Baixe processamento de petróleo e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Petróleo, somente na Docsity!
Segunda parte da matéria
- Equipamentos e esquemas de separação
- Vasos separadores gravitacionais – tipos, dispositivos internos, problemas operacionais, filosofia de controle, critérios de dimensionamento
- Tratadores eletrostáticos – tipos, características gerais de construção e operação
- Tratamento de água produzida Equipamentos de Separação
- Os equipamentos empregados na separação gravitacional dependem, entre outros fatores, da localização da unidade de produção.
- Unidades terrestres: tratadores termoquímicos, tanques de lavagem e separadores gravitacionais.
- Unidades marítimas: separadores gravitacionais
Equipamentos de Separação
- Tanques de Lavagem Baseiam-se no emprego de 3 fatores combinados:
- Aquecimento da mistura
- Adição de desemulsificantes
- Grandes tempos de residência (podendo chegar a várias horas.)
Equipamentos de Separação
- Tanques de lavagem:
- São viáveis em áreas terrestres devido a não haver limitações rigorosas de espaço e peso. Em unidades marítimas, sua utilização é normalmente inviável.
- Tanques de lavagem não são apropriados para a separação de quantidade significativas de gás, pois operam em pressão muito próxima à atmosférica.
Equipamentos de Separação
- Tanques de lavagem: Características:
- Para grandes vazões e altos cortes de água;
- Aquecimento com vapor (caldeiras) ou fluido térmico (fornos);
- Não suporta pressão (baixa RGO);
- Elevado tempo de residência;
- Zonas: água, emulsão, óleo tratado.
- Capacidades usuais : 5.000, 10.000, 20.000 e 30.000 bbl Equipamentos de Separação
- Tratadores Termoquímicos
- Também costumam ser bastante utilizados em áreas terrestres.
- Normalmente são de menor porte que os tanques de lavagem e realizam o aquecimento da mistura através de queimadores de gás.
5 Equipamentos de Separação
- Tratadores Termoquímicos
- Possuem as mesmas restrições quanto à utilização em unidades marítimas que os tanques de lavagem.
Equipamentos de Separação
- Separadores Gravitacionais Entrada Seção de Separação Primária Gás Líquido Seção de Separação Secundária Seção de Acúmulo de Líquido Seção de Aglutinação Saída de Gás Saída de
- Tipo 3: sistema com separação trifásica
- a planta de processo já apresenta uma maior complexidade, possuindo permutadores de calor (petróleo x água quente), separadores de teste, separador trifásico, sistema de tratamento de água oleosa, medição e transferência de óleo por oleoduto, instalações para tratamento e aproveitamento do gás além de utilidades em geral.
9 Esquemas de Separação
- Tipo 4: sistema com separação trifásica
- similar ao terceiro tipo, a planta possui adicionalmente tratador eletrostático (para tratamento de óleo), que tem como objetivo reduzir o teor de água emulsionada, a fim de enquadrar o óleo, nos padrões de qualidade estabelecidos para o refino.
Mais utilizado! Esquemas de Separação
- Tipo 5: apenas tratamento eletrostático
- Utilizado em UEPs sem poços interligados. Apenas ocorre adição de desemulsificante e passagem da mistura por um tratador eletrostático para remoção de emulsão. O estágio seguinte seria um surge tank(tanque acumulador)
10 Esquemas de Separação
- No sistema tipo 4 (mais utilizado), existem diversas possíveis configurações para os equipamentos de separação.
Exemplo 1:
- Dois trens de produção;
- Pré-aquecimento do óleo com água que vai do flotador para descarte, depois com óleo desidratado (saindo do TO);
- Dois estágios de separação (separador de produção e separador atmosférico);
- TO entre separador de produção e separador atmosférico, na mesma P e T do separador de produção (seria melhor trabalhar com TO com temperatura mais elevada. Isso não ocorre devido à liberação de gás).
11 Esquemas de Separação
- No sistema tipo 4 (mais utilizado), existem diversas possíveis configurações para os equipamentos de separação.
Exemplo 2: Esquemas de Separação
- No sistema tipo 4 (mais utilizado), existem diversas possíveis configurações para os equipamentos de separação.
Exemplo 2:
- Dois trens de produção;
- Pré-aquecimento do óleo com água que vai do hidrociclone para o flotador, depois com óleo estabilizado (saindo do separador atmosférico);
- Aquecimento complementar de óleo entre o separador gravitacional e o TO;
- Em consequência desse aquecimento, necessidade de vaso desgaseificador na entrada do TO para remover o gás gerado;
- Dois estágios de separação (separador de produção e separador atmosférico), TO entre os dois estágios;
- Necessidade de resfriamento complementar do óleo estabilizado após trocador óleo-óleo.
12 Esquemas de Separação
- No sistema tipo 4 (mais utilizado), existem diversas possíveis configurações para os equipamentos de separação.
Exemplo 3: Esquemas de Separação
- No sistema tipo 4 (mais utilizado), existem diversas possíveis configurações para os equipamentos de separação.
Exemplo 3:
- Óleo pesado com pouco gás. BCS com injeção de desemulsificante à montante (geração de água livre);
- Dois trens de produção;
Separam principalmente a água livre e dispersões grosseiras.
Separadores Gravitacionais
- Tipos de Separadores
- Quanto ao número de fases: bifásicos ou trifásicos.
- Quanto ao arranjo físico: verticais, horizontais ou esféricos.
- Quanto à função: separador de água livre, separador de produção, separador atmosférico (surge tank), depuradores (gas scrubber), slug catcher (remoção de golfadas de condensado em gasodutos).
3 Separadores Gravitacionais
- Quanto ao número de fases
Separador bifásico:
- Promove a separação vapor-líquido
- Quando presente, normalmente está em plataformassatélite que enviam a fase líquida para uma plataforma central de separação e tratamento
- Outra aplicação frequente é como depurador de líquido ou condensados em uma linha de gás (gas scrubber).
Separador trifásico:
- Promove a separação água-óleo-vapor de uma corrente multifásica proveniente dos poços de produção.
- Deve fornecer um tempo de residência maior ao líquido, de forma que haja uma separação líquido-líquido.
Separadores Gravitacionais
- Quanto ao número de fases
- A separação líquido-líquido ocorre através do transbordamento da fase superior (óleo) sobre um vertedouro, acumulando-se um compartimento de óleo.
- Por esta razão, há necessidade de um controle do nível de interface óleo-água.
Separadores Gravitacionais Quanto ao número de fases Separadores Gravitacionais
- Quanto ao número de fases Em alguns casos, o óleo é removido através de um coletor de óleo e a água é removida através de um vertedouro. A vantagem desta configuração é que possibilita a separação das fases sem a necessidade de um controle de nível da interface óleo-água, sendo por isso recomendada quando há dificuldade de controle de nível da interface (óleos pesados, excesso de emulsão, etc.)
Separadores Gravitacionais
- Quanto ao arranjo físico Separadores verticais :
- Bifásicos ou trifásicos
- Toda a área da seção transversal do vaso está disponível para o escoamento do gás, o que o torna apropriado para grandes vazões de gás em relação ao líquido.
- Menor velocidade do gás = menor arraste de partículas líquidas
Separadores Gravitacionais
- Quanto ao arranjo físico Separadores verticais :
- Desvantajoso para separação líquido-líquido devido à menor área de contato.
- Normalmente empregado como separador bifásico ou como depurador de gás.
- Necessita de menor área disponível para instalação.
- Quando empregado como separador trifásico tem como única vantagem significativa maior facilidade de remoção de sólidos eventualmente acumulados.
- Quanto ao arranjo físico
Separadores horizontais :
- Bifásicos ou trifásicos
- Preferencialmente usados quando há grande produção de líquido Separadores Gravitacionais
- Quanto ao arranjo físico
Separador atmosférico (surge tank):
- É o último equipamento da planta de óleo.
- Opera em pressão próxima a atmosférica.
- Tem a função de estabilizar o óleo (remover o gás dissolvido remanescente por descompressão).
- Serve também para atuar como “vaso pulmão” para as bombas de transferência.
Vaso depurador (gas scrubber):
- Separador bifásico que tem a função de reter gotículas líquidas arrastadas para a corrente de gás ou remover os condensados formados durante o processo de compressão.
Slug Catcher:
- Conjunto de vasos com a finalidade de separar o líquido condensado ao longo de um gasoduto.
- Ao contrário dos scrubbers, costumam ser horizontais, a fim de absorver grandes variações na vazão instântanea de líquido, resultado do acúmulo de condensado em regiões baixas do gasoduto e que são removidos pela passagem do PIGs.
Slug Catcher:
- Conjunto de vasos com a finalidade de separar o líquido condensado ao longo de um gasoduto.
- Ao contrário dos scrubbers, costumam ser horizontais, a fim de absorver grandes variações na vazão instântanea de líquido, resultado do acúmulo de condensado em regiões baixas do gasoduto e que são removidos pela passagem do PIGs.
Separadores Gravitacionais
- Outros tipos de separadores : Separador cilíndrico horizontal de corpo duplo
Separador tipo filtro
- Outros tipos de separadores:
12 Separador ciclônico
Separadores Gravitacionais
- Dispositivos internos dos separadores: A fim de auxiliar na separação gravitacional, são empregados dispositivos no interior dos separadores que provocam bruscas variações na quantidade de movimento do fluido, de forma a se tirar proveito das diferenças de inércia da fase contínua e dispersa
13 Dispositivos internos dos separadores:
- Dispositivos internos dos separadores: Dispositivos de entrada
- Promovem dissipação de energia cinética através da colisão, provocando uma separação grosseira entre as fases devido às diferenças de inércia entre as mesmas.
- Devem também restringir a turbulência provocada pela corrente de entrada, de forma que não afete a tranquilidade da região de decantação de líquido.
Dispositivos de entrada
- A turbulência localizada provocada por esses dispositivos pode ter efeito negativo sobre a separação das fases.
- A fim de minimizar a turbulência, outras geometrias têm sido estudadas.
Dispositivos de entrada
- Ciclones: promovem a separação vapor-líquido diminuindo o turbilhonamento da fase líquida. Separadores Gravitacionais • Dispositivos internos dos separadores: Dispositivos eliminadores de névoa
- Instalados na seção de acúmulo de gás, possui a função de reter gotículas líquidas carreadas no gás.
- Tipo TP Vane (tortuous path vane): são placas tortuosas paralelas que forçam mudanças na direção durante o escoamento. A fase mais densa tem maior inércia e choca-se contra as paredes das placas.
Dispositivos eliminadores de névoa
- Tipo knitted wire mesh: são malhas de arame superpostas em camadas de diferentes aberturas que promovem adesão e a coalescência das gotículas de líquido. Apresentam alta área específica (150 a 1500 m2/m3) e alto volume de vazios (93 a 99%)
- Normalmente instalados próximo ao bocal de saída do gás.
Placas coalescedoras de água
- Aceleram a coalescência das gotas de água, facilitando a separação águaóleo.
- Ao se chocarem com as placas, as gotas aderem e coalescem, escorrendo para a parte inferior.
Dispositivos coalescedores eletrostáticos
- Aceleram a coalescência das gotas de água, através da aplicação de um campo elétrico já no interior do separador gravitacional.
- VIEC _ Vessel Internal Electric Coalescer – patente Vetco. Diferenças em relação ao TO:
- Os elementos dentro do vaso são alimentados em baixa tensão (alternada).
- As placas são isoladas por um revestimento, permitindo a passagem de gás e água.
Dispositivos coalescedores eletrostáticos Objetivos:
- Redução da temperatura de processo dos separadores gravitacionais (SGs);
- Redução do consumo de desemulsificantes;
- Redução de peso e volume dos SGs em sistemas offshore;
- Tratamento de óleos pesados e ultra-pesados;
21 Desengargalamento de plantas offshore;
Dispositivos coalescedores eletrostáticos
- Dispositivos internos dos separadores: Dispositivos de remoção de areia
- Sistemas de jato de água direcionados para o fundo do vaso com a função de revolver os sólidos depositados e succioná-los para fora – Emprega a própria água produzida, que é pressurizada por uma bomba externa e reinjetada no vaso
- A corrente de água e sólidos succionada para fora do vaso passa por um sistema de ciclones para a separação dos sólidos Separadores Gravitacionais
Dispositivos de remoção de areia
- O sistema de remoção de areia tem como principal vantagem permitir a operação de limpeza sem parada da produção do separador – Em projetos em que há previsão de produção de sólidos, emprega-se uma chicana no fundo do vaso para evitar o arraste de areia para a saída de água.
Dispositivos quebra-vórtice
- Instalados na saída de água para evitar que a formação de vórtices arraste parte da camada superior de óleo e na saída de óleo para evitar o arraste de gás. : Detectores de nível
- Têm a função de detectar a posição (altura) da interface óleo-água e óleogás, a fim de alimentar o sistema de controle. Os tipos principais são: de empuxo, capacitivo e de admitância. De empuxo (bóia):
- Reflete a densidade média do meio através da variação do peso aparente da bóia.
- Fornece um sinal analógico de tensão mecânica na haste de bóia.
- Possui uso dificultado para casos em que o óleo possui massa específica próxima à da água e quando há camada de emulsão.
Detectores de nível Separadores Gravitacionais
- Dispositivos internos dos separadores:
Capacitivo:
- Uma sonda vertical no interior do vaso atua como uma das placas do capacitor e as paredes do vaso atuam como a outra placa.
- O fluido entre as placas atua como dielétrico.
- A variação no nível da interface altera a proporção de líquidos de constante dielétrica diferente entre as placas, o que leva a uma alteração da capacitância que é orrelacionada com a altura das fases.
Admitância:
- Baseado na leitura da associação de correntes capacitivas e resistivas.
- É o sistema de maior confiabilidade e menos sujeito a erros.
Controle : aquecimento.
4. Arraste de óleo pelo gás Causas: nível excessivamente alto no vaso, golfadas.
Problemas: danos nos componentes internos da planta de gás,problemas no sistema de compressão.
Controle: supressores de névoa.
5. Arraste de óleo pela água Causas : golfadas, nível da interface excessivamente baixo.
Problema : dificuldade de enquadramento da água, problemas na planta de tratamento de água produzida.
Controle : tranquilizadores de fluxo, controle de nível adequado.
6. Arraste de gás pelo óleo Causa: nível da interface excessivamente baixo na câmara de óleo. Problemas: cavitação de bombas, gás no tratador eletrostático.
Controle : controle de nível adequado.
- **Filosofia de controle dos vasos separadores
- Controle de pressão** : um indicador e transmissor de pressão (PIT) mede a pressão no interior do caso e alimenta o controlador de pressão que, por sua vez, atua em uma válvula de pressão (PV) localizada na linha de saída de gás. Normalmente a liberação de gás resultante da queda de pressão no vaso produz uma vazão de gás suficiente para controle de pressão.
- Excepcionalmente, em casos críticos de baixa RGO, pode ser necessário a injeção de gás pressurizado no vaso para o controle de pressão, a fim de compensar as variações no nível do líquido.
2. Controle de nível : os indicadores de nível (LIT) medem os níveis das interfaces gás- líquido e óleo-água no interior do vaso e alimentam os controladores de nível que atuam nas válvulas de nível (LV)localizadas nas linhas de saída dos fluidos. 3. Controle de temperatura: um indicador e transmissor de temperatura (TIT) mede a temperatura no interior do vaso. Se o aquecimento é feito através de um permutador de calor, o controlador de temperatura atua sobre a válvula de temperatura (TV) do permutador, que controla a vazão do fluido de aquecimento do equipamento. Se o aquecimento é feito através de um queimador, o controlador aciona a válvula de combustível. 4. Controle de vazão : normalmente não é empregado. O controle, se houver, é feito no sistema de elevação ou válvula choke.
- O nível da interface óleo-gás na seção de acúmulo de líquido é normalmente estabelecido em 50% da altura do vaso, pois este valor fornece a maior área superficial para separação entre essas fases.
Controle da interface óleo-água:
- Feito através de detectores de nível no interior do vaso, controlador e válvula de nível localizada na linha de saída de água.
- Esta válvula deve ser localizada a jusante da bateria de hidrociclones do separador a fim de evitar cisalhamento e emulsionamento do óleo na água produzida.
Nível da interface muito baixo:
- Risco de saída de óleo junto com a água
- Saída de água com TOG mais elevado Nível da interface muito alto:
- Risco de passagem de água para a seção de acúmulo de óleo.
Controle de nível do óleo:
- Feito através de detector de nível, controlador e válvula de nível localizada na linha de óleo após o tratador eletrostático.
29 Separadores Gravitacionais
- Critérios gerais de dimensionamento de separadores Separadores bifásicos Princípio geral:
- Estabelecer a velocidade máxima admissível da corrente gasosa de forma que não haja carreamento de gotículas líquidas pela saída de gás.
- Em separadores horizontais a direção de escoamento do gás é normal à direção de queda da gotícula (assume-se que o gás não possui componente vertical de velocidade.
- A velocidade da gotícula é a própria velocidade terminal.
- Uma gotícula próxima a entrada e o topo do vaso deve atingir a fase líquida no tempo em que o gás percorre horizontalmente a seção de decantação.
Caso as dimensões calculadas para o vaso para a retenção de um determinado diâmetro de gotícula (por exemplo, 100 mm) sejam antieconômicas, deve-se optar pela instalação de um demister. Nesse caso, o dimensionamento a ser feito é o do equipamento de remoção de névoa e o vaso deve atender basicamente a requisitos econômicos.
- Este normalmente é o caso real. O dimensionamento do vaso a partir das velocidades de decantação só é feito quando, por alguma razão, não se deseja usar o demister. Dimensionamento do demister , no caso de um separador bifásico vertical – Equação de Sauders & Brown Assim, escolhendo-se adequadamente o eliminador de névoa a partir de uma tabela admissível de valores de K, pode-se trabalhar com maiores velocidades de gás (vasos menores).
Eliminador de névoa Faixa utilizável (ft/s)
Valor recomendado (ft/s)
não utilizado 0,15 < K < 0,25 0,
wire mesh 0,15 < K < 0,50 0,
vane 0,45 < K < 0,60 0,
- Dimensionamento da separação óleo-água: costuma-se adotar um tempo de residência a priori (aprox. 10 min), sem preocupação com a qualidade final de separação, já que existirão equipamentos de polimento para o enquadramento tanto da fase óleo como da fase água. “Separação grosseira em um vaso com dimensões aceitáveis.”
Separadores trifásicos Outro critério possível:
- Dimensionar o equipamento para a separação de uma gota característica para cada uma das fases líquidas.
Dificuldade dessa estratégia:
- Formação de camada de emulsão invalida as previsões de separação baseadas na velocidade terminal.
- Para óleos pesados, a remoção de gotículas pequenas leva à equipamentos de dimensões inviáveis para as plantas de processo, principalmente em unidades marítimas.
- Impacto Ambiental
- Legislação Ambiental
- Metodologias de Análise de TOG
- Tratamento Onshore X Offshore
- Emulsões Óleo/Água
- Hidrociclones
- Flotadores Impacto Ambiental
- Avaliação de Toxicidade
- Toxicidade Aguda
- Toxicidade Crônica
- Bioacumulação
- Fatores que afetam a toxicidade
- Evaporação
- Dissolução
- Sedimentação
- Biodegradação Legislação Ambiental
- Legislação Mundial
- EUA _ TOG: Média mensal 29 mg/L – Pico 42 mg/L _ Monitoramento anual de alguns compostos (Hg, Cd, etc...) _ Metodologia do TOG – gravimétrico _ Conceito de capacidade de absorção do meio
- Mar do Norte:
