Estudio de las características de flujo en un separador trifásico de una facilidad colombiana utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD)
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Date
2024-05-26
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
El comportamiento de flujo multifásico en un separador primario horizontal fue estudiado empleando análisis en dinámica de fluidos computacional (CFD) para determinar oportunidades potenciales de mejora que promuevan la eficiencia de separación de gas, crudo pesado y agua. El separador trifásico analizado es una facilidad de superficie de un campo colombiano. Un modelo numérico tridimensional a escala completa fue desarrollado abordando un enfoque de modelamiento Euleriano-Lagrangiana (VOF-DPM). Simplificaciones utilizando modelos de medio poroso fueron realizadas para representar conservativamente el flujo de fases a través del bafle perforado y eliminador de niebla; los coeficientes de resistencia inercial y viscosa se estimaron ajustando los perfiles de caída de presión a ecuaciones de tipo Hazen-Dupuit-Darcy. Los resultados de simulación CFD revelan como etapa de diagnóstico que el separador presenta problemas de desempeño asociadas principalmente con el dispositivo de entrada tipo aletas en la separación primaria gas/líquido, lo cual afecta la calidad de la distribución de flujo derivando en canalización del gas por encima de la interfase gas/crudo. Lo anterior genera zonas muertas o subutilizadas en el primer tercio longitudinal del separador (alrededor de 13,12 ft). Asimismo, se identifica que en el eliminador de niebla no se establece un perfil de velocidad de gas uniforme, debido a la instalación de la almohadilla respecto a la boquilla de salida por debajo del espaciamiento mínimo requerido. Las estadísticas del análisis de fase discreta (DPM) para el rastreo de gotas de crudo y agua usando el método de distribución de tamaño de partícula de Rosin-Rammler, predicen tiempos de residencia efectivos promedio de 6,3 minutos para el crudo y 9,3 minutos para el agua, equivalente a porcentajes de utilización del separador de 63,3% y 93,3%, respectivamente. Lo que indica la existencia de márgenes para incrementar el tiempo de residencia y promover los fenómenos de coalescencia de gotas dispersas.
Description
Keywords
Separador trifásico, Flujo multifásico, Dinámica de fluidos computacional, Simulación CFD 3D, Perfiles de flujo, Modelos de medio poroso