SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA.

TANQUE DESNATADORLos principios físicos que utilizan los tanques desnatadoras son la separación gravitacional y la coalescencia. Los tiempos de residencia oscilan entre 30 minutos y 6 horas. Remueven partículas entre 50 y 300 micrones, estos equipos se utilizan en la etapa primaria del tratamiento. Algunas veces los desnatadores son referidos como tanques de sedimentación debido al proceso de depositación de sólidos contenidos en el agua que en ellos sucede, sin embargo, hablando estrictamente del término “Tanque de Sedimentación”, es apropiado utilizarlo cuando su propósito primario es la separación de sólidos

• TANQUE CLARIFICADOR DE AGUAEl tanque clarificador de agua es un tanque atmosférico, recto y de fondo circular; cuenta con un sistema de gas de cobertura; presenta en su parte superior una válvula de seguridad accionada por presión, y en su parte inferior un drenaje para la operación de limpieza, este drenaje va a una cuneta; este tanque además posee un sistema de control de nivel que facilita el seguimiento de la cantidad de agua (alto y bajo nivel), apagando o accionando las bombas de agua clarificada dependiendo el caso.Fotografía 11. Tanque clarificador de agua

Fuente: estación Río Ceibas 3 – campo Río Ceibas (Huila, Colombia)

• FILTRO CASCARA DE NUES – WENCOTiene como objetivo remover la concentración de partículas de aceite y sólidos suspendidos de tamaño significante, al agua proveniente del tanque clarificador de agua.Estos filtros remueven grasas y aceites desde 40 – 60 ppm hasta menos de ppm. Las propiedades de la cáscara de nuez (material oleofílico) y el método de retro lavado a emplear tienen la gran ventaja de que no requieren la aplicación de aditivos químicos para la filtración y retro lavado. El filtro remueve el 98% de contaminantes de aceite y sólidos suspendidos del agua utilizada para la inyección.

Fotografía; Filtro wenkoFuente: estación los mangos – campo Yaguará (Huila, Colombia)

• TANQUE CABEZAEl tanque cabeza es un tanque atmosférico, recto y de fondo circular. Es un tanque de capacidad suficiente para almacenar el agua proveniente del filtro WENCO; su objetivo es el de proporcionar cabeza a las bombas que llevan el agua hacia los tanques localizados en las islas de inyección. Cuenta con un sistema de gas de cobertura; presenta en su parte superior una válvula de seguridad accionada por presión, y en su parte inferior un drenaje para la operación de limpieza posee un sistema de control de nivel que facilita el seguimiento de la cantidad de agua (alto y bajo nivel), apagando o accionando las bombas de transferencia de agua dependiendo el caso.Fotografía 13. Tanque cabeza

Fuente: estación los mangos – campo Yaguará (Huila, Colombia)

• BOMBAS DE AGUA DE PRODUCCION (DE TRANSFERENCIA). Estas bombas tienen como objeto transferir el agua de producción desde el tanque desnatador hasta el tanque clarificador de agua; a la salida de estas bombas se le inyecta rompedor inverso para ayudar a la separación de sólidos y aceites.

• BOMBAS DE AGUA CLARIFICADA (DE TRANSFERENCIA). Estas bombas tienen como objeto transferir el agua desde el tanque clarificador de agua pasando por el filtro cáscara de nuez (WENCO) hasta el tanque cabeza.

• BOMBAS DE TRANSFERENCIA DE AGUA – BOOSTER. Estas bombas tienen como objeto transferir el agua desde el tanque cabeza hasta los tanques localizados en las islas de inyección. Una vez el agua ha pasado por estas

bombas se le inyecta el secuestrante de oxígeno con el fin de prevenir la corrosión de líneas y equipos.

Fotografía; Caseta de motobombas de transferencia generalFuente: estación Río Ceibas 3 – campo Río Ceibas (Huila, Colombia)

SISTEMA DE AGUAS ACEITOSAS

Todas las aguas contaminadas con aceite, producto del proceso de separación y tratamiento de crudo, son manejadas por el sistema de aguas aceitosas. Los drenajes para aguas aceitosas de todos los equipos, conducen el agua hacia la piscina API para realizar el tratamiento y dejarla libre de aceite.El sistema de tratamiento de aguas aceitosas está compuesto por:

• PISCINA API. La piscina API se encarga de recibir las aguas aceitosas de los drenajes de todas las vasijas, para separar los sólidos, el agua y el aceite. Los residuos sólidos son separados en una primera sección por decantación, el agua y el aceite pasan a una segunda sección en donde por diferencia de densidades el agua queda en el fondo y el aceite forma una capa en superficie.El aceite se transfiere a una caja recuperadora de crudo, por medio de dos flautas diseñadas para este fin, y por medio de dos bombas centrífugas se recupera hacia los tanques de prueba. El agua es enviada a los tanques del sistema de filtración.Fotografía 15. API

Fuente: estación los mangos – campo Yaguará (Huila, Colombia)

• PISCINA DE OXIDACIÓN

El agua que proviene de la piscina API, llega a la piscina de oxidación para ser almacenada y posteriormente bombearla hacia el tanque desnatador, la piscina de oxidación cuenta con una bomba centrífuga que envía el agua hacia el tanque desnatador para el sistema de filtración.

Retención y oxidación

Luego de pasar por la trampa API, el agua llega a las piscinas de retención y oxidación de cada una de las instalaciones donde ocurre un proceso de aireación por contacto aire —agua. El área expuesta es aproximadamente de 2.500 m2 por cada piscina y el volumen es de 21.000 barriles por piscina lo que da un tiempo de retención promedio de 20 días.

Trampas de lodo y Trampas API

Este proceso genera un programa de limpieza y mantenimiento en trampas de lodos y trampas API, que consiste en limpieza de compartimentos mediante retiro de Todos aceitosos.El programa de limpieza de las trampas de lodo se realiza semestralmente y el de las trampas API anualmente

Retención y oxidación

Este proceso genera un programa de limpieza y mantenimiento en piscinas de retención y oxidación, que consiste en el retiro de partículas sobrenadasteis y de Todos. Este programa se desarrolla cada cinco años.

LAGUNAS DE OXIDACIONConstrucción de Lagunas de Oxidación son excavaciones de poca profundidad en el cual se desarrolla una población microbiana compuesta por bacterias, algas y protozoos (que convienen en forma simbiótica) y eliminan en forma natural, patógenos relacionados con excrementos humanos, sólidos en suspensión y materia orgánica, causantes de enfermedades tales como el

cólera, el parasitismo, la hepatitis y otras enfermedades gastrointestinales. Es un método fácil y eficiente para tratar aguas residuales provenientes del alcantarillado sanitario. El sistema está compuesto inicialmente por un grupo de trampas que atrapan y separan los elementos sólidos no inherentes al diseño del sistema, en etapas siguientes el agua y sus residuos pasan a un sistema de lagunas (una o más) donde permanecen en contacto con el entorno, principalmente el aire, experimentando un proceso de oxidación y sedimentación, transformándose así la materia orgánica en otros tipos de nutrientes que pasan a formar parte de una comunidad diversa de plantas y ecosistema bacteriano acuático.

             

Equipo para aireacion de piscinas de oxidación

Modelo de equipo de aireación para lagunas, estanques y/o piscinas de oxidación así como para tratamiento de aguas residuales, que opera con base en la inyección de chorros de oxígeno sobre el medio líquido, y que se caracteriza por un conjunto flotante que comprende: una estructura o balsa de soporte. - Unos medios flotadores que soportan dicha estructura o balsa. - Un motor eléctrico montado sobre una estructura o balsa a través de un soporte. - Un tubo cañón proyectado desde la base de fijación del motor. - Un eje rotativo acoplado al motor con una configuración tubular.

EQUIPOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS CAJA API

Este equipo es una piscina o alberca expuesta a la atmósfera la cual internamente presenta una serie de compartimentos. Su función es la de recuperar al máximo el aceite proveniente de los drenajes, reboses y disparos de las PSV (pressure Safety Valve).

MANEJO DE LA PRODUCCION EN SUPERFICIEEQUIPOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS

CAJA API

Tratamiento final del agua. Biodegradación de compuestos orgánicos disueltos Sedimentación y biodegradación de sólidos. Aireación del agua con el propósito de remover H2S y CO2.

DESVENTAJASGrandes extensiones de tierra. El clima influye en su desempeño. Remoción de aceites generalmente no eficiente. Alternativa: aireación mecánica y biofiltros

CAJA API ó SEPARADOR API

Básicamente es una especie de piscina ó alberca expuesta a la atmósfera la cual internamente presenta una serie de compartimientos. Está construida por lo general en cemento y ladrillo. Su función es la de recurperar al máximo el aceite proveniente de los drenajes, reboses y disparos de las PSV provenientes de algunos de los equipos presentes en la batería. Su principio de funcionamiento se basa en el tiempio de asentamiento y la diferencia entre las densidades del agua y el aceite.

La mezcla agua aceite entra por medio de un tubo con codo descendente el cual logra que el fluido se estrelle contra la base de la caja. Posteriormente el fluido pasa a la sección de separación en donde tiene un tiempo de retención que le permite la separación del aceite y el agua. El aceite forma una nata en la parte superior la cual es removida por medio de un colector cilíndrico que la envía a un compartimiento separado. Este aceite recuperado es bombeado períodicamente a los tratadores y/ó Gun Barrel. El agua limpia que se asienta en la caja API pasa a otro compartimiento por medio de unos tubos ubicados en la parte inferior de la vasija, de allí haciendo uso del mismo mecanismo ( tubos ubicados en la parte inferior ) el agua sale hacia las piscinas aledañas a la estación.

CAJA API CLASICA

El elemento desnatador en la caja API consiste en un tubo con abertura el cual está colocado en la parte superior al final de la sección de separación. La abertura coincide con el contacto interfacial petróleo-agua, el petróleo entra al tubo y sale a través de este hacia una caja anexa a la caja API. La posición de la abertura depende de él espesor de la capa de aceite.

Las cajas API constan de dos secciones básicamente:

La sección de entrada correspondiente a la zona de reducción de velocidad del flujo y de la turbulencia, remoción de materiales sólidos de gran tamaño como palos, piedras, y disminución de la carga a las cámaras de separación.

La sección de separación conformada por los conductos de entrada a las cámaras, los dispositivos de distribución de flujo, tubo desnatador, el baffle de retención de aceite, el vertedero de salida, tubo para el paso de agua entre las secciones y el colector de aceite recuperado.

CAJA API CON PLACAS PARALELAS INCLINADAS

La presencia de placas paralelas inclinadas en el camino a recorrer por el agua a tratar, aumenta la eficiencia de separación.

Estas placas se colocan inclinadas a 45º sobre el eje horizontal de la caja API y separadas entre sí aproximadamente una pulgada.

Los glóbulos de crudo solo tienen que recorrer una corta distancia vertical para chocar contra la cara inferior de las placas en donde coalescen para formar glóbulos de mayor tamaño que son arrastrados por el flujo, deslizando sobre la placa.

La aplicación del principio anterior ha resultado en el diseño de cajas API que solo tienen una quinta parte del volumen requerido por la caja API y con mayor eficiencia de separación.

La eficiencia de la caja API clásica es fácil de mejorar con la instalación descrita.

OPERACIONES DE RUTINA

Periódicamente se debe de recoger la nata de crudo que se forma sobre la superficie de la caja API y debe ser enviada nuevamente al sistema de tratamiento de crudo ( tratadores ó Gun Barrel ).

Algunas veces es necesario sacar la caja API para realizar reparaciones ó limpiezas de la misma. A continuación se da un breve procedimiento que nos sirve para aislar la caja API:

Desnate completamente la caja API para retirar la mayor cantidad de crudo. Cierre todas las válvulas que tengan los equipos y conduzcan hacia la

caja API. Desocupe la caja API haciendo uso de motobombas si es necesario.

Una vez realizado el trabajo el procedimiento para habilitar la caja API es el siguiente:

Verifique que no queden herramientas u otros objetos dentro de la caja API. Abra todas las válvulas que cerró en el proceso de aislamiento del equipo.

SKIMMING TANK (TANQUES DESNATADORES)

El skim tank tiene como función remover el petróleo crudo presente y emulsionado en el agua de producción, antes de ser enviada al sistema de filtración e inyección en los pozos destinados para este propósito. El principio de funcionamiento de este tanque es aprovechar la diferencia de densidad entre el agua y el aceite, en el cual el aceite tenderá a formar una nata en la parte superior y el agua tenderá a viajar a la sección inferior del mismo.

Los tanques desnatadores son a menudo usados como separadores de agua y aceite ó limpiadores de agua a altas ratas. También son implementados en campos con alto corte de agua. Su mayor aplicabilidad está en sistemas en los cuales el agua producida en los campos petroleros requiere inyectarse para programas de recuperación secundaria, por que ellos permiten un desnatado del agua en sistema cerrado ( el agua no está en contacto con el medio ambiente ).

El tiempo que tarda una partícula de agua desde que entra al skim tank y viaja hacia abajo para luego salir de este se llama tiempo de retención. El tiempo de retención del tanque está calculado para que las partículas de grasas y aceites se desprendan del flujo de agua. En la parte superior y alrededor del tanque existe una caja dentada sobre la cual se desnata la capa de grasas y aceites que se han separado del agua, estas grasa y aceites son recogidas en una caja superior en donde posteriormente son conducidas a una bota que posee una bomba y retorna el aceite al sistema de tratamiento de crudo, ó en algunos casos donde no existe esta bota el agua simplemente viaja hacia la caja API por gravedad.

SKIM TANK TRINIDAD

Este tipo de skim tank es un tanque cilindrico vertical. El fluido entra por un costado del tanque cerca de la parte superior del mismo; posteriormente el tubo que conduce el fluido llega hasta el centro del tanque y baja verticalmente hasta cerca del fondo en donde se derivan ciertos cabezales radiales ( tubos de 4” ) perpendiculares al tubo central, que permiten que el agua salga por unas perforaciones difusoras.

El petróleo y el agua al salir de las perforaciones, se difunden lográndose la separación al coalescer en gotas más grandes de menor gravedad que las gotas de agua. Los fluidos, agua y petróleo, pasan a la zona de reposo ó coalescencia. El petróleo asciende y flota sobre el agua formando la nata, la cual rebosa a la caja recolectora de aceite y posteriormente por gravedad es enviada a la caja API. El agua limpia sale por la parte inferior del skim tank y es succionada por bombas de tipo centrífugo que alimentan a los filtros.

SKIM TANK SARDINAS Y LOS TOROS

Inicialmente el flujo entra a una bota de gas que sirve para hacer una separación previa del gas y el fluido; esta bota permite el ascenso de las burbujas de gas fuera de la corriente de flujo y conduce el gas separado al tope del skim tank.

Posteriormente el flujo entra a un tubo que se dirige hacia el centro del tanque y luego sube verticalmente. Este tubo presenta unas ranuras situadas por debajo de la primera sombrilla. Las ranuras se emplean a manera de baffle ranurado y su función es la distribuir el agua adecuadamente dentro del skim tank.

Las gotas de aceite se unen y tratan de buscar la parte superior de la sombrilla inferior acumulándose en el tope de la misma, la cual posee un tubo que permite el ascenso del crudo atrapado hacia la caja de aceite ubicada en el

tope del skim tank. El aceite que no alcanza a ser atrapado en la sombrilla inferior transpasa la misma por un costado y entra a una sección de asentamiento entre la sombrilla superior y la sombrilla inferior. Las gotas de aceite que lograron unirse ascienden, hacia el tope de la sombrilla superior y por intermedio de un tubo son transportadas hacia la caja de aceite. Finalmente el aceite que no fue atrapado en la sombrilla superior, pasa por un costado de la misma y trata de formar una nata en la parte superior del skim tank la cual rebosa a la caja de aceite. El crudo acumulado en la caja de aceite posteriormente pasa a una bota la cual posee una bomba que evacúa el oil hacia algún equipo del sistema de tratamiento de aceite. Esta bomba prende cuando el nivel de crudo acumulado en la bota activa el swiche de alto nivel y se apaga cuando el nivel de crudo desciende y activa el swiche de bajo nivel.

El agua tiende a asentarse en la parte inferior del tanque y sale a través de un tubo que tiene perforaciones. El agua que entra al tubo perforado es succionado por unas bombas centrífugas las cuales alimentan los filtros.

SKIM TANK DE CAÑO GARZA Y LA GLORIA NORTE

Estos skim tank internamente solo poseen una caja de desnate para el aceite que logra coalescer dentro de la vasija. El fluido entra por un costado superior del tanque desnatador y simplemente aprovecha el tiempo de residencia de los fluidos en el recipiente para hacer la separación de los mismos. El crudo que asciende y rebosa en la caja de aceite es posteriormente evacuado por gravedad hacia la caja API y el agua de buena calidad es succionada del fondo por unas bombas centrífugas que la conducen hacia los filtros.

Estos skim tank fueron antiguamente empleados en la compañía pero presentaron problemas ocasionados por las altas temperaturas del agua que provocaron la ruptura de los mismos. Básicamente su principio de funcionamiento es muy similar al de los skim tank instalados en Sardinas y los Toros con la diferencia que el tubo ranurado de salida se encuentra entre las dos sombrillas y posee un tubo ranurado en la parte inferior por donde es evacuada el agua limpia.

El canal entre los dos distribuidores ó sombrillas es el canal de flujo real. El área de cada distribuidor es aproximadamente la mitad del área del tanque. Un espacio menor de 2 pies queda entre el borde del distribuidor y la pared del tanque.

Un desnatador de aceite es unido bajo el distribuidor superior con el objeto de recoger el aceite separado en la corriente de flujo.

Una fuente de gas auxiliar de 7 onzas se usa para mantener un colchón de gas en el espacio de vapor del tanque, en el cual se almacena el gas liberado por el flujo.

La separación agua-aceite ocurre en el canal de flujo entre los distribuidores. El aceite se concentrará debajo del distribuidor superior y bajo el tope de las ranuras superiores, permitiendo a las gotas de aceite coalescer y moverse fuera de la corriente de flujo. Una separación secundaria de aceite-agua ocurre en la región externa de los distribuidores, en el área bajo el distribuidor inferior y en el espacio quieto entre el distribuidor inferior y la interfase agua-aceite.

CONTROL BÁSICO Y SEGURIDADES

El control de nivel se puede efectuar de dos maneras: por medio de una pierna de agua cuya función es evitar que el tanque se vacíe ya que la salida de este es por la parte inferior, la pierna equivale a una columna de agua del nivel del tanque con la columna de salida de agua desnatada; en la parte superior de la pierna de agua existe una caja, la cual se usa para definir la altura de agua en el tanque y así poder buscar el nivel más adecuado para el desnate. Otra forma de controlar el nivel en el skim tank es por medio de un regulador de nivel automático que involucra un desplazado ó en su defecto un transmisor de presión diferencial neumática. En ambos casos, la velocidad de salida del agua debe ser lenta para que no ocasione fluctuaciones en la interfase.

Es importante saber que el skim tank posee un sistema de gas de cobertura ó blanketing gas que impide la entrada de oxígeno al sistema evitandose así la corrosión. En resumen el sistema de gas de cobertura es el siguiente: Existe una PCV ( Pressure Control Valve ) que mantiene el blanketing gas en 7 onzas y cada vez que esta presión baja, esta válvula permite la entrada de gas proveniente del sistema de gas de instrumentación para mantener las 7 onzas en el tope del equipo. Adicionalmente a esta válvula existe una PRV ( Pressure Relief Valve ) que cuando la presión alcanza las 8 onzas se abre aliviando el sistema. También existe una válvula de presión y vacío que en caso de que la PRV no actúe ó sea insuficiente para aliviar la presión, se abre por encima de 9 onzas despresurizando el sistema. La otra función de esta válvula es la de evitar que el equipo se colapse debido a una condición de vacío. Cuando se presente una presión de vacío de aproximadamente –2 pulgadas de agua, esta válvula permite la entrada de la presión atmosférica para subsanar la condicón de vacío.

El skim tank posee un panel de seguridades que indica una condición de alto nivel y bajo nivel dentro del equipo.

Cuando se presenta la condición de alto nivel se activa un swiche ( LSH ) que hace sonar una corneta y abre una ó dos válvulas de alto nivel que permiten que se evacúe el agua de exceso hacia la caja API. Una vez el nivel retorna a la condición normal, la válvula de alto nivel se cierra evitando el desalojo de más agua. Las posibles causas de la condición de alto nivel son:

Las LCV del skim tank ubicadas por delante de las bombas centrífugas de evacuación, no están operando bien y/ó se quedarón cerradas.

El filtro se apagó y las válvulas de entrada y/ó salidas del mismo están cerradas.

La capacidad de evacuación de las bombas centrífugas es insuficiente. Se apagó una o todas las bombas centrífugas de evacuación. Se presentó un bache grande de fluído. La LCV del Gun Barrel ó el equipo anterior al skim tank se quedó abierta y

está pasando todo el fluído ( crudo – agua ) hacia el tanque de desnate.

Cuando se presenta la condición de bajo nivel se activa un swiche ( LSL ) que hace sonar una corneta y en algunos casos apague las bombas de evacuación. Las posibles causas de la condición de bajo nivel son:

Las LCV del skim tank ubicadas por delante de las bombas centrífugas de evacuación, no están operando bien y/ó se quedarón abiertas.

La LCV del Gun Barrel ó el equipo anterior al skim tank se quedó cerrada y no está pasando agua hacia el tanque de desnate.

OPERACIONES DE RUTINA

Diariamente se deben tomar los datos de temperatura y presión del equipo y realizar al menos dos análisis de la calidad del agua tomando registros de TSS y aceite en agua, a la entrada y la salida del equipo para hacer los ajustes necesarios tanto a nivel de rompedor inverso y clarificador, como del nivel de rebose del equipo dentro de la caja de crudo.

Algunas veces es necesario sacar el equipo de servicio para realizar ciertos ajustes en su parte interna u externa. A continuación se da un breve procedimiento para realizar dicha operación:

Suba el nivel del agua haciendo uso del controlador de nivel para que desnate la totalidad del aceite presente en el equipo. Cuando se observe

que en el visor de la bota de crudo hay solo agua, se puede suponer que todo el crudo fue desalojado del equipo, encaso de que no exista bota de crudo sino desnate directo a la caja API se debe observar que salga solo agua por el tubo de desnate.

Bypassee el equipo abriendo la válvula que conduce el agua de la salida del oil skimmer o el gun barrel hacia la los filtros y/ó caja API y cierre la válvula de entrada de agua al skim tank.

Debe tener en cuenta que en este momento las válvulas (LCV) ubicadas por delante de las bombas de evacuación están sin control y por ende se debe trabajar con ellas manualmente abiertas.

Abra las válvulas de drenaje del equipo. Una vez se observe que el equipo quedó totalmente desocupado, cierre las

válvulas de salida de agua y crudo del equipo. Suspenda el gas de instrumentación y de cobertura del equipo. Despresurice el equipo por los toma muestras, válvula de drenaje y visores. Proceda a destapar el equipo por los manhole Déjelo aireando durante un tiempo prudencial.

Una vez realizado el trabajo uno de los tantos procedimientos sugeridos a seguir para habilitar nuevamente el equipo es el siguiente:

Verifique que no queden herramientas u otros objetos dentro del oil skimmer.

Cierre los manhole recordando siempre que es aconsejable aplicar grasa a los empaques y a los tornillos. Apriete los tornillos de los manhole siempre en cruz para asegurar un sello hermético.

Cierre todas las válvulas de los visores, toma muestras, etc., por donde despresurizó el equipo.

Cierre las válvulas y accesorios por donde drenó el equipo. Abra la válvula de suministro de gas instrumentación y gas de cobertura del

equipo Abra la válvula de entrada de agua al equipo y cierre las válvulas con las

cual bypasseó el mismo. Abra las válvulas de salida de agua del equipo. Calibre nuevamente el set point del nivel del skim tank.