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MÓDULO 1 FACILIDADES DE PRODUCCION

Docente: MSc. Ing. Roberto Mallea Fortúnrobertomalleaf@gmail.com

Fecha: 07 / Septiembre / 2015

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Capitulo 5

ESTABILIZACION DE CRUDO

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ESTABILIZACION DE CRUDOESTABILIZACION DE CRUDO En la actualidad; la Exploración y Producción requiere realizar un diseño conceptual de la planta de estabilización de condensados desde la selección de ubicación óptima basado en criterios ambientales, técnicos y socioeconómicos hasta el pre-dimensionamiento de los equipos, con objetivo contribuir con el desarrollo energético del país y satisfacer la demanda y necesidades del mercado interno. El proceso de estabilización involucra la separación de los compuestos más volátiles de una corriente de crudo o condesados con el fin de obtener hidrocarburos líquidos aptos para ser almacenados o transportados, otros de los propósitos del proceso de estabilización es que una corriente de gas pueda ser manejada sin problemas de condensación de los componentes pesados en las líneas de transporte. Este proceso permitirá recuperar la mayor cantidad de hidrocarburos líquidos medianos y pesados, que serán utilizados como combustible y materia prima para las industrias de la refinación en el mercado interno, así como para la exportación de los mismos. Estos hidrocarburos líquidos poseen un alto valor comercial en los mercados internacionales, por lo cual es necesario incrementar la recuperación de estos y evitar que se evaporen. 

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ESTABILIZACION DE CRUDOVARIABLES DEL PROCESO

De acuerdo a la naturaleza de la investigación las variables involucradas en el estudio son las siguientes:Variable Independiente (X): Variable Dependiente (Y):Parámetros de operación planta Recobro de líquidos del gas. (Presión,

Temperatura, Caudal)

OPERACION DE LAS VARIABLES

Variable Definición Conceptual Definición Operacional Indicadores Recuperación de líquidos del gas

Cantidad de hidrocarburos condensables que se recuperan.

Flujo de condensado en la salida del proceso entre el Flujo de condesado en la entrada del proceso.

Eficiencia en la recuperación de líquidos. Producción diaria de GLP.

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ESTABILIZACION DE CRUDOALCANCE DE LA INVESTIGACIONEl estudio a desarrollar está enfocado en diseñar de manera conceptual la planta de estabilización de Condensados, incluyendo la selección de la tecnología óptima, simulación del proceso a través de la variación de parámetros operacionales tales como presión, temperatura y flujo, pre-dimensionamiento de los equipos principales y estimación de costo.  Para obtener los resultados deseados se debe elaborar una matriz de selección, donde se considere los aspectos técnicos, ambientales y económicos. Se verà el comportamiento en el recobro de líquido cuando

se varían las variables de operación y así definir las condiciones óptimas a las cuales debe operar la planta. Las premisas a considerar para la realización de este estudio son las siguientes:

Minimizar los requerimientos de potencia (HP). Minimizar el costo de inversión, CAPEX. Minimizar el costo de operaciones, OPEX. Maximizar el recobro de condensados. Maximizar la calidad del gas entregado a la Planta de Acondicionamiento al Mercado Interno.

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ESTABILIZACION DE CRUDOMARCO TEORICO REFERENCIAL

YACIMIENTOS DE GAS.Yacimientos de Gas son aquellos en los cuales la mezcla de hidrocarburos se encuentra inicialmente en fase gaseosa en el subsuelo. Se clasifican en yacimientos de: Gas seco Gas húmedo Gas condensadoEn los yacimientos de gas seco la mezcla de hidrocarburos permanece en fase gaseosa, tanto en el subsuelo como en superficie, durante su vida productiva (a cualquier presión). Además, la temperatura de estos yacimientos es mayor que la temperatura cricondentérmica (temperatura máxima a la cual pueden coexistir dos fases) de la mezcla.

En cambio, los Yacimientos de Gas Húmedo producen líquido en superficie al pasar la mezcla a través del sistema de separación, generando relaciones gas-petróleo (RGP) mayores de 15000 PC/BBL A diferencia de los anteriores, los Yacimientos de Gas Condensado presentan condensación retrógrada en el yacimiento a presiones por debajo de la presión de rocío y temperaturas entre la crítica y la cricondentérmica de la mezcla. En este caso las relaciones gas-líquido son superiores a 3200 PC/BBL.La figura 5-4-1 muestra el espectro de los fluidos del yacimiento, desde gas húmedo hasta crudo.

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ESTABILIZACION DE CRUDO

Figura 5-1 Representación esquemática de los tipos de fluidos en un yacimiento.

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ESTABILIZACION DE CRUDOYACIMIENTOS DE GAS CONDENSADO

Los yacimientos de gas condensado están siendo considerados de gran importancia tanto desde el punto de vista de desarrollo económico como desde el punto de vista estratégico. Un gas condensado es un fluido monofásico en condiciones de yacimiento originales; está compuesto principalmente de metano y de otros hidrocarburos de cadena corta, pero también contiene hidrocarburos de cadena larga, denominado fracciones pesadas. Bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, este fluido se separará en dos fases, una gaseosa y una fase líquida, lo cual es conocido como condensado retrogrado. Este tipo de yacimientos presentan un comportamiento complejo debido a la existencia de un sistema fluido de dos fases (gas y condensado). Las dos fases se generan por la caída liquida cuando la presión en los pozos se encuentran por debajo del punto de rocío y originan tres problemas:

Reducción irreversible de la productividad del pozo. Menor disponibilidad de Gas. Presencia de condensados que bloquean la producción de gasLa figura 5-5-2 muestra un diagrama fases de un sistema de gas condensando.

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ESTABILIZACION DE CRUDO

Figura 5-2. Diagramas de Fases de un sistema de Gas Condensado

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ESTABILIZACION DE CRUDOPRESIÓN PARCIAL

La presión parcial de un gas en una mezcla o solución sería aproximadamente la presión de dicho gas si se eliminaran repentinamente y sin que hubiese variación de temperatura todos los demás componentes de la mezcla o solución. La presión parcial de un gas en una mezcla es la medida de la actividad termodinamica de las moléculas de dicho gas y, por lo tanto, es proporcional a la temperatura y concentracion del mismo.Se define como:

Presión Parcial= (Molesn/Suma de moles)/Presión de Gas.

PROCESO DE ESTABILIZACIÓNLos procesos de estabilización involucran la separación de la mayoría de los componentes volátiles provenientes de crudo o gas con el fin de obtener hidrocarburos líquidos que sean capaces de ser almacenados o transportados. La selección del proceso de estabilización estará determinada por la composición de los hidrocarburos.Los procesos de estabilización se pueden clasificar en dos grandes grupos:• Múltiples etapas de Separación.• Separación basada en columnas estabilizadoras.

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ESTABILIZACION DE CRUDOMÚLTIPLES ETAPAS DE SEPARACIÓNConsiste en separaciones sucesivas desde la presión de entrada hasta la presión atmosférica o presión de tanque de almacenamiento. El número de etapas de separación varía entre dos y cuatro.

Figura 5-1. Sistema de Estabilización por múltiples etapas de separación.

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ESTABILIZACION DE CRUDOTORRES DE ESTABILIZACIÓNEste proceso consiste en sustituir uno o más separadores en la última etapa de un proceso de separación por múltiples etapas, por un sistema de columna de estabilización.La columna estabilizadora es una torre de fraccionamiento la cual se puede diseñar para operar de dos maneras:1. Sin reflujo (alimentación en el tope de la columna)2. Con Reflujo (alimentación en un plato intermedio de la columna)La columna trabaja de una manera selectiva, por lo cual la calidad de la separación se puede controlar ajustando algunas variables claves.

TORRES DE ESTABILIZACIÓN SIN REFLUJO (ALIMENTACIÓN POR EL TOPE).Está compuesta por una columna con una sola sección de despojamiento. La falta del reflujo implica perdidas en un grado de control, pero contribuye a la simplicidad operacional.Las especificaciones del crudo son controladas por las variaciones del duty del rehervidor, lo cual permite manejar los cambios que puedan ocurrir en la corriente de entrada. La temperatura de los hidrocarburos a la entrada de la columna puede afectar el desempeño de este tipo de procesos, ya que altas temperaturas reducen el duty del rehervidor pero también reducen el recobro de líquidos; mientras que bajas temperaturas de entrada favorecen o permiten un mayor recobro de líquidos

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ESTABILIZACION DE CRUDOpero implica altos consumos de energía. Sin embargo no siempre es posible controlar la temperatura de entrada debido a la falta de facilidades adecuadas o suficiente flujo de proceso.En este proceso el líquido cae a través de la torre y empieza a perder componentes livianos y a enriquecerse en componentes pesados. En el fondo de la torre una cantidad de líquido es circulada a través de un rehervidor para añadir calor a la torre. El gas sube a través de la torre y empieza a perder hidrocarburos pesados y va ganando hidrocarburos livianos, este gas sale por el tope de la torre.

TORRES DE ESTABILIZACIÓN CON REFLUJO

En este sistema de estabilización, el líquido cae a través de la torre de estabilización y va incrementando su cantidad de componentes pesados, mientras pierde componentes livianos. El líquido estabilizado es enfriado en un intercambiador de calor por el flujo de alimentación antes de pasar al tanque de almacenamiento. En el tope de la torre cualquier componente intermedio (C3 a C5) que pudiera estar en la corriente de gas, son condensados, separados y enviados nuevamente a la torre por el tope. Este líquido es denominado reflujo. 

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ESTABILIZACION DE CRUDOEste tipo de sistema es teóricamente más eficiente que el sistema de torre sin reflujo, debido a que el reflujo permite un re-flujo de los productos de la cabeza con los vapores de la columna, generando transferencia de masa adicional, y por tanto, la reducción de la altura de la columna para un determinado conjunto de especificaciones. Sin embargo debe contarse con algún sistema de enfriamiento para generar la adecuada cantidad de reflujo. La principal ventaja de este esquema de estabilización es que permite cumplir con especificaciones para dos productos (generalmente uno para el producto de fondo y otra para el producto del tope), mientras que en un proceso de separación o de estabilización por torre sin reflujo solo es posible cumplir con una sola especificación.La principal desventaja que presenta este tipo de proceso de estabilización, es que se necesitan altas presiones de operación, lo cual genera elevadas temperaturas en el fondo de la columna, debido a la limitación del uso de refrigerantes.

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ESTABILIZACION DE CRUDO

Separador

Rehervidor

Torr

e E

stab

iizad

ora

Intercambiador de calor

Condensador

Rfulx Drum

Figura 5-2. Sistema de Estabilización a través de torres con reflujo

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ESTABILIZACION DE CRUDODISEÑO DEL PROCESOEl diseño en el cual se enmarca este proceso está, orientado a manejar las variables de operación de la planta, para ver el efecto de estas en la recuperación de líquidos. Es una investigación netamente explicativa, por cuanto su propósito es demostrar que los cambios en la variable dependiente fueron causados por la variable independiente. Es decir, se pretende establecer con precisión una relación causa-efecto.

FASES DEL PROCESO Con la finalidad de desarrollar mejoras en el sistema de pre-enfriamiento de gas del proceso de licuefacción de la Planta de Extracción de líquidos, se propone el procedimiento que se explican a continuación: Fase I.- EVALUACIÓN DE MATRIZ DE SELECCIÓN  Se realizara una evaluación basado en parámetros técnicos, económicos y ambientales, con el fin de determinar la ubicación de la planta de estabilización de condensado, así como la tecnología más óptima y que ajuste a las premisas establecidas por la empresa para el diseño de la planta.  

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ESTABILIZACION DE CRUDOFase II.- SIMULACIÓN DE LA PLANTA DE ESTABILIZACIÓN DE CONDENSADOS Se realiza una simulación con el uso de un software, para determinar los parámetros de operación, a su vez se realizara un análisis de sensibilidad de estos parámetros para determinar cómo afectan el recobro de hidrocarburos líquidos de la corriente de alimentación.

 Fase III.- PRE-DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS Posteriormente y en función de los resultados de la simulación se realiza el predimensionamiento de los equipos principales de la planta de estabilización de crudo, y de esta manera realizar el estimado de costo clase V correspon

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