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5/28/2018 Deshidratacin y Desalado del Crudo2
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Deshidratacin y Desalado delCrudo
Mara Camila lvarez Herrera
Yuly Alexandra Mojica
5/28/2018 Deshidratacin y Desalado del Crudo2
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Objetivo
Separar del Petrleo la mayor cantidad deimpurezas insolubles presentes en l, tales
como:
Salmuera (agua y sales orgnicas) presentes
como agua libre o emulsionada.
Sedimentos (Arena, arcillas, productos decorrosin, de incrustacin, etc.)
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Teora de las Emulsiones
Qu son?
Una Emulsin es una mezclade dos lquidos inmiscibles,
uno de los cuales estadisperso como gotas en el
otro.
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Fase Externa o Continua
Fase Interna o Dispersa
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Tipos de Emulsiones
O/W W/O
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W/O (Water/Oil)
Agua en emulsin Emulsin Directa o Regular.
Agua en fase dispersa.
Crudo en fase continua.
Estas emulsiones pueden tener un contenido de agua desde trazas hasta 90%.El tratamiento de este tipo de emulsiones se denomina Deshidratacin
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O/W (Ol/Water)
Agua en fase continua.
Crudo en fase dispersa.
Crudo en emulsin. Emulsin Inversa o Reversa.
Son las emulsiones ms frecuentes en el agua que ha sidoseparada del petrleo en el proceso de deshidratacin.
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Mixtas o Complejas
W/O/W O/W/O
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Mixtas o Complejas
No es comn encontrarlas.
Frecuentes enO en
Donde se han mezclado varios tipos deemulsiones por periodos de tiempo largos.
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Pelcula Interfacial
Capa que recubre la gota .
Las gotas quedan aisladas entres tanto fsica comoelctricamente.
De la naturaleza de esta pelculargida o elstica, depende laestabilidad de la emulsin.
Se da por la absorcin de los AGENTES EMULSIFICANTES.
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Agentes Emulsificantes
Asfaltnos Resinas
cidos Naftnicos
Slidos finos (FeS, arena deformacin, microcristales de
incrustacin)
Partculas parafnicas
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Agentes Emulsificantes
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Formacin de Emulsiones
Para la formacin de emulsiones estables senecesitan tres factores bsicos:
Los dos lquidos deben ser inmiscibles:Petrleo y Agua
Debe existir un agente emulsificante
Agitacin
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Estabilidad de una Emulsin
El rompimiento de una emulsin depende deciertas propiedades.
El principal objetivo es deshacer la pelculainterfacial que existe entre las gotas de agua.
Los factores que favorecen la estabilizacin de una solucin son:
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Tensin Interfacial
Cuando el agua y el crudo entran en contactose forma una tensin en la interfase quesepara los fluidos.
A menor IFT mas
inestable es la solucin.
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Viscosidad de la Fase Continua
Un petrleo con alta viscosidad requiere mstiempo para que las gotas decanten o colaescan.
A menor viscosidadmas inestable es la
emulsin.
Calentar la emulsin disminuyela viscosidad.
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Tamao de la Gota
Entre mas pequeas sean las gotas, masestable es la emulsin.
Generalmente los tamaosde gota van desde 0.10mhasta 100m.
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Relacin de Volmenes de las Fases
Al aumentar el volumen de la fase dispersa, elnmero y el tamao de las gotas aumenta.
Se reduce la estabilidad de la emulsin.
+Porcentaje de Agua = -Estabilidad
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Temperatura
Disminuye
Adsorcin de surfactantes naturales.
Viscosidad de la fase continua.
Rigidez de la pelcula interfacial
Tensin Superficial.
Disminuye la estabilidad de la emulsin.
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pH
Ajustando el pH se puede minimizar larigidez de la pelcula interfacial y aumentarla tensin superficial
Esto se logra adicionando cidos o bases inorgnicos.
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Edad de las emulsiones.
Con el tiempo la pelcula interfacial va aaumentar su rigidez, se har mas fuerte y masgruesa.
+Edad. = +Estabilidad.
Tendrn que agregarsealtas ratas de qumicospara tratarlas.
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Salinidad de la Salmuera
Los slidos disueltos totales (TDS) o salinidaddel agua, tambin influyen en la rata deasentamiento.
Aguas ms pesadas, mayor velocidad deasentamiento.
+TDS =- Estabilidad.
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Tipo de Aceite
Crudos Parafnicos
Crudos Naftnicos
y de base mixta
No forman emulsiones estables
Forman emulsiones estables.
Determina el tipo y la cantidad de emulsiones
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Presencia de Cationes
Compactan lapelcula interfacial.
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Diferencia de Densidades
Al aumentar la diferencia de densidades lavelocidad de sedimentacin aumenta.
La emulsin pierdeestabilidad.
Se aumenta la fuerzaneta de gravedad que
acta sobre las gotas.
A mayor gravedad APImenos es la estabilidad de
la emulsin.
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Cmo se rompen?
Hay 3 etapas principales pararomper una emulsin W/O.
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Acercamiento Macroscpico de lasGotas
Donde:Vs = velocidad de sedimentacin de Stokes (cm/s).VH = velocidad de sedimentacin de Hadamard (cm/s).
1 = densidad del agua (g/cm3).2 = densidad del crudo (g/cm3).g = aceleracin de gravedad (cm/s2).r = radio de las gotas de agua dispersas en el crudo (cm).e= viscosidad de la fase externa (cp).i= viscosidad de la fase interna (cp).
fs = factor de Stokes (1/cm.s)
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Velocidad de Decantacin
La velocidad de decantacin del agua aumentacon:
El cuadrado del dimetro de la gota depetrleo
Disminucin en la viscosidad del petrleo
Mayor diferencia de densidad entre elpetrleo y el agua.
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Drenaje de la Pelcula
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Drenaje de la Pelcula
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Coalescencia
Se define como un fenmeno irreversible en el cual las gotas pierden suidentidad, el rea interfacial se reduce y tambin la energa libre del sistema.
Se lleva a cabo en 5 etapas:
1. Aproximacin de las gotas en la interfase y contacto con deformacin de lasgotas en las misma.
2. Oscilacin de las gotas en la interfase.
3. Formacin de una pelcula de la fase contnua entre la gota y la interfase.
4. Ruptura y desaparicin de la pelcula seguida por la coalescencia real de lasgotas.
5. Transporte parcial o completo del contenido de la gota a la fasediscontinua.
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Coalescencia
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SEDIMENTACIN YDESHIDRATACIN ESTTICA
Comprende el mtodo de tratamiento gravitacional o de asentamiento,acompaado en muchos casos de tratamiento qumico y calentamiento.
Es conocido como el mtodo de LlenadoSedimentacin Drenaje yBombeo.
El petrleo despus de que se ha llenado el tanque es dejado estticopara que sedimente el agua contenida en l.
Es el mtodo ms simple y el menos estudiado.
Involucra el uso de deflectores arreglados e instalados dentro de lostanques de tratamiento tal que permitan la desgasificacin del fluidoentrante, control de la direccin del flujo de fluido, control y lmite de lascorrientes trmicas y mejor promocin de la coalescencia de las gotas dela emulsin
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Mtodos de Tratamiento
Sedimentacin Natural
Trmico Elctrico
Qumico
Mecnico
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Tratamiento Trmico
Incrementa el movimiento y frecuencia de colisin ochoque de las gotas
Incrementa la diferencia de densidades Reduce la viscosidad del petrleo Incrementa la velocidad de asentamiento de las gotas de
agua Promueve la coalescencia Tratamiento costoso, disminuye valor del petrleo (por
prdidas de livianos)
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Tratamiento Trmico
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Tratamiento Elctrico
Polariza las gotas con cargas inducidas de superficie
Deforma las formas esfricas de las gotas a forma
elptica
Incrementa la distorsin en el rea superficialinterrumpiendo la pelcula interfacial
Resulta en mejor coalescencia
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TratamientoElctrico
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Tratamiento Qumico
Principio de Accin
Aplicacin de agentesdemulsificantes que
atacan a las sustanciasemulsificantes para
romper la emulsin
Ventajas
Bajo costo deinstalacin de
equipos,procesos sencillos y
deshidratacin sencilla
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Adecuada cantidad del qumico ms eficiente Suficiente agitacin para permitir una buena mezcla del
qumico con la emulsin Cuando fuere necesario, la adicin de calentamiento para
facilitar el rompimiento de la emulsin Suficiente tiempo para permitir el asentamiento del agua
liberada Adecuado manejo y separacin y separacin de gas antes del
asentamiento
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Tratamiento Mecnico
Bsicamente existen 4 aparatos mecnicos usados para elasentamiento del agua:
1. Tanques de asentamiento
2. Piscinas o fosas de asentamiento
3. Gunbarrel o wash Tank (Tanques de
lavado)
4. Free- Water Knockout (FWKO)
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Equipos de Superficie
Separadores Free water Knockouts Tanques de asentamiento (Settling Tanks) Gun Barrels (Tanques de lavado) Heater Treaters (Tratadores trmicos) Chemelectrics (tratadores electrostticos) Desalting Units ( Unidades de desalado)
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SELECCIN DEL PROCESO YEQUIPO
El tratamiento de las emulsiones se realiza en
dos etapas bsicas: la deshidratacin, donde elcontenido de agua a 1 o 2%; el desalado,donde se inyecta agua dulce o poco salada quedisminuye la concentracin de sal del agua
remanente.
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Separador Gas- Lquido
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SEAPARADORES(BIFASICOS/TRIFASICOS)
o Separacin del gas natural de los lquidos producidoso Combina: Gravedad, tiempo, procesos mecnicos y
ocasionalmente qumicoso El tamao depende del flujo del gas natural o lquidos
dentro del separadoro Tienen varios diseos: vertical, horizontal y esfricos
o La mayora son bifsicos: separar gas y lquidoso Trifsicos: separan el gas natural, hidrocarburos lquidos
y agua libreo Presiones de operacin de los separadores dependen de
la presin de flujo de los pozos, presin de operacindeseada por el operador
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Separadores (Bifsicos/ Trifsicos)
Separador trifsico horizontal
SEPARADOR VENTAJAS DESVENTAJAS
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HORIZONTALES Tienen mayor capacidad para manejar gas quelos verticales.
No son adecuados para manejar flujosde pozos que contienen materialesslidos como arena o lodo, pues esdifcil limpiar este tipo de separadores.Son ms econmicos que los verticales.
Son ms fciles de instalar que los verticales.
El control de nivel de lquido es mscrtico que en los se paradoresverticales.
Son muy adecuados para manejar aceite conalto contenido de espuma. Para esto, dondequeda la interfase gas-lquido, se instalan placasrompedoras de espuma.
ESFERICOS Ms baratos que los horizontales o verticales.
Tienen un espacio de separacin muylimitado.
Ms compactos que los horizontales o losverticales, por lo que se usan en plataformascosta afuera.
Son ms fciles de limpiar que los separadoresverticales.
Los diferentes tamaos disponibles los hacen eltipo ms econmico para instalaciones
individuales de pozos de alta presin.
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SEPARADOR VENTAJAS DESVENTAJAS
VERTICALESEs fcil mantenerlos limpios, por lo que serecomiendan para manejar flujos de pozos conalto contenido de lodo, arena o cualquiermaterial slido.
Son ms costosos que los horizontales.
El control de nivel de lquido no es crtico,
puesto que se puede emplear un flotadorvertical, logrando que el control de nivel seams sensible a los cambios.
Son ms difciles de instalar que loshorizontales.
Debido a que el nivel de lquido se puedemover en forma moderada, son muy
recomendables para flujos de pozos queproducen por bombeo neumtico, con el fin demanejar baches imprevistos de lquido queentren al separador.
Se necesita un dimetro mayor que elde los horizontales para manejar lamisma cantidad de gas.
Hay menor tendencia de revaporizacin de
lquidos.
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Separacin del gas natural de los lquidosproducidos.
Combina: Gravedad, tiempo, procesosmecnicos y ocasionalmente qumicos.
El tamao depende del flujo del gas natural olquidos dentro del separador.
Tienen varios diseos: vertical, horizontal yesfricos.
Trifsicos:separan el gas natural,hidrocarburos lquidosy agua libre
Presiones de operacin de los separadoresdependen de la presin de flujo de los pozos,
presin de operacin deseada por el operador.
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Separadores Gravitacionales
Free Watter Knockouts
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Free Watter Knockouts(FWKO)
Usado para separar el gas y agua libre del petrleoemulsionado El diseo puede ser horizontal o vertical El tamao depende del tiempo de retencindeseado y del volumen del fluido a tratar Los mtodos usados para la separacin son:tiempo, gravedad, mecnicos y algunas vecesqumico Cuando el calentamiento tiene que ser usado pararomper la emulsin, se ahorra mucho combustiblecon el uso de los FWKO
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Usado para separar el gas y agua libre del petrleo emulsionadoEl diseo puede ser horizontal o vertical
El tamao depende del tiempo de retencin deseado y del volumendel fluido a tratar.
Los mtodos usados para la separacin son: tiempo, gravedad,mecnicos y algunas veces qumicos.
Cuando el calentamiento tiene que ser usado para romper la emulsin,
se ahorra mucho combustible con el uso de los FWKO
Desventajas
TANQUES DE ASENTAMIENTO
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Usado en muchos campos viejos de petrleo.
La emulsin entra al tanque y es distribuida hacia el fondo deltanque a travs de un distribuidor.
El petrleo limpio fluye hacia la parte superior.
Las fracciones livianas del petrleo producido tienden a escapardisminuyendo la gravedad y el volumen del petrleo.
Nunca se selecciona un tanque de asentamiento cuando prime elfactor econmico.
TANQUES DE ASENTAMIENTO(SETTLING TANK)
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agua
aceite
salida deaceite
sifon de
agua
tuberia dedistribucion
o El petrleo limpio fluye hacia la parte superioro Las fracciones livianas del petrleo producido
tienden a escapar disminuyendo la gravedad yel volumen del petrleo.
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Nunca se selecciona un tanque de asentamientocuando prime el factor econmico
Usado en muchos campos viejos de petrleo
La emulsin entra al tanque y es distribuida
hacia el fondo del tanque a travs de undistribuidor.
El petrleo limpio fluye hacia la parte superior
Las fracciones livianas del petrleo producido
tienden a escapar disminuyendo la gravedad yel volumen del petrleo.
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VENTAJAS
Ahorros en el uso decombustible.
Requiere de pocomantenimiento.
De diseo y operacinsencilla.
DESVENTAJAS
Se ve afectado por altasvelocidades de flujo.
Exceso de gas. Descensos en la
temperatura del fluido.
Recuperacin de
emulsiones envejecidas
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GUN BARREL(WASH TANKS)
TANQUES DE LAVADO
Usualmente combinan mtodos trmicos, qumicos, tiempo,gravedad, mecnico.
El tanque de lavado es bsicamente un tanque de asentamiento que
tiene adaptado un tubo separador de gas en la parte interna oexterna del tanque.
Opera bajo el principio de diferencia de densidades
La emulsin entra por la parte superior del tanque, pasa por el tubo
conductor y se riega en el fondo por medio del distribuidor(spreader)
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La emulsin asciende a travs de la zona de aguaque ayuda a la coalescencia de las gotas y permitesuficiente tiempo de retencin para que las fases se
separen.
El tanque de lavado es bsicamente un tanque
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La emulsin entra porla parte superior deltanque, pasa por eltubo conductor y se
riega en el fondo pormedio del distribuidor(spreader).
El tanque de lavado es bsicamente un tanquede asentamiento que tiene adaptado un tuboseparador de gas en la parte interna o externadel tanque.
El petrleo limpio, el gas yel agua salen por susrespectivas tuberas.
La emulsin asciende a travs de la zonade agua que ayuda a la coalescencia delas gotas y permite suficiente tiempo deretencin para que las fases se separen
TANQUES DE LAVADO
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El petrleo por ser ms liviano que la emulsin asciende pasando aformar parte de la zona correspondiente al petrleo deshidratado.
TANQUES DE LAVADO
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DESVENTAJAS
Se ve afectado por altas velocidades de flujo, exceso de gas, descensos en latemperatura del fluido y recuperacin de emulsiones envejecida
La eficiencia del mismo depende del control total de las variables
Tienen un tiempo de residencia entre 3 a 36 horas
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HEATER TREATERS(TRATADORES)
Usualmente combinan mtodos trmicos, gravitacionales, mecnicos y
qumicos para romper la emulsin.
El diseo puede ser horizontal o vertical.
El tamao depende de la cantidad de fluido a tratar
La emulsin entra a travs de un intercambiador de calor y pasa a un tuboconductor
El agua libre cae al fondo, la emulsin fluye hacia arriba y horizontalmentedentro de una segunda seccin de la vasija donde el agua se separa de laemulsin y cae al fondo
El aceite limpio se remueve a travs de su salida
T d T i
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Tratador Trmico
VENTAJAS DESVENTAJAS
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VENTAJAS
Reduce la viscosidad de la fasecontnua.
Incrementa el movimiento y lacolisin de las gotas de aguapara su coalescensia.
Incrementa la diferencia dedensidades.
Promueve una mejordistribucin deldesemulsionante.
Disuelve las parafinascristalizadas que le danestabilidad a las emulsiones.
Debilita la pelcula deemulsionante que rodea a lasgotas de agua.
DESVENTAJAS
Provoca la migracin de los
compuestos ms voltileshacia la fase de gas.
Incrementa los costos decombustible.
Incrementa riesgos en lasinstalaciones.
Requieren mayorinstrumentacin y control.
Tratador Electrostticos
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Tratador Electrostticos(Chemelectric)
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TRATADOR ELECTROSTTICO(Electrostatic treater or chemelectric)
Similar a un tratador trmico horizontal, excepto que adiciona alto voltaje,corriente alterna y mallas elctricas
La emulsin entra por la parte superior, pasa a travs de un intercambiadorde calor y sube a un campo elctrico donde las gotas reciben una cargaelctrica, haciendo que se muevan rpidamente y choquen unas conotras con bastante fuerza para unirse, formar grandesgotas y luego caer al fondos.
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VENTAJAS DESVENTAJAS
En comparacin con los sistemas de tanques
de lavado es que son menos afectados en suoperacin por las caractersticas de los crudos(densidad, viscosidad), agua o agentesemulsionantes
Los dispositivos del equipo podran ser
afectados por los cambios en las propiedadesconductoras de los fluidos de alimentacin,cuando se incrementa el agua, la salinidad y lapresencia de slidos.
Son de menor dimensin
El tiempo de residencia asociado esrelativamente corto
Requerimiento de supervisin constante en suoperacin.
Se obtiene una mejorcalidad del agua separada
Instalacin de sistemas de control mssofisticados, lo que incide tanto en los costosde operacin como de inversin.
Mayor flexibilidad en cuanto a lasfluctuaciones o variaciones en los volmenesde produccin
Instalacin de sistemas de carga para unmayor control de flujo al equipo, ya quenecesitan para su operacin condiciones deflujo estables y controladas.
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CIRCUNSTANCIAS DE USO VENTAJAS DE USO
Cuando el gas combustible para calentar la
emulsin no est disponible o es muy costoso.
La emulsin puede ser rota a temperaturas
muy por abajo que la que requieren lostratadores calentadores
Cuando la prdida de gravedad API eseconmicamente importante.
Debido a que sus recipientes son mucho mspequeos que los calentadores, eliminadores
de agua libre y gun-barrels, son ideales paraplataformas petroleras marinas.
Cuando grandes volmenes de crudo deben
ser tratados en una planta a travs de unnmero mnimo de recipientes
Pueden remover mayor cantidad de agua que
otros tratadores.
Las bajas temperaturas de tratamientoprovocan menores problemas de corrosin eincrustacin
l d ( l )
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Desalado (Desalters)
Caracteristicas
Son usados dondesalmueras fuertes(alta
salinidad) son producidas
conjuntamente con elpetrleo.
Funcionan usando agua de
lavado (agua fresca), paraque el agua que pase con elcrudo tenga una bajaconcentracin de sal.
El porcentaje de agua debeser suficiente para asegurarcontacto con impurezasinsolubles en petrleo,
principalmente sal y obteneruna densidad ptima degotas (gotas por unidad devolumen) en el campoelctrico.
El rango ms satisfactorio esentre 5% y 7% con respecto a
la carga del crudo
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Sistema de Desalado (Dos estaciones)
Representacin esquemtica de una estacin de
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p qflujo para deshidratar crudo.
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DEMULSIFICANTES
Modifican la tensin superficial
Actan sobre los agentes emulsionantes
Dispersan los slidos que estabilizan la emulsin
En este proceso se neutralizan las cargas repulsivas entre gotas con laaplicacin de demulsificantes y se disminuye el nmero de slidos filtrablesque recubren las gotas con agentes humectantes; permitiendo laformacin de gotas ms grandes que precipitan ms fcilmente.
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