Processamento_Primrio_GN_01_2016

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Processamento Primário 
Esquema de uma instalação de produção 
complexa 
Equipamentos de separação líquido-vapor 
Vasos separadores 
 Existem vários tipos de vasos 
separadores, podendo ser classificados 
quanto à sua forma, pressão de trabalho 
e finalidade ou tipo de operação. 
Classificação dos separadores 
Quanto a finalidade: 
 Separadores, separadores de óleo-gás, decantadores (Decantador de água “water 
knockout”), vaso de expansão (vaso “flash”) e depuradores (depurador de gás “gas 
scrubber”); 
Quanto à posição: 
 Horizontal ou vertical; 
Quanto à forma: 
 Cilíndrico ou esférico; 
Quanto à montagem: 
 Monotubo ou bitubo; 
Quanto às fases: 
Bifásico ou trifásico; 
Especiais: 
 Separador medidor. 
 Lei de Stokes 
 
 𝑣 = 
𝜌𝑎−𝜌𝑜 𝑑2𝑔
𝜇
 
 
Onde v é a velocidade de sedimentação das gotas, | 𝜌𝑎 − 𝜌𝑜| é a diferença de 
densidade, µ é a viscosidade da fase contínua, d é o diâmetro das partículas 
que decantarão e g é a aceleração devido às forças de campo (gravitacional 
ou centrífuga) 
Separadores trifásicos / extratores de água 
livre 
Água + óleo 
Agitação Tempo 
Decantação 
 Esquema e Curva do Crescimento da Camada de Água com o Tempo 
Sistema com Separação Bifásica 
Sistema com Separação Trifásica 
Mecanismos de separação 
 Ação da gravidade e diferença de densidades - 
responsáveis pela decantação do elemento mais pesado; 
 
 Separação inercial - mudanças bruscas de velocidade e 
de direção de fluxo quando este sofre o impacto, 
permitindo ao gás desprender-se da fase líquida devido a 
inércia que esta fase possui tendendo a conservar sua 
direção original e manter sua velocidade; 
Um separador típico se constitui de 
quatro seções distintas: 
 Seção de separação primária - onde o fluido choca-
se com defletores ou um difusor que lhe impõe um 
movimento giratório, fazendo com que o liquido se 
precipite para o fundo do vaso. É nesta seção que a 
maior parte do líquido proveniente do poço é separado. 
Esta primeira separação tem por finalidade remover 
rapidamente as golfadas de gás e as gotículas de maior 
diâmetro do liquido, diminuindo a turbulência e o 
retorno do líquido à corrente gasosa; 
Para retenção de pequenas gotículas de óleo na parte superior dos separadores são usados vários 
tipos de extratores de névoa (‘demister’). 
 Seção de acumulação (coleta) de líquido - para 
receber e distribuir os líquidos coletados. Nesta seção se 
faz a separação das bolhas gasosas que ficaram no seio 
do líquido após a separação primária. Normalmente, o 
mecanismo que atua na separação gás-óleo é a ação da 
gravidade, causando a decantação do líquido. Para que 
esta separação seja efetiva, o óleo deve ficar retido 
durante certo tempo no separador, chamado de tempo 
de retenção; 
 Seção de separação secundária - ou seção de 
decantação por gravidade, onde se separam as gotículas 
menores de óleo carreadas com o gás, após a seção 
primária. O mecanismo de separação nesta seção é a 
decantação, cuja eficiência decresce grandemente 
com a turbulência. 
 
 Seção aglutinadora - onde as gotículas 
de líquido arrastadas pela corrente de 
gás, não separadas nas seções anteriores, 
são aglutinadas em meios porosos e 
recuperadas. 
 
Separador horizontal 
Separador vertical 
Separador Vertical 
Corte esquemático do Separador Vertical com Fundo Cônico 
O fundo cônico é usado quando se prevê 
que a produção de areia será um problema 
grande. Normalmente o cone é formado em 
um ângulo de 45º a 65º (ver Figura 27), 
devido a areia produzida ter uma tendência 
a sedimentar em aço com ângulos menores 
do que 45º. 
Comparando os separadores 
 Separadores horizontais: 
 Separadores horizontais são normalmente mais eficientes no 
manuseio de grandes volumes de gás. Isto porque na seção 
de decantação do vaso as gotículas de líquido caem 
perpendicularmente à direção do fluxo de gás e então são 
mais facilmente separadas da fase continua gasosa. 
 Maior área superficial na interface gás líquido. 
 Sob o ponto de vista da separação gás-líquido, os 
separadores horizontais serão os preferidos a não ser que 
algum motivo específico conduza a escolha pelo vertical ou 
outro tipo. 
Desvantagens do vaso horizontal 
 Não são tão eficientes quanto os verticais no manuseio de sólidos 
produzidos; 
 É necessário colocar vários drenos ao longo do comprimento do vaso, com 
um espaçamento muito próximo; 
 Vasos horizontais requerem mais área plana do que o vertical com a mesma 
capacidade. Apesar de não ser importante em plantas situadas em terra é 
muito importante em plantas marítimas onde espaço é limitado e valioso; 
 Vasos pequenos e médios em geral têm menor capacidade ao surge, isto é, eles comportam 
grandes golfadas de liquido menos eficientemente do que um vaso vertical. 
 A geometria do vaso horizontal requer um dispositivo de “shut-down” (parada programada). 
Separadores horizontais 
 A golfada em vasos horizontais podem criar ondas internas 
que podem ativar o sensor de nível alto. Todos estes fatores 
causam o mau funcionamento do vaso horizontal quando 
golfadas de líquido estão presentes na corrente de entrada. 
Este problema não é tão sério nos separadores horizontais 
grandes, particularmente naqueles que operam com menos da 
metade cheio. 
Desvantagens de vasos Verticais 
 Vasos verticais também tem pontos negativos que não são 
relacionados com o processo mas que devem ser considerados na 
hora da seleção. São eles: 
 A válvula de alívio e outros escadas especiais e plataformas de 
acesso; 
 O vaso vertical pode ter que ser removido do pacote de uni 
equipamento de produção (também chamado de “skid”) quando 
restrições de altura para o transporte rodoviário, requerendo que 
seja horizontalmente embarcado. 
Condições de operação de um separador 
 Pressão de separação; 
 Temperatura; 
 Nível. 
Variáveis de processo 
 As condições de operação de um separador são 
definidas por: 
 Máxima capacidade ao óleo; 
 Máxima capacidade ao óleo e ao gás; Máxima capacidade 
ao gás 
Problemas Especiais 
 Formação de espuma; 
 Obstrução por parafina; 
 Produção de areia; 
 Formação de emulsão; 
 Arraste de líquido e de gás. 
Acessórios do Separador 
 Internos 
 Defletor de entrada (dispositivo primário separação ou placa defletora) 
 Defletores de impacto 
 Mudança de velocidade 
 Entrada tipo ciclone 
 Usa a força centrífuga 
 Esquemas de vários tipos de defletores: (a) calota esférica; (b) placa plana; (c) entrada tipo ciclone 
Internos - Separador 
 Pratos quebra-espuma 
 Forçar a passagem da espuma através de placas paralelas inclinadas ou tubos 
como mostra a Figura 15. Este procedimento conduz ao coalescimento das 
bolhas de espuma. 
Corte do Separador mostrando as Placas Inclinadas 
Internos- Separadores 
 QUEBRA-ONDAS - placas verticais que estendem-se sobre a 
interface gás líquido no plano perpendicular à direção de fluxo, 
evitando a propagação de ondas causadas pelas golfadas de 
líquido. Na UN-BC é comum o uso de uma placa perfurada e 
não a placa plana. 
Internos -Separadores 
 QUEBRA-VÓRTICE 
Interrompe o desenvolvimento do 
vórtice quando a válvula de 
controle é aberta. O vórtice pode 
succionar algum gás e arrastá-lo 
com o líquido de saída. 
Corte mostrado a localização dos vários tipos de Quebra-Vórtice; (a) tubo 
perfurado; (b) plataforma; (c) cruzeta 
Internos - Separadores 
 Jatos de areia e dreno 
Controle 
 
 Como exemplo: 
 Separador Trifásico: 
 Malha de Controle de Pressão (saída de gás): 
 Sensor/transmissor de pressão (PT); 
 Controlador de pressão (PIC); 
 Válvula de controle de pressão (PCV). 
Controle 
 Malha de Controle de Saída de Óleo: 
 Sensor/transmissor de nível de óleo (LT); 
 Controlador de nível (LC); 
 Válvula de controle de nível (LCV).Controle 
Malha de Controle de Saída 
de Água: 
Sensor/transmissor de nível 
de interface (LT); 
Controlador de nível de 
interface óleo/água 
(LIC); 
Válvula de controle de nível 
de interface (LCV). 
 
Medição 
 Medição de gás 
 Elemento primário (placa de orifício), que produz a pressão diferencial; 
 Elemento secundário (bourdon) que mede a pressão diferencial; 
 Transmissor de pressão e temperatura; Totalizador de pressão; 
 Registradores. 
 
 Medição de óleo e água 
 Os medidores normalmente utilizados são os medidores 
de deslocamento positivo que, para medir os volumes, 
ele separa o fluxo em partes iguais, e de volume 
conhecido, e conta o número de partes que passa por 
ele. A energia que o aciona é proveniente do próprio 
fluido que está medindo. 
 DE SEGURANÇA 
 Tem por finalidade provocar um alarme ou uma ação 
antes que ocorra alguma anormalidade proveniente 
de uma variável mal controlada ou até mesmo de um 
erro de operação. 
Espuma 
Causa Presença de surfactantes 
Separador Necessita de interno para remoção 
O controle mecânico do nível de líquido 
A espuma tem um alta razão volume/peso. 
Pode se tornar impossível a remoção do gás separado, ou óleo desgaseificado do vaso sem 
arrastar um pouco do material espumoso em ambas saídas de gás e de óleo. 
PROBLEMAS 
Parafina 
 Operações de separação podem ser afetadas por um acúmulo de 
parafina. As placas coalescedoras na seção líquida e o “wire mesh” 
na seção gasosa são particularmente suscetíveis a este 
tamponamento. Quando a parafina é um problema real ou 
potencial, o uso de extrator de névoa tipo placas ou centrífugos 
devem ser considerados como alternativos. Neste caso, bocas de 
visitas ou orifícios devem ser providenciados para permitir a 
entrada de vapor ou solvente de limpeza dos internos do 
separador. 
Areia 
 A areia pode ser muito problemática em 
separadores, causando erosão nas válvulas ou 
interrupção, obstruindo os internos do separador e 
acumulando-se no fundo do separador. 
Revestimento especial pode minimizar os efeitos 
da areia em válvulas e o acúmulo de areia pode 
ser aliviado com o uso rotineiro de jatos de areia e 
drenos. 
Emulsões 
 Podem ser particularmente problemáticas na 
operação de um separador trifásico. Depois de um 
certo tempo, pode formar na interface água-óleo 
um acúmulo de material emulsionado, outras 
impurezas ou ambas. Além de causar problemas 
com o controle de nível de líquido, este acúmulo 
diminuirá o tempo de retenção efetivo do óleo ou 
água, resultando assim em uma redução na 
eficiência, de separação 
Especificação do GN 
 Entre as principais características consideradas em uma 
especificação técnica tem-se: 
 Ponto de orvalho de HC 
 Ponto de orvalho da água ou teor de umidade 
 Teor de gás sulfídrico (H2S) 
 Teor de dióxido de carbono (CO2) 
 
Especificação do GN 
 Especificação do GN para transporte – estabelecida pela 
ANP, por meio da portaria ANP n . 
 Poder calorífico 
 Metano mínimo 
 Etano máximo 
 ... 
 
 
Condicionamento do GN 
Destinos do 
GN 
Gás 
transeferido 
Gás-lift 
Gás 
combustível 
Reinjeção no 
reservatório 
Diagrama de blocos simplificado do condicionamento 
do GN 
Reservatório 
Separação 
primária Compressão 
Desidratação Tratamento 
químico 
UPGN 
Adoçamento 
Depuração 
Filtração 
Escoamento para 
terra 
Tratamento de gás 
combustível 
Consumo interno 
Depuração do gás natural 
 Remoção das partículas líquidas do gás 
 Principalmente gotículas de HC (originário de fase líquida ou 
da formação de névoas. 
O vaso depurador 
As seções: 
 De entrada 
 Separar a porção principal do líquido livre da corrente de entrada 
 De precipitação 
 Atuação da força gravitacional 
 De coalescência ou crescimento 
 utiliza os eliminadores de névoa que removem as partículas pequenas do 
líquido (névoas) 
 De drenagem “sump” 
 Responsável pela drenagem dos líquidos retidos nas seções anteriores 
Névoa 
 Toda e qualquer partícula líquida com diâmetro menor 
do que 10μm. 
D 
 
Os mecanismos básicos de formação de 
névoas 
Borbulhamento 
(buling action): 
Arraste mecânico 
Condensação 
Reação Química 
Ex.: reação SO3 e água 
Mecanismo de 
captação de névoa 
Impacto inercial: As 
partículas líquidas, 
normalmente maiores que 
3 - 5 mícron não são 
capazes de se desviar das 
fibras com a corrente 
gasosa e acabam por, devido 
a sua inércia, colidir com as 
fibras; 
 
Mecanismo de captação de névoa 
Interceptação direta: partículas que não têm inércia 
suficiente para serem interceptadas pelos filamentos do 
leito, são desviadas do mesmo juntamente com a corrente 
gasosa. Estas partículas são desviadas dos filamentos do 
leito, entretanto, parte delas tem sua trajetória no centro 
de uma linha que passa suficientemente próxima do leito 
filtrante, para que as partículas toquem o leito, ou seja, a 
metade do diâmetro destas partículas é maior que a 
distância entre a fibra e o centro da linha na qual trajeta a 
partícula; 
Mecanismo de captação de névoa 
movimento browniano: partículas pequenas, que 
não tem inércia para serem interceptadas pelo 
leito filtrante e cujo diâmetro também é 
suficientemente pequeno para evitar o impacto 
inercial, tem um movimento aleatório bastante 
acentuado, devido ao impacto destas partículas 
com as moléculas do gás. Este movimento 
aleatório faz com que as partículas se choquem 
com os filamentos do leito, sendo coletadas. 
Equipamentos típicos utilizados na 
eliminação de névoas 
 São equipoamentos utilizados no interior de vasos 
depuradores para reter partículas bem pequenas de líquidos 
originárias do processo primário de separação. 
Eliminadores tipo 
malha tricotada 
Conhecido como Demister 
Colchão de tela de fio 
metálico tipo arame, 
enrolado ou disposto em 
camadas 
 
Demister 
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http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.tower-internal.com/images/product/packed tower/Wire gauze demister.jpg&imgrefurl=http://www.tower-internal.com/pro_10.htm&usg=__8xUno6rk8TVaPD_3IaIzFKlC12U=&h=180&w=209&sz=8&hl=pt-BR&start=8&tbnid=50RpSYFQAQ0PUM:&tbnh=91&tbnw=106&prev=/images?q=DEmister&gbv=2&hl=pt-BR&sa=G
Eliminadores Tipo 
placa corrugada 
Consiste, basicamente, em 
um conjunto de chapas 
metálicas no formato de 
ziguezague, cujo principal 
mecanismo de captação de 
névoas também é o impacto 
inercial. 
 
Van Type 
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.chemseparation.com/images/demister/tjbcw-h.jpg&imgrefurl=http://www.chemseparation.com/english/product/tjbcw.html&usg=__eMUW8yjfNIXKRc4qA3l_-QaRG64=&h=524&w=640&sz=90&hl=pt-BR&start=9&tbnid=EHiQmdWfwK2U0M:&tbnh=112&tbnw=137&prev=/images?q=DEmister&gbv=2&hl=pt-BR&sa=G
Filtro coalescedor 
Trata- se de um dispositivo 
constituído de cartuchos 
cilíndricos de material 
fibrosos que têm a 
finalidade de reter em sua 
superfície as gotículas 
existentes no fluxo gasoso. 
 
 Como funciona: os gases contendo névoas atravessam um leito de fibra de 
vidro, as gotículas aí coletadas agregam-se e coalescem, formando uma lâmina 
líquida que, pela pressão dinâmica do gás, se move através deste leito. 
Formando o fluxo líquido, sendo que este é drenado por ação da gravidade. 
Filtro coalescedor 
 Como funciona: os gases contendo névoas atravessam um leito de fibra de 
vidro, as gotículas aí coletadas agregam-se e coalescem, formando uma lâmina 
líquida que, pela pressão dinâmica do gás, se move através deste leito. 
Formando o fluxo líquido, sendo que este é drenadopor ação da gravidade. 
Ciclone 
É utilizado como parte 
integrante do vaso 
depurador. Para esse fim o 
ciclone pode substituir a 
placa defletora do vaso 
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://abrdobrasilltda.com/Hidrociclone.JPG&imgrefurl=http://abrdobrasilltda.com/&usg=__lVyyo-OdruTQEYU5E3V0ewg6A0A=&h=482&w=384&sz=17&hl=pt-BR&start=10&tbnid=Aye9GYWNjCK2kM:&tbnh=129&tbnw=103&prev=/images?q=hidroCiclone&gbv=2&hl=pt-BR&sa=G
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.scielo.br/img/revistas/rem/v58n1/a15fig01.gif&imgrefurl=http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0370-44672005000100015&script=sci_arttext&tlng=pt&usg=__2kI5FtbQRu_qxBuhoqJ787xdnd0=&h=610&w=317&sz=28&hl=pt-BR&start=1&tbnid=UawTRZHnUkSASM:&tbnh=136&tbnw=71&prev=/images?q=hidroCiclone&gbv=2&hl=pt-BR&sa=G
Critérios para a seleção da tecnologia 
do eliminador de névoa 
Gases com grau de 
pureza diferenciado 
Tratamentos 
diferenciados 
Critérios... 
Natureza 
do fluido 
Líquido com formação de: 
•espuma; 
•Parafina 
•Borra 
Eliminador tipo placa 
acompanhado de um 
disposito de entrada como, 
p.e. ciclone 
Líquidos limpos com 
viscosidade baixa 
Eliminador tipo 
coalescedor 
Gás combustível Demister ou placas associadas em 
série com filtro coalescedores 
Vazão do fluido 
 A vazão e o tipo de eliminador de névoa 
definem a dimensão do equipamento 
Perda de pressão 
 O diferencial de pressão admitido é também uma variável importante 
para seleção do eliminador de névoa. O filtro coalescedor apresenta maior 
perda de carga, seguido pelos ciclones, sendo despresível nos eliminadores 
tipo demister. 
Eficiência de remoção de névoa 
 Segue a seguinte ordem: 
 Filtro coalescedor. 
 Ciclones. 
 Demister. 
 Placa corrugada. 
Custo de Capital 
 Filtro coalescedor ~ 10 x maior do que do tipo placa 
corrugada 
 Filtro coalescedor ~ 20 x maior do que do tipo demister 
 
 
 
 
Defletor em Involuta 
 Esse dispositivo tem o principio de funcionamento semelhante a um 
ciclone, ou seja, induz a formação de um vórtice com o conseqüente 
aparecimento de um campo centrífugo que é responsável pela separação 
das fases. 
 
Distribuidor Axial 
 Esse dispositivo é usado para diminuir o momento da corrente de alimentação de entrada, de 
uma forma controlada e perfeitamente distribuída. Tal configuração permite a remoção de 
líquido e distribuir o fluxo do gás de modo mais uniforme, aspectos considerados 
fundamentais para a efetiva separação gás/ líquido. Adicionalmente, tal distribuidor reduz a 
velocidade do gá sobre a superfície líquida, evitando o chamado “rearraste“ de líquido, 
previamente coletados. 
Entrada Ciclônica 
 São dispositivos instalados no interior do vaso depurador ( região de 
entrada ), recomendados nos casos em que existe presença de espuma ou 
instabilidade de fluxo. A presença desse interno é capaz de remover a 
espuma existente, por meio da ação da força centrífuga atuante sobre o 
fluido. 
Entrada Ciclônica 
 
Critérios de dimensionamento de 
depuradores 
 Procuram estabelecer a velocidade máxima admissível da corrente gasosa 
 A corrente é do tipo polidispersa considera-se assim, o diâmetro da 
distribuição 
 Calcula-se a velocidade de decantação da gotícula 
 𝑅𝑒 =
𝜌𝑣𝑎𝑝𝑉𝑑𝑔
𝜇𝑣𝑎𝑝
 
𝜌𝑣𝑎𝑝 e µvap são respectivamente a densidade e a viscosidade da fase contínua, V é a velocidade relativa 
gotícula / vapor (velocidade terminal da gotícula menos o componente vertical da velocidade do vapor) e 
dg é o diâmetro da gotícula carcterística. 
 Fator econômico 
Dependendo do d pode haver superdimensionamento. Uma das soluções é a utilização de 
eliminadores de névoa. 
 
Equação proposta por Sauders e Brown 
para a velocidade máxima 
 𝑉 = 𝑘
𝜌𝑙−𝜌𝑔
𝜌𝑔
 
 
Em que : 
V = velocidade do gás nas condições de pressão e temperatura real, m/s 
rl= massa específica do líquido, kg/m3 
rg= massa específica do gás, kg/m3 
K = a constante experimental K é função do tipo de eliminador de névoa, adotando-se os 
valores sugeridos 
Eliminador de névoa Faixa utilizável (m/s) Valor recomendado (m/s) 
Não utilizado 0,050<k<0,075 0,06 
Demister 0,075<k<0,150 0,105 
Placa corrugada 0,135<k<0,180 0,150 
Outros A definir pelo fabricante A definir pelo fabricante 
 
Principais problemas operacionais dos 
depuradores 
 Tamanho das partículas – partículas menores são mais difíceis de serem 
removidas; 
 Densidade Relativa: As gotículas, para serem removidas precisam ter densidade 
maior do que o gás; 
 Velocidade do gás: se o gás é bastante lento, as gotículas são facilmente 
arrastadas; para escoamento vertical velocidades altas também inibem o 
gotejamento de líquido dos elininadores; 
 
 Capacidade de líquido – quanto mais rapidamente o líquido for 
capturado, mais líquido crescerá nos eliminadores no processo 
de drenagem, e menor será a velocidade do gás, que será 
tolerada sem rearraste. 
As principais ações corretivas 
 Injeção de anti-espumante; 
 Modificação dos internos dos separadores de produção; 
 Modificação da localização do eliminador de névoa no depurador; 
 Modificação dos internos dos depuradores; 
 Alteração no modelo ou na tecnologia do eliminador de névoa; 
 Modificação de diâmetro de tubulação e arranjo das linhas de entrada de gás.