................................................ 23 6.7. TEMPERATURA DE OPERACIÓN .................................................................... 24 6.8. PRESIÓN OPERANTE ......................................................................................... 25 6.9. LOCALIZACIÓN DE FALLAS Y AVERÍAS ........................................................ 26 7. DESHIDRATACIÓN DE CRUDO CON POLARIDAD DUAL .............................. 27 7.1. LOS COMPUESTOS DEMULSIFICANTES PUDEN REMOVER HASTA EL 95% DE AGUA............................................................................................................... 28 7.2. EL USO INDISCRIMINADO DEL CALOR COMO MÉTODO PRIMARIO DE LA REMOCIÓN DE AGUA PUEDE SER UN DESASTRE ECONÓMICO ........... 28 8. CAMPO ELECTROSTÁTICO .................................................................................. 30 8.1. LA COMPOSICIÓN MOLECULAR DEL AGUA FORMANDO UN DIPOLO ES LA BASE PARA LA COALESCENCIA ELECTROSTÁTICA ........................... 30 8.2. EL ALTO POTENCIAL DC FORZA LA MIGRACIÓN DE LA GOTA DE AGUA HASTA QUE LAS GOTAS ADQUIEREN EL TAMAÑO SUFICIENTE PARA PRECIPITARSE ................................................................................................ 33 9. DISEÑO DEL TRATADOR TERMO-ELECTROSTATICO .................................. 34 9.1. PROCEDIMIENTO ................................................................................................ 34 10. EJEMPLO DE DISEÑO DE UN TRATADOR TERMO-ELECTROSTÁTICO ... 38 10.1. DATOS .................................................................................................................. 38 11. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 42 12. CYBERGRAFIA .......................................................................................................... 43 13. BIBLIOGRAFIA........................................................................................................... 43 6


LISTA DE FIGURAS figura 1. Tratador Electrostรกtico Horizontal. .................................................................. 13 Figura 2. Componentes Externos. .................................................................................. 14 Figura 3. Componentes Externos. .................................................................................. 16 Figura 4. Secciones Internas. .......................................................................................... 16 Figura 5. Componentes Internos. ................................................................................... 17 Figura 6. Componentes Internos .................................................................................... 18

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INTRODUCCION

En la actualidad dos terceras partes de la producción mundial de crudo se obtiene en forma de emulsión, que necesariamente debe ser tratada. El agua salada fluye con el aceite en forma de baches, más o menos grandes, o como pequeñas gotas dispersas en forma estable en la masa del aceite. En el primer caso se trata de una simple mezcla de aceite y agua. En el segundo de una emulsión. Los problemas de desemulsificación de crudos son cada vez más difíciles de resolver, ya que el aceite producido bajo los modernos métodos de recuperación adquiere un grado mayor de emulsificación. Los métodos de tratamiento de las emulsiones han evolucionado notablemente, desde el simple reposo en vasijas convencionales hasta la aplicación de voltajes eléctricos elevados, pasando por los diferentes métodos mecánicos, térmicos y químicos. Generalmente, el tratamiento de las emulsiones se efectúa combinando los efectos gravitacionales, mecánicos, térmicos, químicos y eléctricos. Aunque el conocimiento de la naturaleza de las emulsiones de agua y aceite han influido en el establecimiento de la tecnología básica para su tratamiento, los enfoques empíricos para el desarrollo de procesos y productos, en estudios de laboratorio, plantas piloto e instalaciones de campo siguen siendo factores decisivos. El desarrollo de productos químicos que ayudan a la desemulsificación, no es la excepción. Queda manifiesta la importancia de la deshidratación y desalado al nivel más alto posible, mediante la selección apropiada del proceso y equipo de campo.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad no existe facilidad para que los estudiantes e integrantes de COINSPETROL puedan tener acceso inmediato a la información correspondiente a tratadores termoelectrostáticos, pues no es una información que se maneje masivamente en internet u otros medios de consulta. Esta información es fundamental para el desarrollo de asignaturas como Producción de pozos de petróleo y facilidades de superficie, razón por la cual se hace necesario realizar este manual para la consulta de la comunidad educativa de COINSPETROL y todos los interesados en este tema.

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2. JUSTIFICACION

Hoy en día en la industria petrolera uno de los objetivos principales es el tratamiento de crudo, razón por la cual los aspirantes a técnicos laborales egresados de COINSPETROL deben conocer uno de los equipos necesarios para este fin. Actualmente en la biblioteca de COINSPETROL no existen muchos documentos de consulta para que los alumnos e interesados en el tema puedan acceder a la información de tratadores termoelectrostáticos, razón por la cual decidimos realizar este manual. Este manual tiene como finalidad ser práctico para los técnicos que van a trabajar en la industria y que se constituya como un documento de consulta para los estudiantes.

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3. ALCANCES Y LIMITACIONES

El presente proyecto desarrollará un manual orientado a ser una herramienta de consulta, mediante el cual se estructura información sobre funcionamiento de tratadores y puntos primordiales para el adecuado manejo y mantenimiento. Quienes se verán beneficiados con el presente manual serán los estudiantes, técnicos e ingenieros que lleguen a desempeñarse en estaciones de tratamiento de petróleo y necesiten un apoyo que les brinde mayor seguridad al momento de realizar las respectivas actividades.

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4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL Elaborar un manual de producción de pozos de petróleo y facilidades de superficie especializado en tratadores termoelectrostáticos.

4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Identificar la importancia de los tratadores termoelectrostáticos a la hora de tratar crudo y agua.

Saber los procesos que realiza el tratador termoelectrostático durante el tratamiento de crudo y agua.

Distinguir las partes del tratador termoelectrostático.

Conocer las ventajas y desventajas de este equipo de producción.

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5. TRATADOR TERMOELECTROSTATICO

Un tratador termo-electrostático es un tanque a presión que combina todo el equipo necesario para tratar la emulsión. Se conoce también con el nombre de tratador químico eléctrico. Su objetivo principal es separar la emulsión y permitir al agua sedimentarse, para permitir la obtención de crudo limpio. El tratador termo-electrostático, como cualquier otro tratamiento de emulsión, usa calor y químicos para separar la emulsión. Sin embargo, el tratador electrostático también hace uso de cargas eléctricas para ayudar a las gotas de agua a combinarse entre sí, para poder sedimentarse. Los tratadores termo-electrostáticos reciben la emulsión cuando ésta ya ha sido tratada químicamente. La emulsión entra por la parte superior y fluye horizontalmente a través de varias secciones de tratamiento.

FIGURA 1. Tratador electrostático horizontal.

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5.1. COMPONENTES EXTERNOS 

HORNOS: Los hornos contienen gas incinerador que provee al tratador una fuente de calor. La mayoría de los tratadores electrostáticos tiene dos o tres hornos.

CHIMENEAS: Las chimeneas son cilindros de metal a través de los cuales los gases escapan después de fluir a través de los tubos de fuego.

TERMÓMETRO: El termómetro indica la temperatura a la cual la emulsión está siendo tratada.

TERMOPOZO: Provee un lugar para la sonda del termostato, la cual permite mantener la temperatura deseada dentro del tanque.

LÍNEA O TUBERÍA DE ENTRADA: Conducto a través del cual los fluidos entran al tratador.

EQUILIBRADOR DE GAS: Este tubo permite que la presión del gas se iguale o empareje entre las secciones internas del tratador.

SALIDA DEL GAS: El gas abandona el tratador y pasa a la línea de salida del gas de este conducto.

FIGURA 2. Componentes externos.

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VÁLVULA DE CONTRA PRESION DE GAS: Esta válvula, ubicada en el punto de salida del gas, mantiene suficiente presión en el tanque como para permitir la eliminación de líquidos.

DISPOSITIVO DE SEGURIDAD: Puede se una válvula de alivio, un disco de ruptura, o ambos. Están diseñados para reventarse si demasiada presión se acumula en el tratador.

LINEA COMPENSADORA DE GAS: Algunos tratadores pueden tener este conducto con un regulador para mantener la presión operante apropiada en la unidad.

SALIDA DE AGUA LIBRE: El agua libre, el cual se ha sedimentado al separarse de la emulsión, abandona la unidad a través de esta línea de salida ubicada en el fondo del tratador.

CONTROL DE NIVEL DEL AGUA LIBRE: Este dispositivo mantiene el nivel de agua libre en el tratador.

VÁLVULA DE ELIMINACIÓN DE AGUA LIBRE: Esta agua esta ubicada en la línea de salida de agua libre y permite a esta abandonar el tanque.

SALIDA DE CRUDO: El crudo abandona el tratador y entra a la línea de salida a través de esta.

VÁLVULA DE ELMINACION DEL CRUDO: Está ubicada en el conducto de salida del crudo y permite que el crudo limpio abandone el tratador.

SALIDA DE AGUA TRATADA: El agua tratada, el cual se ha sedimentado al separarse del crudo, abandona la unidad a través de esta salida ubicada en el fondo del tratador.

VÁLVULA DE ELIMINACIÓN DE AGUA TRATADA: Está ubicada en la línea de salida del agua tratada y permite que esta salga del tanque.

CONTROL DE NIVEL DE AGUA TRATADA: Este dispositivo mantiene el nivel de agua tratada en el tanque.

DRENAJE: En el fondo del tratador hay drenajes para vaciar el tanque para realizar reparaciones o para la eliminación de sólidos acumulados.

TRANSFORMADOR: Aumenta el voltaje de la corriente que entra para crear un campo electrostático de alto voltaje.

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MIRILLAS DE VIDRIO: Permiten al bombeador ver los niveles del área de contacto del agua y el crudo en el tratador, y lo ayudan a determinar los niveles de fluidos anormales.

LINEAS SUPLIDORAS DE GAS / AIRE: Proveen gas o aire comprimido a los niveles de control para que se puedan operar con propiedad. Estas líneas usualmente contienen un regulador, un colector de gotas y un filtro para ayudar a suplir gas seco y limpio o aire comprimido a los controles de nivel.

FIGURA 3. Componentes externos.

5.2. SECCIONES INTERNAS

Figura 4. Secciones internas.

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SECCION DE ENTRADA: Es la primera sección que recibe la emulsión y la cual tiene dos propósitos. El gas arrastrado hasta allí se separa y abandona el tratador a través de su salida respectiva, evitando así causar agitación a la emulsión mas tarde. También, el agua libre que se ha separado al entrar al tratador, después de ser calentada por los tubos de fuego, cae al fondo del tanque de donde es drenada hacia el exterior de la unidad.

 DEFLECTOR: Separa el área de separación de gas del área de calentamiento en la sección de entrada. Ayuda a dirigir la emulsión entrante hacia el fondo del tratador.  BAJANTE EN FORMADE U: Cubre los tubos de fuego en el área de separación de gas. Dirige la emulsión entrante hacia el fondo del tratador.  LAVADOR DE AGUA: En esta área de la sección de entrada, la emulsión libera agua libre. El lavado del agua es el proceso en el cual las gotas de agua más grandes se combinan entre sí con otras más pequeñas para sedimentarse y ser eliminadas.

Figura 5. Componentes internos.

 DISPENSADOR DE FLUJO: Dispersa la emulsión a todo lo largo de los tubos de fuego para asegurar el máximo uso del área de calentamiento, usando toda la superficie de estos tubos.  TUBOS DE FUEGO: Los tubos de fuego proveen calor a la emulsión causando la disminución de la viscosidad del crudo, para que las gotas de agua se puedan sedimentar.

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 DIQUE: Es una estructura similar a una represa sobre la cual pasa la emulsión proveniente de la sección de entrada, para luego fluir hacia la sección de inundación. 

SECCION DE INUNDACIÓN: Es la sección media y sirve para mantener la sección de tratamiento llena de líquido, sin gas en la parte superior. TUBO DISTRIBUIDOR DE CRUDO LIMPIO: Este tubo conecta al cabezal colector de crudo limpio con la salida de crudo ubicada cerca al fondo de la sección de inundación.

SECCION DE TRATAMIENTO: Lugar donde ocurre el tratamiento final y la sedimentación de la emulsión.  DISPENSADOR DE FLUJO: Recibe la emulsión de la sección de inundación y la dispersa a lo largo de la sección de tratamiento para asegurar su distribución uniforme sobre las rejillas eléctricas.  REJILLAS ELECTRICAS: Son un par de rejillas hechas de varillas de acero. La más baja esta cargada eléctricamente, mientras que la más alta esta adherida a las paredes del tanque. Las rejillas están suspendidas en el casco del tanque con barras colgantes aisladas.

Figura 6. Componentes internos

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 CABEZAL COLECTOR DE CRUDO LIMPIO: Este cabezal corre horizontalmente a través de la parte superior de la sección de tratamiento y es usado para desnatar el crudo limpio del tanque. 

DISPOSITIVOS DE OBSERVACIÓN, VIGILANCIA Y SEGURIDAD: Para operar con propiedad y seguridad, cada tratador esta equipado con dispositivos de observación y seguridad.  PARALLAMAS: Ubicados al frente de los hornos. Poseen una serie de vetas de aluminio, bien cerca la una de la otra, para que el calor generado por los hornos se disperse en el aire, y evitar que se forme un fuego en la parte exterior del tanque.  DEPURADOR DEL GAS COMBUSTIBLE: Previene que los líquidos lleguen hasta los incineradores con el gas combustible. Si el depurador se llena de líquido, se eleva un flotador que cierra la válvula la cual impide que el gas llegue a los incineradores, previniendo la posibilidad de un incendio. El depurador tiene una válvula de drenaje que debe ser abierta todos los días por el bombeador para drenar los líquidos que se hayan colectado allí.  VÁLVULA DE ALIVIO Y SEGURIDAD: La válvula de alivio y seguridad es un dispositivo de alivio que se abre para aliviar la presión excesiva dentro de un tanque o tubería. También se conoce con el nombre de válvula de seguridad con resorte o de disparo.  DISCO DE RUPTURA: Es un dispositivo a prueba de fallas que se revienta por sí mismo a una presión predeterminada. Esta predeterminación se establece usualmente a la máxima presión operante de seguridad del tratador, o por debajo de esta.  LAS MIRILLAS DE VIDRIO: No son dispositivos de seguridad por si mismas, pero contienen características de seguridad dentro de ellas. Es la mejor forma que permite, al bombeador, ver si el tratador esta haciendo un buen trabajo. Si la mirilla se rompe, su dispositivo de seguridad provocara que una bola de acero se sitúe cerrando el flujo.  CONTROL DE BAJO NIVEL: Dispositivo de seguridad instalado en el tratador electrostático para asegurar que los tubos de fuegos estén siempre cubiertos de líquido. Está diseñado para interrumpir el incinerador si el nivel de líquido cae por debajo del nivel deseado. Cuando se cierran los incineradores, se impide que los tubos de fuego se recalienten lo cual crearía falla en los tubos de riegos de seguridad.

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 LUZ INDICADORA: Localizada en el transformador. Permanece encendida mientras las rejillas eléctricas están funcionando propiamente, a menos que el tratador pierda la energía.  VOLTÍMETRO: Mide el voltaje de la electricidad que entra al tratador. Su lectura debe ser de 220 a 440 voltios AC durante operaciones normales, dependiendo de la fuente de energía.  CORTACIRCUITO: Ubicado entre la fuente de energía y el transformador, protege al transformador de incrementos repentinos de energía.  AMPERÍMETRO: Algunos tratadores electrostáticos tienen un amperímetro para medir la potencia de la corriente eléctrica a través de las rejillas.

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6. OPERACIÓN DEL TRATADOR ELECTROSTÁTICO 6.1. VISTAZO AL MATERIAL Los tratadores electrostáticos son usados para separaciones de tres fases: separando crudo, agua y gas. Substancias químicas son inyectadas a la corriente de la emulsión que entra al tratador. Por lo tanto, el proceso ya ha comenzado cuando la emulsión entra al tratador. La emulsión entra a la sección de entrada por la parte superior de la unidad y cae al fondo el tanque. Luego viaja hacia arriba a través de los tubos de fuego y se derrama sobre un dique, pasando a la sección de inundación. De esta sección la emulsión fluye a través del dispersador hacia la sección de tratamiento, donde la separación final del agua y crudo toma lugar. 6.2. SECCIÓN DE ENTRADA La emulsión entra al tratador, se riega sobre el bajante en forma de U y fluye hacia el fondo del tanque. El gas libres es liberado cuando la emulsión choca contra el bajante y se eleva hasta la parte superior de la sección de entrada. La mayor parte del agua contenida en la emulsión se sedimenta y los líquidos restantes más ligeros se mueven hacia arriba, a través del agua, lo cual les sirve como un baño caliente. A medida que la emulsión continúa su ascenso, fluye a través del dispersador y a lo largo de los tubos de fuego. Esta acción asegura el máximo uso del calor para el calentamiento de la emulsión. Varias cosas suceden cuando la emulsión se mueve hacia arriba a través de los tubos de fuego. Los tubos de fuego calientan la emulsión, lo cual ayuda en la separación del crudo y el agua. La emulsión caliente se eleva y derrama sobre el dique ubicado fuera de la sección de la emulsión, se sedimenta en el fondo de la sección de entrada para ser eliminada. El gas, el cual ya ha sido separado de la emulsión, se eleva hacia la parte superior de la sección de entrada. Un tubo equilibrador permite que el gas en ambos lados del deflector se empareje o iguale, se colecte y sea eliminado del tanque a través del tubo de salida del gas. Algunos tratadores tienen un trasformador de calor instalado en la línea de entrada. Si es usado, la emulsión que entra es precalentada por el calor del crudo

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que sale. Por lo tanto, los tubos de fuego necesitan proveer calor. El tiempo de sedimentación del crudo que entra disminuye y el crudo que sale se enfría a una temperatura de almacenamiento, lo cual disminuye la evaporación y mantiene una mayor gravedad. 6.3. SECCIÓN DE INUNDACIÓN El principal objeto de la sección de inundación es mantener la sección de tratamiento completamente llena de líquido. Cuando esto ocurre se dice que la sección está completamente llena de líquido y sin gas en la parte superior. El crudo limpio no abandona la sección de tratamiento a menos que una cantidad igual de líquido entre a la sección de inundación. Esto es controlado por un flotador en la sección de inundación el cual encuentra mecánicamente unido a la válvula de eliminación de crudo. 6.4. SECCIÓN DE TRATAMIENTO Dentro de la sección de tratamiento, un dispersador de flujo asegura la distribución uniforme de la emulsión. Es en esta sección donde el tratamiento y la sedimentación final toman lugar. Desde el dispersador la emulsión asciende hacia las rejillas eléctricas de corriente alterna y alto voltaje. La rejilla más baja tiene una carga de 15.000 a 20.000 voltios de electricidad. La más alta esta adherida al tanque. El tratamiento electrostático comienza por debajo de esta y la más alta, donde las gotas de agua se combinan entre sí y se sedimentan, alarguen y se polaricen. Cuando una gota de agua se polariza adquiere una carga positiva (+) en un extremo y una negativa (-) en el otro. La corriente alterna en la rejilla eléctrica hace que este invierta la polaridad (que cambie de positiva a negativa) 120 veces que las gotas de agua se muevan rápidamente y choquen entre si con una fuerza suficiente como para romper la delgada película que rodea cada gota. Las gotas de agua se combinan convirtiéndose en gotas más grandes y se sedimentan en el fondo de la sección de tratamiento para ser eliminadas. El crudo, ya separado del agua, asciende hasta la parte superior de la sección de tratamiento. Un cabezal colector de crudo limpio desnata el crudo limpio para ser removido del tratador. 6.5. SISTEMA ELÉCTRICO El sistema eléctrico consiste en un transformador de aumento y dos rejillas eléctricas (electrodos). El transformador aumenta el voltaje entrante a un nivel más alto, por ejemplo, muchos tratadores electrostáticos de 440 voltios se elevan 22


hasta 15.000-20.000 voltios para producir el campo electrostático alrededor de las rejillas. Las dos rejillas están suspendidas, una sobre la otra, en la sección de tratamiento. La más alta está adherida a la pared del tanque y es ajustable para que el campo electrostático pueda ser regulado, y así satisfacer varios requerimientos de combinación de las gotas de agua. La rejilla inferior no está adherida y recibe la carga eléctrica del transformador. Ambas rejillas están suspendidas en la pared interna de la parte superior del tanque por barras colgantes aisladas. Todos los componentes del sistema eléctrico están diseñados para recibir alto voltaje. El transformador es el corazón del sistema eléctrico. Muchos tratadores electrostáticos tienen un transformador con un reactor para protegerlo de aumentos de energía imprevistos y dispersión de alto voltaje. Estos transformadores se pueden sumergir en crudo y satisfacen todos los requerimientos eléctricos de seguridad. Un cortacircuitos ubicado entre la fuente de energía y el y transformador protege a este de fallas de energía eléctrica. Se recomienda el uso de un fusible conectado a la fuente de energía para máxima seguridad. 6.6. NIVELES DE FLUIDOS El nivel del crudo en la selección de tratamiento se mantiene con la válvula de eliminación, la cual es operada por un flotador en la selección de inundación. Cuando la emulsión asciende por encima del nivel predeterminado en la sección de inundación, el flotador se eleva con la emulsión y causa que la válvula se abra permitiendo al crudo abandonar el tanque. Cuando la emulsión retorna al nivel predeterminado, la válvula se cierra y permite que el crudo se acumule en la sección de tratamiento. Los niveles de agua liberada y tratada en el tratador se mantienen con las válvulas de eliminación de agua. Tal como con el crudo, la válvula de eliminación se abre para dejar salir el agua cuando el nivel en el área de contacto aumenta por encima del nivel predeterminado y se cierra cuando está por debajo del nivel predeterminado. Ambas válvulas de eliminación operan por medio del nivel de control del área de contacto, el cual usa gas o aire comprimido para abrir y cerrar éstas válvulas. El control de nivel hace eso desviando el gas o aire comprimido al diafragma de la válvula de eliminación. La presión del gas o del aire comprimido activa la tensión que mantiene el diafragma en posición cerrada. Esta acción levanta el diafragma y permite que el agua fluya a través de la válvula de eliminación. Cuando los líquidos del área de contacto regresan al nivel predeterminado, el control del nivel ventila el gas o aire comprimido y permite que el diafragma se asiente, cerrando así la válvula de eliminación. 23


Algunos tratadores electrostáticos están diseñados para permitir que el agua en la sección de entrada se una a la de la sección de tratamiento antes de ser removidas del tratador. Este arreglo utiliza una válvula de eliminación y un control de nivel para mantener los niveles de agua en el tratador. Las válvulas de eliminación de crudo operadas mecánicamente y las válvulas de eliminación de agua operadas por gas han sido discutidas en este manual. Otros tipos de válvulas eliminadoras de crudo y agua pueden usarse en los tratadores electrostáticos. 6.7. TEMPERATURA DE OPERACIÓN La temperatura de operación es importante y varía de una concesión a otra. Debe usarse la temperatura mínima posible para tratar adecuadamente la emulsión. En climas cálidos, solo será necesaria durante los meses fríos. Cuando la aplicación de calor se hace necesaria, temperaturas más bajas pueden usarse en tratadores electrostáticos que en tratadores convencionales. Las temperaturas de tratamiento normalmente oscilan entre las escalas de 85° y 135°F (300 y 330°K). La temperatura de una emulsión en la sección de entrada debería ser de unos 140°F (330°K) para que la temperatura del fluido en la sección de entrada alrededor de las rejillas nunca baje de 70°F (290°K). Si la temperatura del fluido baja de este nivel, las rejillas no tendrán el efecto de tratamiento apropiado en la emulsión. La relación entre los químicos y la temperatura es un factor de importante consideración. Usualmente se requieren menos químicos para tratar una emulsión caliente. Sin embargo, el ahorro de químicos, cuando hay temperaturas más altas pueden compensarse o anularse con la pérdida de ganancias causadas por la gravedad y la pérdida de volumen en el crudo y el aumento en los costos del combustible. Los controles de temperatura, o termostatos, son parte importante de un tratador de emulsiones. Si no funcionan apropiadamente, los incineradores pudieren permanecer encendidos o apagados todo el tiempo. Si permaneciesen apagados, la emulsión podría enfriarse, siendo incapaz de separase completamente. Si permanecen encendidos, el tratador se puede recalentar y dañar, los crudos más ligeros pueden consumirse cambiando la gravedad y el volumen de crudo puede disminuir resultando en pérdida de ganancias.

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Los tubos de fuego deben ser inspeccionados periódicamente. Debido a que muchas emulsiones tratadas contienen cierta cantidad de barro y escombros sólidos, los tubos de fuego deben ser revisados buscando corrosión, oxidación y acumulación de lodo. La llama del incinerador debe apuntar o estar directamente debajo del centro del tubo de fuego. Si toca al tubo de fuego directamente, se formará un punto de recalentamiento y ocurrirán fallas prematuras en el tubo incinerador debe encender y arder uniformemente por un largo período de tiempo, en lugar de cambiar de la llama intermitentemente. Una llama amarilla con suficiente aire para prevenir la formación de hollín es la mejor. 6.8. PRESIÓN OPERANTE Los tratadores electrostáticos operan bajo presiones de 5 a 30 libras por pulgada cuadrada (34 a 340KPa). La máxima presión operante de un tratador aparece en la placa de información del fabricante adherida a la pared externa de tratador. El tipo de válvula y los controles usados varían dependiendo a la construcción del tratador. La tubería de descarga del crudo, agua y gas debe estar equipada con controles. Como los tratadores electrostáticos operan bajo presión, deben estar equipados con dispositivos de alivio de presión con suficiente capacidad para proteger el tratador si la presión aumenta. El gas que abandona el tratador por la parte superior del mismo está controlado por válvula de contrapresión que controla la presión en el tratador. Las secciones de entrada de inundación se mantienen a una presión ligeramente más alta que la sección de tratamiento. Cuando no hay suficiente gas mezclado con el fluido que entra como para mantener la presión necesaria, se conecta un tubo compensador de gas al equilibrador. Hay varias razones para mantener una presión más alta en las primeras dos secciones. 

La presión diferencial asegura un flujo positivo de fluido de la sección de inundación a la de tratamiento.

La sección de tratamiento debe permanecer llena de líquido.

Debe haber presión diferencial suficiente para mover el crudo limpio a los tanques de almacenamiento.

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La presión del gas natural usada para encender el tratador electrostático debe ser regulada. Cualquier presión por encima de la escala del termostato impedirá que este se cierre y resulte en el recalentamiento del tratador. 6.9. LOCALIZACIÓN DE FALLAS Y AVERÍAS

6.9.1. Emulsión En El Tanque De Concesión La emulsión en el tanque de concesión es un indicio de que no se está usando la propia combinación de calor y químicos. En este caso se deben revisar ambos, el inyector de químicos y el tratador, para hacer las correcciones necesarias. Si ninguno de los dos presenta falla, puede ser entonces que las características de la emulsión hayan cambiado y se requiere el uso de un químico diferente. 6.9.2. Agua Libre En El Tanque Si las líneas de salida están obstruidas o la válvula de eliminación de agua no abre, el agua no tiene a donde ir, excepto la salida del petróleo que va al tanque de concesión. Si las válvulas están operando correctamente, puede ser simplemente que el tratador no pueda con la cantidad de agua libre producida y se tenga que instalar un deshidratador de agua en la tubería arriba del tratador. 6.9.3. Crudo En El Dispositivo De Eliminación De Agua Esto puede ocurrir si la salida de crudo está obstruida o si la válvula de eliminación de crudo se ha quedado abierta. A veces, cuando la salida de crudo de un tratador está por debajo de la entrada en el tanque de concesión y la válvula falla en mantener una presión positiva en el tratador, el crudo irá través de la salida de agua hacia el dispositivo de eliminación de esta.

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7. DESHIDRATACIÓN DE CRUDO CON POLARIDAD DUAL

Conceptualmente la deshidratación del crudo producido es la separación simple crudo/agua por gravedad. Diferentes ayudas para la separación por gravedad se han dirigido a la aglutinación de partículas de agua dispersas (coalescencia) para formar gotas de sedimentación rápida. Hay muchos diseños para deshidratar crudo, los más comunes son:    

Tanques o sedimentadores Separadores de agua libre Coalescentes mecánicos Coalescentes electrostáticos

Es apropiado destacar, sin embargo, que ninguno de estos separa agua del crudo. La gravedad suministra las fuerzas naturales requeridas para la remoción de agua salada del crudo. Estos elementos son una parte del proceso y a través de su aplicación apropiada pueden dirigir o ayudar a las fuerzas gravitacionales en el trabajo de desalinizar. Las formas esféricas son gotas de agua y las pequeñas del fondo son aceite. Las gotas de agua son de diferentes tamaños, del 1 micron a varios cientos de micrones. Relativamente pocas son de gran tamaño, las más numerosas son de 10 o menos micrones. Las gotas grandes dan la oportunidad de ser separadas rápidamente. Si todas las gotas mayores de 100 micrones fueran removidas, sin embargo, el aceite contendrá aproximadamente 1% de agua. Las emulsiones crudo/agua son creadas por acciones requeridas en la producción de crudo. Cuando los fluidos cerca de la pared del pozo el contacto íntimo y la turbulencia inician la dispersión de gotas de agua. El curso posterior distribuye agua, creando partículas más pequeñas. Los compuestos demulsificantes, usualemente son el primer paso en el tratamiento de emulsiones, se inyectan generalmente al crudo antes del sistema de deshidratación. Formulado de diferentes materiales, su propósito es desplazar o romper la envoltura emulsificante de las gotas de agua e incrementar su tensión superficial y atracción molecular. Usado junto con un equipo de separación por gravedad, tal como un separador trifásico, separador de agua libre o tanque de sedimentación, los demulsificantes pueden llegar a remover hasta el 95% del agua presente.

27


7.1.

LOS COMPUESTOS DEMULSIFICANTES PUDEN REMOVER HASTA EL 95% DE AGUA

Remover el agua restante es muchas veces más difícil que separar el agua libre. La gota individual de agua separada del gran cuerpo de agua y suspendida en material de diferente densidad, puede existir en su más baja forma de energía una esfera. La dispersión de todas las gotas de agua en la fase continua de crudo es el resultado de la energía introducida al sistema. El calor ayuda a la dispersión de los agentes emulsificantes en la fase de crudo, después de que ellos han sido químicamente desplazados de las gotas de agua. El calor también agrega energía al sistema, creando corrientes térmicas y el movimiento de las gotas de agua. Este movimiento puede a menudo incrementar la coalescencia a través del rango de colisión o choque. La expansión térmica de las partículas de agua ayudan a romper la película envolvente y reduce la viscosidad del crudo par permitir la sedimentación rápida de las gotas aglutinadas. No hay sustituto para el calor adicional pero el uso indiscriminado del calor como método primario en la remoción de agua puede ser un desastre económico. En la reparación de agua y crudo, donde la diferencia entre gravedades específicas realiza la función de separación, el tiempo juega un papel importante tanto en el diseño como en la aplicación de cualquier sistema. El tiempo requerido par hacer separables las partículas más pequeñas y para que caigan del crudo al área de remoción de agua será el factor dominante de diseño. Esto es demostrado por la educación de STOKE: V = 2 gr r2 (D2 – D1) / 9N Donde: V = velocidad de caída de la gota gr = Gravedad r = Radio de la partícula D2= Gravedad especifica de la partícula de agua D1= Gravedad especifica del crudo N = Viscosidad del crudo 7.2. EL USO INDISCRIMINADO DEL CALOR COMO MÉTODO PRIMARIO DE LA REMOCIÓN DE AGUA PUEDE SER UN DESASTRE ECONÓMICO Al examinar la educación, aparecen varios factores de interés. Como la viscosidad es el factor dominante y puede reducirse con la adición de calor, parece benéfico usar este aspecto. El calor, sin embargo, puede ir en detrimento económico de todo el sistema sino se usa apropiadamente. 28


El ajuste de la velocidad con el calor tiene límites económicos, de tal forma que el radio de la partícula es el de mayor importancia. Un incremento en el radio de la partícula incrementará la velocidad de caída más rápidamente que un incremento en la diferencia de densidad. Dada una serie de condiciones y cálculos basados en el tamaño de la partícula, comparada con la diferencia de densidad (suministro adicional de calor) mostrará que el uso excesivo de calor para la separación non sólo es un desastre económico sino también inefectivo como parámetro de diseño. Un primer replanteamiento de la ecuación en una forma de fácil uso sería: V = cr2 (D2 – D1) - N Donde: C r D2 D1 N

= Suma algebraica de los factores requeridos para convertir todos los términos expresado en pies/hora.El valor de “c” es 2.5665 x 10 = Tamaño de la partícula en micrones = Gravedad especifica del agua salada a las condiciones dadas. = Gravedad especifica del crudo a condiciones = Viscosidad del crudo a condiciones en cp.

Dado:

Crudo Viscosidad

= =

3.15037

150 Agua

=

33° API a 60° F CP Temp. (°F) 6.5241 110

GR.ESP Temp. (°F) 1.2444 110 1.151 150 Crudo = GR.ESP Temp. (°F) 0.8467 110 0.8326 150 Partículas de agua = 10 micrones de radio medio La velocidad de caída de esta partícula de 10 micrones a 110°F es 0.0 699 pies / hora. Esta misma partícula a 150°F deberá tener una velocidad de caída de 0.1486 pies/hora. Si, sin embargo, las partículas se combinaran para alcanzar un radio de micrones, la velocidad de caída a 110 °F sería de 6.992 pies/hora, o 100 veces más rápida que la partícula de 10 micrones a la misma temperatura y 47 veces más rápida que la partícula de 10 micrones a la temperatura más alta. El sistema de separación crudo/agua más eficiente, por tanto, deberá incluir el uso óptimo de calor, aditivos químicos, tiempo de separación y algún medio que cause coalescencia a agrupación de gotas pequeñas par formar gotas más grandes de rápida precipitación.

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8. CAMPO ELECTROSTÁTICO

La coalescencia electrostática del alto voltaje ha sido usada por toda refinería que despacha crudo contenido sal. En años recientes los tratadores de campo han incorporado una sección de coalescencia electrostática con el uso apropiado de un sistema interno de calentamiento, capaz de separar gas y agua libre con buenos resultados. 8.1. LA COMPOSICIÓN MOLECULAR DEL AGUA FORMANDO UN DIPOLO ES LA BASE PARA LA COALESCENCIA ELECTROSTÁTICA El principio básico par la coalescencia electrostática es la composición molecular del agua, un parte oxígeno y dos partes hidrógeno, unidas en una configuración que responde a un campo electrostático. La unión de dos elementos, hidrógeno al elemento oxígeno ocurre a un ángulo de 105 grados. El centro del componente positivo, hidrógeno, está a un extremo y el componente negativo oxígeno, está al otro extremo. Este es un dipolo y responderá a un campo de fuerza eléctrica aplicado. Una gota simple de agua en forma elíptica aparecerá bajo la influencia de un campo de fuerza eléctrica. El dipolo incluido en esta forma, la gota elongada distorcionará la película de su superficie, exponiendo la superficie de agua adyacente haciendo más fácil la coalescencia. Más importante, sin embargo, es el desplazamiento de las cargas de todas las gotas afectadas por el campo. Las cargas en las gotas se alinean con respecto a las líneas de la fuerza eléctrica y con voltaje AC, alternarán con las líneas de fuerza 120 veces por segundo. Las cargas negativas de todas las gotas se alinearán cerca al electrodo positivo y las cargas positivas contra el electrodo negativo. Esta fuerza de atracción para las gotas de igual tamaño es expresada matemáticamente por: F = 6KE2 a6 / d4 Donde: K= es la constante dieléctrica E= es el gradiente eléctrico, “a”= radio de la gota “d”= es la distancia entre centros de gotas.

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Cuando la distancia entre gotas disminuye la fuerza de atracción se incrementa muy rápidamente. La respuesta de coalescencia ocurre en centésimas de segundo. Un incremento en el gradiente eléctrico causará una respuesta más rápida, pero los límites de voltaje se encuentran entre 12.000 y 30.000 con variación inversamente proporcional a la gravedad del crudo y conductividad de la emulsión tratada. Hay tres componentes primarios del campo electrostático usando voltaje AC: 1) fuente de energía o transformador, el cual convierte el voltaje de línea (fase sencilla AC, 220 a 480, 50 o 60 HZ). El alto voltaje de salida requerido el cual es alimentado a través de un buje aislado y entrada sellada a presión a través de un recipiente al 2) Electrodo de baja, normalmente referido como el electrodo cargado y 3) El electrodo a tierra el cual es suspendido sobre el electrodo cargado. Los dos campos separados existen como un resultado de la configuración. Existe un gradiente de campo alto entre los electrodos de acero y un segundo, bajo gradiente, entre el electrodo cargado y la interfase crudo/agua. Como el baño de agua está a potencial a tierra, éste actúa como un tercer sistema de electrodo. La trayectoria de flujo y la introducción del fluido al campo electrostático son como una representación del deshidratador típico. Como se estableció antes, este proceso es muy adecuado donde se dispone de equipo en stand-by. La economía normal de campo para el crudo no permite comprar equipo de stand-by costoso, sin embrago, no deben gastarse cantidades importantes de químicos o calor simplemente para sobrepotenciar un problema de tratamiento. Existe una onda seno típica previa a implementos electrostáticos coalescentes. Los electrodos cargados y a tierra crean un campo AC con gotas de agua suspendidas en el área de alto gradiente entre electrodos. Este análisis pictórico muestra que se forman períodos inefectivos en este sistema por su misma naturaleza. El electrodo a tierra es positivo y dos gotas suspendidas se alinean a esta polaridad. A medida que la onda seno se vuelve positiva, ésta pasa a través de la base o línea cero y en este instante no hay campo eléctrico. Las gotas revierten a su forma de baja energía. La onda seno continua a ser positiva y las polaridades se invierten. Este cambio continúa 120 veces por segundo. También se crea cada vez que la onda seno no está en la línea y esto ocasiona una variación en la fuerza de atracción. 31


Refiriéndonos de nuevo a la ecuación: F = 6KE2 a6 / d4 Note que el gradiente eléctrico aparece como un componente elevado a la segunda potencia. Este cambio de magnitud es reflejado como una función del gradiente. Durante aproximadamente el 50% del tiempo el gradiente es reducido por el carácter del voltaje AC, haciéndose inefectivo en el área supuesta de gradiente alto entre los electrodos, donde el trabajo final y más difícil de coalescencia de las partículas pequeñas de agua debe realizarse. Los tamaños de gota a este punto del sistema están entre 1 y 100 micrones. Obviamente un gradiente eléctrico efectivo, invariable en este punto, es requerido para coalescer estas diminutas partículas a su tamaño donde la separación por gravedad pueda oponerse al flujo de crudo que sube verticalmente. El uso de AC en el área de bajo gradiente entre la interfase de agua y el electrodo cargado, es esencial en esta área de alto contenido de agua del proceso. Las partículas removidas de agua del flujo en esta área son grandes (varios cientos de micrones) y responden muy rápidamente a este campo cambiante debido a que su tamaño individual y cantidad las ubica muy cerca entre si. La aplicación de potenciales de polaridad dual DC positivos y negativos al área de gradiente alto entre los electrodos coalesce la mayoría de gotas de uno y dos micrones, dando como resultado mucho más bajo contenido de agua en el crudo. Luego se forman dos gotas suspendidas en crudo como dipolos inducidos influenciados ahora por una carga positiva (+) sobre un electrodo y una carga negativa (-) sobre el electrodo opuesto. Esto es similar al ejemplo previo excepto que estas cargas son invariables y crean un alto potencial DC entre los electrodos. Cuando esto fue aplicado inicialmente a nivel de laboratorio, fue algo obvio la reacción de la gota y la fuerza de atracción era predecible. Se descubrió un hecho del campo DC, formando la base real de coalescencia dos electrodos cargados opuestamente con un potencial DC entre ellos. Un flujo vertical de crudo con solo una gota de agua presente. Cuando esta gota entra al alto gradiente DC entre los electrodos, ésta acepta una carga inducida en la superficie de la gota, la cual es igual a la del electrodo próximo y es inmediatamente repelida por el electrodo de igual carga y atraída por el electrodo de carga opuesta. Cuando la gota se aproxima al electrodo de carga opuesta, la carga de la superficie d la gota es alterada por el mayor potencial del ahora cercano electrodo y la gota se repelida de nuevo al electrodo de carga opuesta. Este movimiento de la gota es una migración ordenada entre electrodos. El campo fuerte es suficiente para retener la gota en las áreas de los electrodos en oposición a la restricción del flujo de crudo hacia arriba.

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8.2. EL ALTO POTENCIAL DC FORZA LA MIGRACIÓN DE LA GOTA DE AGUA HASTA QUE LAS GOTAS ADQUIEREN EL TAMAÑO SUFICIENTE PARA PRECIPITARSE Ahora consideremos agua en emulsión con crudo, conteniendo literalmente miles de estas goticas entrando al campo de fuerza DC. La misma acción de migración de goticas ocurre, pero como casi la mitad de las goticas habrán sido influenciadas por el electrodo positivo y la otra mitas por el electrodo negativo, el movimiento comenzará con la goticas siendo forzadas a un cambio de colisión, con la mitad cargadas negativas y la otra mitas positivas, cuando ellas se aproximan a una gota cargada opuestamente, la coalescencia es realizada mucho más fácilmente. Las gotas separadas por gravedad son reemplazadas en el campo DC por la entrada continua de goticas de emulsión. Como la acción de coalescencia de este sistema de deshidratación es continua y sostenida, no solamente da una salida de crudo más deshidratado, sino que las gotas pueden ser obligadas a colisionar en un medio más viscoso, lo cual es simplemente otra forma de decir que la deshidratación puede realizarse a una temperatura baja. Además la coalescencia ocurre rápida y completamente formando gotas mayores para separación por gravedad. Como las gotas son más grandes y pueden oponerse al flujo, mayor cantidad de crudo puede procesarse a través de una sección transversal dada de un conjunto de electrodos.

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9. DISEÑO DEL TRATADOR TERMO-ELECTROSTATICO

9.1. PROCEDIMIENTO 1. Hallar la viscosidad del crudo a la entrada del tratador.

o  10 x  1 Donde µo: Viscosidad del aceite, (cp) T: Temperatura del aceite, (ºF) x = yT-1.163 y = 10z z = 3.0324-0.02023G G: Gravedad específica del aceite, ºAPI

Viscosidad del crudo con relación a la temperatura

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2. Hallar la velocidad de flujo que manejarían las parrillas con cada tipo de corriente.

   Q  v  o  C  A   o

0.6

Donde Qo = Tasa de flujo de aceite, (m3/s) A = Área optima de las parrillas, (m2)  = Viscosidad del crudo, (Pa*s) Δρ = Diferencia de densidad entre el agua y el aceite, (Kg/m3) C = Constante que depende del tipo de corriente. (m3/s2) Donde C depende del tipo de corriente Constante C para corriente Directa (DC): 18.5 exp -6 Constante C para corriente Alterna (AC): 23 exp -6 Constante C para sistema AC/DC: 28 exp -6

3. Hallar el área optima de las parrillas para el tratamiento del crudo.

A Donde

Qo v

Qo = Tasa de flujo de aceite, (m3/s) v = Velocidad de flujo, (m2/s)

4. Determinar el tipo de emulsión que se tiene en la entrada al tratador de acuerdo a la siguiente gráfica y a la siguiente tabla.

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Diámetro de gotas de agua con relación a la viscosidad del aceite

Tipo de Emulsión

Diámetro de gotas (Micrones)

Emulsión Fácil Emulsión Moderada Emulsión Fuerte

150 100 60

Diámetro de micrones según el tipo de emulsión

5. Determinar la temperatura del tratamiento de acuerdo a la siguiente tabla.

Tipo de Emulsión

Temperatura ºC

Emulsión Fácil Emulsión Moderada Emulsión Fuerte

30-38 38-45 45-60

Temperatura del tratamiento de acuerdo al tipo de emulsión

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6. Determinar el calor necesario para aumentar la temperatura del fluido hasta la de tratamiento

q  Qo * Cp *  o * T DONDE q = Calor, (Kj/s) Qo = Tasa de flujo de aceite, (m3) ΔT = Incremento de temperatura, (ºC) Cp = Calor Específico, (Kj / Kg ºC) ρo = Densidad del aceite, (Kg/m3) 7. Dimensionar el tratador de acuerdo a la Tabla 8.8.1-6 del manual Handling and Treating” de Shell

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“Oil


10. EJEMPLO DE DISEÑO DE UN TRATADOR TERMO-ELECTROSTÁTICO

10.1. DATOS Gravedad del aceite = 26ºAPI, ρo =898 Kg/m3 ρw =1040 Kg/m3 Flujo de aceite = 7500 BPD (0.014 m3/s) Temperatura de entrada = 90ºF (32 ºC)

1. Se halla la viscosidad del crudo a la entrada del tratador De la gráfica, entrando con T = 90 ºF y cortando en G = 26ºAPI:

Viscosidad del crudo a la entrada del tratador

Obteniendo que:  = 79 cp (0.079 Pa*s)

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2. Se halla la velocidad de flujo que manejarían las parrillas

 1040  898  v  18.5 *10    0.079 

0.6

6

 1040  898  v  23 *10    0.079 

0.6

 1040  898  v  28 *10    0.079 

0.6

6

6

 16.5 *10  4 m / s.......DC  20.63 *10  4 m / s........ AC  25.1*10  4 m / s........ AC / DC

3. Se halla el área óptima de las parrillas

Qo 0.014   8.48m 2 ......DC v 16.5 *10  4 Q 0.014 A o   6.78m 2 ...... AC v 20.63 *10  4 Q 0.014 A o   5.57m 2 ...... AC / DC v 25.1*10  4 A

4. Se determina el tipo de emulsión que se tiene en la entrada al tratador En la siguiente grafica entramos por viscosidad del aceite y leemos el diámetro de las gotas de agua:

Diámetro de gotas de agua con relación a viscosidad del aceite

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Obteniendo que:

dm  100 Por lo tanto de la siguiente tabla determinamos que se trabaja con un tipo de emulsión fuerte.

Tipo de Emulsión

Diámetro de gotas (Micrones)

Emulsión Fácil Emulsión Moderada Emulsión Fuerte

150 100 60

Diámetro de micrones según el tipo de emulsión

5. Se determina la temperatura del tratamiento de la siguiente tabla:

Tipo de Emulsión

Temperatura ºC

Emulsión Fácil Emulsión Moderada Emulsión Fuerte

30-38 38-45 45-60

Temperatura del tratamiento según tipo de emulsión

Escogemos como temperatura de tratamiento 55 ºC.

6. Determinar el calor necesario para aumentar la temperatura con la cual entra el crudo al tratador a la de tratamiento.

q  0.014 *1.8 * 898 * (55  32)  q  520.48 Kj / s 7. Se dimensiona el tratador conociendo los diámetros típicos para tratadores y viendo la tabla 8.8.1-6 del manual “Oil handling and treating” de Shell. Obteniendo que: 

Para corriente directa (DC): Diámetro = 2.25 m , (90”) Longitud total = 6.6 m, (22 ft) Longitud efectiva = 4.95 m, (16.5 ft) 40


Para corriente alterna (AC):

Diámetro = 2.1 m , (84”) Longitud total = 5.7 m , (19 ft) Longitud efectiva = 4.3 m , (14.25 ft) 

Para sistema AC/DC:

Diámetro = 1.95 m , (78”) Longitud total = 5.05 m , (16.8 ft) Longitud efectiva = 3.8 m , (12.6 ft)

Para este caso se podría instalar un tratador con las siguientes características. Unidad AC Longitud total = 5.7 m, (19 ft) Diámetro = 2.1 m , (84”) Área de las parrillas = 6.78 m2, (75.33 ft2) Transformador de 25 KVA Tubos de fuego: 520.48 Kj/s Temperatura de operación = 55 ºC, (131 ºF) Potencial Aplicado = 20000 voltios

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11. CONCLUSIONES

Un tratador termo-electrostático es un tanque a presión que combina todo el equipo necesario para tratar la emulsión. Se conoce también con el nombre de tratador químico eléctrico. Su objetivo principal es separar la emulsión y permitir al agua sedimentarse, para permitir la obtención de crudo limpio. El tratador termo-electrostático, como cualquier otro tratamiento de emulsión, usa calor y químicos para separar la emulsión. Sin embargo, el tratador electrostático también hace uso de cargas eléctricas para ayudar a las gotas de agua a combinarse entre sí, para poder sedimentarse. Los tratadores termo-electrostáticos reciben la emulsión cuando ésta ya ha sido tratada químicamente. La emulsión entra por la parte superior y fluye horizontalmente a través de varias secciones de tratamiento.

Se fabrican sistemas de electrodos de alta y baja velocidad, los primeros se utilizan en crudos ligeros de baja viscosidad y con emulsiones de alta conductividad eléctrica; los electrodos de baja velocidad son recomendables para crudos de alta viscosidad y emulsiones de baja conductividad eléctrica. La emulsión se reparte en la sección eléctrica mediante un distribuidor, que la obliga a pasar varias veces a través del campo eléctrico.

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12. CYBERGRAFIA

Consulta de tratadores electrostáticos. Componentes principales de un campo eléctrico. Emulsión. Sistemas de electrodos de alta y baja velocidad. http://www.ingenieria.unam.mx/~jagomezc/materias/ARCHIVOS_CONDUCCION/ CAPITULO%20VII.pdf

13. BIBLIOGRAFIA Revista FUENTES, trabajos de investigación realizados en la Escuela de Ingeniería de Petróleos de la Universidad Industrial de Santander; PAEZ, RUTH, “Operaciones de recolección y tratamiento de fluidos producidos”. ARNOLD, KEN. Surface Production Operations, Volume 1, Design of Oil-Handling Systems and Facilities. Gulf Publishing Company, Houston, Texas; 1986. “Principios

básicos de las emulsiones y las unidades de tratamiento electrostático”

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Manual especializado en tratador termoelectrostatico[