WO2021104544A1 - Compact flotation device for water treatment - ecoflocs - Google Patents

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WO2021104544A1
WO2021104544A1 PCT/CO2020/000016 CO2020000016W WO2021104544A1 WO 2021104544 A1 WO2021104544 A1 WO 2021104544A1 CO 2020000016 W CO2020000016 W CO 2020000016W WO 2021104544 A1 WO2021104544 A1 WO 2021104544A1
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PCT/CO2020/000016
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Flaminio GUARIN ARENAS
Carolina Rodríguez Walteros
Cesar Augusto GARCÍA CHINCHILLA
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Ecopetrol S.A.
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Abstract

The equipment corresponds to a vessel operating at atmospheric pressure, designed to remove oil and solids in suspension by means of microbubbles (80 microns in diameter) of air injected by nozzles, with an estimated efficiency of 90% in the removal of fats and/or oils, and of 70% in that of suspended solids, in order that the effluent from the system may thus continue its normal course in the process of the final disposal of the treated water. The equipment for the operation thereof has a bubble generation system comprised of a network of nozzles distributed in such a way that they cover the entire transversal area of the vessel and thus ensure the flotation of the suspended solids and oil entering via the inlet stream.

Description

DISPOSITIVO DE FLOTACIÓN COMPACTO PARA TRATAMIENTO DE AGUA - COMPACT FLOTATION DEVICE FOR WATER TREATMENT -
ECOFLOCS ECOFLOCS
SECTOR TECNOLÓGICO TECHNOLOGY SECTOR
Esta invención está relacionada con un equipo compacto de flotación de grasas y aceites utilizado en el tratamiento de aguas aceitosas provenientes de facilidades petroleras en tierra o mar abierto (Onshore / Offshore) u otras industrias. El equipo estará presente en los procesos donde se genere la necesidad de tratar agua o donde los sistemas instalados no sean suficientes para llevar a cabo dicho tratamiento; o en caso de presentarse una emergencia y no operen los equipos de tratamiento de agua ya instalados. This invention is related to a compact equipment for flotation of fats and oils used in the treatment of oily waters from oil facilities on land or open sea (Onshore / Offshore) or other industries. The equipment will be present in the processes where the need to treat water is generated or where the installed systems are not enough to carry out said treatment; or in the event of an emergency and the water treatment equipment already installed does not operate.
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE ART
La tecnología de flotación se fundamenta en aumentar la diferencia de densidades de los fluidos tratados para su segregación. Esto se logra mediante aire o gas que se usa para generar burbujas que entran en el sistema y se adhieren a las gotas de aceite, sólidos suspendidos y otros contaminantes generando la diferencia de densidades y la separación. Las burbujas se pueden generar bajo los principios de aire/gas disuelto o aire/gas inducido. Flotación por Aire/Gas Inducido (IAF/IGF): El líquido a tratar es forzado a atravesar una comente de burbujas de aire/gas generadas mecánica o hidráulicamente, generando alta turbulencia en el sistema. El tamaño de las burbujas varía aproximadamente entre 100 - 1000 mieras. Flotación por Aire/Gas Disuelto (DAF/DGF): Flotation technology is based on increasing the density difference of the treated fluids for their segregation. This is accomplished by air or gas that is used to generate bubbles that enter the system and adhere to oil droplets, suspended solids and other contaminants, generating the difference in densities and separation. Bubbles can be generated under the principles of air / dissolved gas or air / induced gas. Induced Air / Gas Flotation (IAF / IGF): The liquid to be treated is forced to pass through a stream of air / gas bubbles generated mechanically or hydraulically, generating high turbulence in the system. The size of the bubbles varies approximately between 100 - 1000 microns. Air / Dissolved Gas Flotation (DAF / DGF):
Un porcentaje del efluente del tanque de flotación es recirculado a un tanque de saturación externo donde se disuelve aire/gas bajo presión, para luego ser mezclado con el agua a tratar que va al tanque de flotación. La función del agua de reciclo es transportar el aire presurizado a la unidad de flotación. Una vez dentro de la unidad, la presión del aire/gas se libera produciéndose una dispersión de finas burbujas de aire de tamaños aproximados entre 10-100 mieras. A percentage of the effluent from the flotation tank is recirculated to an external saturation tank where air / gas is dissolved under pressure, to later be mixed with the water to be treated that goes to the flotation tank. The function of the recycle water is to transport the pressurized air to the flotation unit. Once inside the unit, the air / gas pressure is released producing a dispersion of fine air bubbles of sizes between 10-100 microns.
El principio tecnológico de flotación surgió a principios del siglo XX como una solución al tratamiento de aguas residuales, dando como resultado el desarrollo de los primeros sistemas de Separación por flotación con aire disuelto en estanques abiertos. Posteriormente, a principios de los años 30 surgieron los primeros sistemas de flotación por aire inducido, al mismo tiempo que los sistemas de flotación por aire disuelto empezaron a utilizar tanques con una o múltiples etapas para industrias de papel, minería y alimentos. En la década de los 60 se desarrollaron los sistemas de flotación por gas inducido para las industrias del Petróleo y Petroquímica, usando los primeros tanques presurizados de múltiples etapas. En 1965 Wemco introdujo el concepto de flotación por gas auto inducido. En 1969 la compañía Wemco en asociación con Chevron Texaco adoptaron la primera técnica de gas inducido para el tratamiento secundario de aguas de producción en la industria del petróleo, desde entonces diferentes compañías a nivel global vienen mejorando y creando nuevos desarrollos tecnológicos en busca de optimizar los sistemas de flotación. En el caso de la industria del petróleo, la eficiencia del proceso de flotación depende de la diferencia de densidades de los líquidos, los contaminantes a ser removidos, el tamaño de las gotas de aceite y la temperatura. Actualmente los sistemas de flotación comerciales pueden alcanzar eficiencias mayores al 95% en la remoción de Grasas/Aceites y de Sólidos Suspendidos Totales (SST). The technological principle of flotation emerged at the beginning of the 20th century as a solution to the treatment of wastewater, resulting in the development of the first systems of Separation by flotation with dissolved air in open ponds. Later, in the early 1930s, the first induced air flotation systems emerged, at the same time that dissolved air flotation systems began to use single or multi-stage tanks for the paper, mining and food industries. In the 1960s, induced gas flotation systems were developed for the Petroleum and Petrochemical industries, using the first multi-stage pressurized tanks. In 1965 Wemco introduced the concept of self-induced gas flotation. In 1969 the Wemco company in association with Chevron Texaco adopted the first Induced gas technique for the secondary treatment of production waters in the oil industry, since then different companies worldwide have been improving and creating new technological developments in search of optimizing flotation systems. In the case of the oil industry, the efficiency of the flotation process depends on the difference in density of the liquids, the pollutants to be removed, the size of the oil droplets and the temperature. Currently commercial flotation systems can achieve efficiencies greater than 95% in the removal of Fats / Oils and Total Suspended Solids (TSS).
De acuerdo con Water Standard and Produced Water Society (2014), la distribución global de unidades instaladas para tratamiento de aguas en proyectos de EOR indica que el 15% de los proyectos a nivel global emplean unidades de Flotación por Gas Inducido (IGF), alrededor de 7% usa otro tipo de unidades de flotación y alrededor del 3% emplea unidades Compactas de Flotación (CFU). El 75% restante corresponde principalmente a Hidrociclones, Filtros de cáscara de nuez, y otros sistemas de filtración. Esta información permite evidenciar que esta tecnología ha sido ampliamente aplicada en el mundo como un producto desarrollado en su forma final con una participación de mercado del 25%. Actualmente de acuerdo con las necesidades se continúan desarrollando y sometiendo a pruebas nuevos modelos y productos basados en el mismo principio para evaluar su eficiencia y factibilidad comercial. According to the Water Standard and Produced Water Society (2014), the global distribution of units installed for water treatment in EOR projects indicates that 15% of projects globally use Induced Gas Flotation (IGF) units, around 7% use other types of flotation units and around 3% use Compact Flotation units (CFU). The remaining 75% corresponds mainly to hydrocyclones, walnut shell filters, and other filtration systems. This information shows that this technology has been widely applied in the world as a product developed in its final form with a market share of 25%. Currently, according to needs, new models and products based on the same principle continue to be developed and tested to evaluate their efficiency and commercial feasibility.
El documento a continuación divulga en general una tecnología de un sistema de flotación compacto por aire disuelto para el tratamiento de agua mediante múltiples tanques de flotación. The following document generally discloses a technology of a compact dissolved air flotation system for water treatment by multiple flotation tanks.
La patente KR1956379B1 hace referencia a un sistema de flotación por aire disuelto con múltiples tanques de flotación. Es empleado el proceso de floculación simple y el tanque de flotación de aire es incluido en múltiples etapas, de esta manera, se reduce el 20% o más del área existente del sistema de flotación por aire disuelto, el cual trata de un sistema de flotación por flotación múltiple por aire disuelto equipado con múltiples tanques de flotación, lo que minimiza la tasa de consumo de energía utilizando un depósito de floculación de mezcla manual del sistema. Es un sistema de flotación de aire disuelto (flotación de aire disuelto, DAF) que mezcla el agua y el coagulante donde incluye la sección de aglomeración, una unidad de separación y una línea de suministro de agua en circulación. En la sección de aglomeración se forma el floc; en la unidad de separación la microburbuja fluye a través de una boquilla equipada en la parte inferior; la cual se adhiere al floc. El aire se disuelve en la unidad de separación, en donde se incluyen múltiples tanques de flotación de aire disuelto en donde la microburbuja fluye a la superficie frontal, y en el lado posterior del tanque de flotación por aire disuelto, el aire atmosférico fluye en el cizallamiento de la bomba; el medidor de flujo de aire y la válvula para controlar dicho flujo se Instalan en la tubería de entrada haciendo pasar el aire atmosférico. Patent KR1956379B1 refers to a dissolved air flotation system with multiple flotation tanks. The simple flocculation process is employed and the air flotation tank is included in multiple stages, in this way, 20% or more of the existing area of the dissolved air flotation system is reduced, which is a flotation system. Dissolved air multiple flotation equipped with multiple flotation tanks, which minimizes the rate of energy consumption by using a system hand mix flocculation tank. It is a dissolved air flotation system (dissolved air flotation, DAF) that mixes the water and the coagulant where it includes the agglomeration section, a separation unit and a circulating water supply line. In the agglomeration section the floc is formed; in the separation unit the microbubble flows through a nozzle fitted at the bottom; which adheres to the floc. The air dissolves in the separation unit, which includes multiple dissolved air flotation tanks where the microbubble flows to the front surface, and on the rear side of the flotation tank by dissolved air, atmospheric air flows into the pump shear; the air flow meter and the valve to control said flow are Installed in the inlet pipe by passing the atmospheric air.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS .Figura 1. Isometría equipo Ecoflocs. DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS. Figure 1. Ecoflocs equipment isometry.
Figura 2. Isometría sistema interno de boquillas. Figure 2. Isometry internal nozzle system.
Figura 3. Boquilla típica para producción de microburbujas. Figura 4. Canaletas para las corrientes sobrenadantes. Figura 5. Diagrama sistema de recirculación de agua. Figure 3. Typical nozzle for microbubble production. Figure 4. Channels for the supernatant streams. Figure 5. Water recirculation system diagram.
DESCRIPCION GENERAL DE LA INVENCIÓN GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION
Esta invención está relacionada con un equipo compacto de flotación de grasas y aceites utilizado en el tratamiento de aguas aceitosas provenientes de facilidades petroleras en tierra o mar abierto (Onshore / Offshore) u otras industrias. Esto se logra mediante aire o gas que se usa para generar burbujas que entran en el sistema y se adhieren a las gotas de aceite, sólidos suspendidos y otros contaminantes generando la diferencia de densidades y la separación. Las burbujas se pueden generar bajo los principios de aire/gas disuelto o aire/gas inducido. En el caso de la industria del petróleo, la eficiencia del proceso de flotación depende de la diferencia de densidades de los líquidos, los contaminantes a ser removidos, el tamaño de las gotas de aceite y la temperatura. Actualmente los sistemas de flotación comerciales pueden alcanzar eficiencias mayores al 95% en la remoción de Grasas/Aceites y de Sólidos Suspendidos Totales (SST). Por esta razón, el sistema ECOFLOCS el cual opera mediante el principio IAF/ IGF. Fue diseñado como equipo portátil para el tratamiento de agua de producción el cual corresponde a una etapa intermedia de tratamiento enfocada en el retiro de sólidos suspendidos y grasas, con el fin de cubrir la necesidad de tratar el agua en campos petroleros u otras industrias. This invention is related to a compact equipment for flotation of fats and oils used in the treatment of oily waters from oil facilities on land or open sea (Onshore / Offshore) or other industries. This is accomplished by air or gas that is used to generate bubbles that enter the system and adhere to oil droplets, suspended solids and other contaminants, generating the difference in densities and separation. Bubbles can be generated under the principles of air / dissolved gas or air / induced gas. In the case of the oil industry, the efficiency of the flotation process depends on the difference in density of the liquids, the pollutants to be removed, the size of the oil droplets and the temperature. Currently commercial flotation systems can achieve efficiencies greater than 95% in the removal of Fats / Oils and Total Suspended Solids (TSS). For this reason, the ECOFLOCS system which operates through the IAF / IGF principle. It was designed as a portable equipment for the treatment of production water which corresponds to an intermediate stage of treatment focused on the removal of suspended solids and fats, in order to cover the need to treat water in oil fields or other industries.
El equipo estará presente en los procesos donde se genere la necesidad de tratar agua y no se había detectado en el esquema inicial del proceso; o donde los sistemas instalados no sean suficientes para llevar a cabo dicho tratamiento; o en caso de presentarse una emergencia y no operen los equipos de tratamiento de agua ya instalados. En estos casos donde se hace necesaria una solución inmediata la tecnología ECOFLOCS con fácil transporte por vías nacionales y fácil acceso a campos petroleros u otras industrias entrará a cubrir las falencias ya mencionadas del proceso. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNThe team will be present in the processes where the need to treat water is generated and it had not been detected in the initial scheme of the process; or where the installed systems are not sufficient to carry out said treatment; or in the event of an emergency and the water treatment equipment already installed does not operate. In these cases where an immediate solution is necessary, ECOFLOCS technology with easy transportation through national roads and easy access to oil fields or other industries will cover the aforementioned shortcomings of the process. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
El sistema ECOFLOCS es un equipo portátil diseñado acorde a la normativa nacional de transporte de la resolución 4100 del 2004; esto con el fin de garantizar su adecuado desplazamiento a las locaciones requeridas. Este equipo es ¡mplementado en el proceso de tratamiento de agua de producción enfocado en el retiro de sólidos suspendidos y grasas. Opera de manera similar a otros equipos de flotación por inducción de aire o gas ampliamente utilizados en la industria en donde se realiza un tratamiento fisicoquímico. The ECOFLOCS system is a portable equipment designed according to the national transport regulations of resolution 4100 of 2004; this in order to guarantee its adequate displacement to the required locations. This equipment is implemented in the production water treatment process focused on the removal of suspended solids and fats. It operates in a similar way to other air or gas induction flotation equipment widely used in the industry where a physicochemical treatment is carried out.
El proceso químico convencional, se da por la adición de productos químicos como coagulantes y floculantes, el coagulante actúa sobre lo coloides en suspensión los cuales son desestabilizados y como consecuencia atraídos entre sí formando grupos de partículas, que posteriormente el floculante aglomera aumentando su tamaño para que tengan características de flotabilidad. Sin embargo, con ECOFLOCS, la flotabilidad es inducida por la presencia de burbujas que han sido generadas con un bajo requerimiento de energía y que son distribuidas apropiadamente dentro del tanque de tratamiento. Esta flotación inducida reduce el costo por el uso de aditivos químicos. The conventional chemical process, is given by the addition of chemicals such as coagulants and flocculants, the coagulant acts on the colloids in suspension which are destabilized and as a consequence attracted to each other forming groups of particles, which later the flocculant agglomerates increasing their size to having buoyancy characteristics. However, with ECOFLOCS, buoyancy is induced by the presence of bubbles that have been generated with a low energy requirement and that are appropriately distributed within the treatment tank. This induced flotation reduces the cost of using chemical additives.
Luego se tiene un proceso físico en el cual se retiran los flóculos formados en el agua gracias al flujo laminar garantizado en la celda de flotación, las condiciones hidráulicas de la unidad garantizan que se mantenga una velocidad de ascenso, para que se recolecten en la parte superior de la unidad. ECOFLOCS presenta ventajas: válvulas bajo costo de inversión, bajo costos de mantenimiento, bajo consumo de energía, alta eficiencia de remoción de grasas y sólidos suspendidos y su fácil transporte. Se destacan dos ventajas: 1) portabilidad y 2) capacidad nominal de tratamiento (tamaños 10K de 10.000 BWPD y 20K de 20.000 BWPD) Then there is a physical process in which the flocs formed in the water are removed thanks to the guaranteed laminar flow in the flotation cell, the hydraulic conditions of the unit guarantee that an ascent speed is maintained, so that they are collected in the part top of the unit. ECOFLOCS presents advantages: low investment cost valves, low maintenance costs, low energy consumption, high removal efficiency of fats and suspended solids and easy transportation. Two advantages stand out: 1) portability and 2) nominal processing capacity (10K of 10,000 BWPD and 20K of 20,000 BWPD sizes)
La tecnología ECOFLOCS es un equipo portátil que tiene por objeto la separación de sólidos suspendidos, grasa y aceite constituye un instrumento útil para afrontar el desafío en procesos de tratamiento integral de agua de producción, consiguiendo ser aplicado en campos de producción de crudo, gas y otras industrias mediante un buen funcionamiento del equipo bajo condiciones óptimas de operación logrando así satisfacer las expectativas y exigencias demandadas por la industria. ECOFLOCS technology is a portable equipment that aims to separate suspended solids, grease and oil, it constitutes a useful instrument to face the challenge in processes of integral treatment of production water, managing to be applied in oil, gas and oil production fields. other industries through proper operation of the equipment under optimal operating conditions, thus meeting the expectations and demands demanded by the industry.
En la siguiente tabla se presentan las especificaciones que debe cumplir el agua de producción, estos parámetros de calidad fueron establecidos en la ingeniería conceptual del diseño del sistema ECOFLOCS.
Figure imgf000006_0001
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The following table presents the specifications that the production water must meet. These quality parameters were established in the conceptual engineering of the ECOFLOCS system design.
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000007_0001
A continuación, se logra observar la caracterización de la corriente de agua de producción a tratar en el equipo de flotación compacto ECOFLOCS.
Figure imgf000007_0002
Next, it is possible to observe the characterization of the production water stream to be treated in the ECOFLOCS compact flotation equipment.
Figure imgf000007_0002
Es de vital importancia caracterizar el gas natural o gas de manto que será utilizado en el equipo ECOFLOCS para así prevenir la oxigenación de agua cuando así se requiera en el proceso de tratamiento (por ejemplo, para procesos de inyección o reinyección de agua). Algunas de las propiedades a tener en cuenta se presentan a continuación (Tabla 3).
Figure imgf000007_0003
It is of vital importance to characterize the natural gas or mantle gas that will be used in the ECOFLOCS equipment in order to prevent the oxygenation of water when it is required in the treatment process (for example, for water injection or reinjection processes). Some of the properties to consider are presented below (Table 3).
Figure imgf000007_0003
El equipo ECOFLOCS corresponde a un tanque que trabaja a presión atmosférica, diseñado para retirar el aceite y los sólidos en suspensión por medio de microburbujas (80 micrones de diámetro) de aire inducido con boquillas, con una eficiencia estimada del 90% para retiro de grasas y/o aceites y un 70% de la cantidad de sólidos suspendidos para que así los efluentes del sistema puedan continuar su curso normal dentro del proceso de disposición final de las corrientes tratadas. El equipo para su óptimo funcionamiento cuenta con un sistema de generación de burbujas, compuesto por un entramado de boquillas que están distribuidas de tal forma que cubra toda el área transversal del tanque y de esta forma se garantiza la flotación de sólidos suspendidos y el aceite que viene en la corriente de entrada y que consta de los siguientes elementos (Se relacionan con la figura 1):
Figure imgf000008_0001
The ECOFLOCS equipment corresponds to a tank that works at atmospheric pressure, designed to remove oil and suspended solids by means of microbubbles (80 microns in diameter) of induced air with nozzles, with an estimated efficiency of 90% for fat removal and / or oils and 70% of the amount of suspended solids so that the effluents from the system can continue their normal course within the final disposal process of the treated streams. The equipment for its optimal operation has a bubble generation system, composed of a network of nozzles that are distributed in such a way that they cover the entire cross-sectional area of the tank and in this way the flotation of suspended solids and the oil that comes in the input stream and consists of the following elements (They are related to figure 1):
Figure imgf000008_0001
La filosofía de operación del sistema ECOFLOCS, es el tratamiento integral de las comentes sobrenadantes provenientes de las celdas de flotación de sistemas de separadores de placas corrugadas, (conocida como CPI) o de sistemas de segregación de agua en los cuales se retira el crudo de forma masiva y los sólidos sedimentares, esto se realiza mediante la circulación de una corriente de agua a través del sistema de boquillas. En este sistema gracias al efecto Venturi crea un vacío el cual succiona gas, y es mezclado con la corriente de agua recirculada generando burbujas finamente distribuidas en la corriente del agua, las cuales favorecen la flotación del crudo y los sólidos suspendidos. La recirculación del agua se realiza tomando parte del efluente entre el 25% y el 30% del caudal de entrada, sin presurizar, en la zona de contacto, justamente antes de la entrada de flotación. La separación efectiva de los líquidos y sólidos del residuo, así como las concentraciones de los sólidos separados, depende de la generación suficiente de microburbujas de aire por unidad de sólidos y de la distribución normal del tamaño de burbuja con un tamaño menor (P10) de 80 micrones (μm). The operating philosophy of the ECOFLOCS system is the integral treatment of the supernatant currents coming from the flotation cells of corrugated plate separator systems (known as CPI) or from water segregation systems in which crude oil is removed from massive form and sedimentary solids, this is performed by circulating a stream of water through the nozzle system. In this system, thanks to the Venturi effect, it creates a vacuum which sucks gas, and is mixed with the recirculated water stream, generating finely distributed bubbles in the water stream, which favor the flotation of crude oil and suspended solids. The recirculation of the water is carried out by taking part of the effluent between 25% and 30% of the inlet flow, without pressurizing, in the contact zone, just before the float inlet. The effective separation of liquids and solids from the waste, as well as the concentrations of the separated solids, depends on the sufficient generation of air microbubbles per unit of solids and on the normal distribution of the bubble size with a smaller size (P10) of 80 microns (μm).
Es importante resaltar que el tanque ECOFLOCS presenta las siguientes consideraciones de diseño: It is important to highlight that the ECOFLOCS tank presents the following design considerations:
• Una altura fija correspondiente a la altura requerida para la instalación de los internos del tanque (boquillas de succión, líneas de recirculación distribuidor de agua de entrada y red de distribución de gas o aire). • A fixed height corresponding to the height required for the installation of the tank internals (suction nozzles, inlet water distributor recirculation lines and gas or air distribution network).
• Altura efectiva que corresponde a la altura requerida para el proceso de flotación. • Effective height that corresponds to the height required for the flotation process.
• Altura total que corresponde al diámetro del tanque. • Total height that corresponds to the diameter of the tank.
• El diseño del tanque ECOFLOCS cumple las normas bajo la sección 8 del código ASME para tanques de la industria petrolera de baja presión. • The ECOFLOCS tank design meets the standards under section 8 of the ASME code for low pressure oil industry tanks.
La generación del diseño del sistema de internos para la distribución de entrada del agua para el tanque ECOFLOCS, se basó en el principio de diseño de cabezales de tubería, que consiste en la relación de áreas por las cuales el fluido se desplaza por las líneas internas del tanque. La norma recomienda que el área de las líneas de entrada del fluido del tanque, deben ser menor o igual a la sumatoria de las áreas de los tubos distribuidores. The generation of the design of the internals system for the water inlet distribution for the ECOFLOCS tank, was based on the design principle of pipe heads, which consists of the relationship of areas through which the fluid moves through the internal lines. of the tank. The standard recommends that the area of the tank fluid inlet lines should be less than or equal to the sum of the areas of the distribution tubes.
El sistema de los internos del tanque ECOFCLOS consta de 2 brazos para el agua de entrada y 2 brazos para la recirculación de agua junto con la inyección de aire y/o gas de generación de las burbujas a una velocidad máxima lineal máxima por los orificios de flujo de 3 ft/s. The ECOFCLOS tank internals system consists of 2 arms for the inlet water and 2 arms for the recirculation of water together with the injection of air and / or gas to generate the bubbles at a maximum maximum linear velocity through the orifices of flow of 3 ft / s.
La generación de burbujas tiene 2 brazos distribuidos simétricamente, los cuales están localizados en un nivel inferior al de los brazos de alimentación del agua al tanque, el principal objetivo de este distribuidor es de a través del agua recirculada y mediante el uso de las boquillas generar microburbujas quien mediante el efecto de bouyanza ayudan a la separación de las partículas sólidas y el aceite de la corriente de agua que se desea tratar, se deter4"de6 boquillas cada una con un requerimiento de aire o gas de inyección de 7,31 ft3/h, las boquillas de 1/2” o 3/4” de diámetro con una variación de presión de 15 Psig y caudal de 3.645 gal/min que cumple los requerimientos de succión. Debido a que las boquillas operan por efecto Venturi se debe garantizar un diferencial de presión suficiente que les permita generar el vacío adecuado para que se incorpore el gas a la corriente de agua y se produzcan las burbujas finamente dispersas que facilitan el efecto de flotación. Las boquillas inyectores funcionan bajo el principio del efecto Venturi, el cual consiste en la disminución de la presión y el aumento de la velocidad que experimenta un fluido al pasar por una zona de menor succión dentro de un ducto cerrado. The generation of bubbles has 2 symmetrically distributed arms, which are located at a lower level than the arms supplying the water to the tank, the main objective of this distributor is through the recirculated water and through the use of the nozzles to generate Microbubbles, which by means of the bouyanza effect help to separate solid particles and oil from the water stream to be treated, were determined with 6 nozzles each with an air or gas injection requirement of 7.31 ft3 / h, 1/2 ”or 3/4” diameter nozzles with a pressure variation of 15 Psig and a flow rate of 3,645 gal / min that meets the suction requirements. Since the nozzles operate by Venturi effect, a sufficient pressure differential must be guaranteed to allow them to generate the appropriate vacuum for the gas to be incorporated into the water stream and finely dispersed bubbles to be produced that facilitate the flotation effect. The injector nozzles work under the principle of the Venturi effect, which consists of a decrease in pressure and an increase in the speed that a fluid experiences when passing through an area of less suction within a closed duct.
La diferenda de presión que se genera por el paso de fluido permite la suctión de una segunda corriente en el punto de menor área transversal, permitiendo la mezda de corrientes. The difference in pressure generated by the passage of fluid allows the suction of a second stream at the point with the smallest cross-sectional area, allowing the streams to mix.
Para el diseño del sistema de tratamiento de agua ECOFLOCS, se utilizaron boquillas inyectores tipo Venturi de presión diferencial con aletas internas de mezcla de fabricante Mazzei, las cuales ha demostrado alta eficiencia en la industria y que para el diseño actual consta de los siguientes elementos (se relacionan en la figura 2):
Figure imgf000010_0001
For the design of the ECOFLOCS water treatment system, differential pressure Venturi injectors with internal mixing fins from the Mazzei manufacturer were used, which have demonstrated high efficiency in the industry and which for the current design consists of the following elements ( are listed in figure 2):
Figure imgf000010_0001
Por medio de los cálculos realizados se concluye que las bombas a utilizar deben ser dimensionadas para presiones máximas de operación de 50 Psig para la recirculación y de 100 Psig debido a que las bombas a utilizar son de baja presión, condiciones de diseño y operación para el dimensionamiento del tanque (Tabla 6).
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Through the calculations carried out, it is concluded that the pumps to be used must be sized for maximum operating pressures of 50 Psig for recirculation and 100 Psig because the pumps to be used are low pressure, design and operating conditions for the tank sizing (Table 6).
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El manhole es un accesorio que sirve para el ingreso de personal para realizar inspección, mantenimiento entre otras actividades, para este accesorio se seleccionó un diámetro deThe manhole is an accessory that serves for the entry of personnel to carry out inspection, maintenance among other activities, for this accessory a diameter of
24’ operación dos sistemas de bombeo, el primero de ellos para recircular el 20% del caudal de trabajo, y el segundo para llevar el agua tratada hasta los cabezales de los filtros como se presenta en la figura 3 de una boquilla típica para producción de microburbujas en donde (1) se da la entrada del agua, (2) la succión del aire y (3) la salida de la mezcla de agua y el aire succionado para la generación del burbujeo. 24 'operation two pumping systems, the first of them to recirculate 20% of the working flow, and the second to bring the treated water to the filter heads as shown in figure 3 of a typical nozzle for the production of microbubbles where (1) the entry of the water occurs, (2) the suction of the air and (3) the exit of the mixture of water and the sucked air for the generation of the bubbling.
El sistema de flotación compacto ECOFLOCS requiere para su operación un sistema de bombeo conformado por dos bombas centrífugas idénticas para el agua de recirculación para la generación de microburbujas que ayudan en la separación de las partículas sólidas y el aceite de la corriente de agua que se desea tratar. The ECOFLOCS compact flotation system requires for its operation a pumping system made up of two identical centrifugal pumps for the recirculation water for the generation of microbubbles that help in the separation of solid particles and oil from the desired water stream. try.
Por otra parte es necesario para la operación continua un sistema de bombeo conformado por dos bombas centrífugas idénticas que se encargaran de llevar la corriente de agua tratada directamente a los cabezales de los filtros o de ser necesario a vertimiento. Es importante resaltar que dentro del esquema del correcto funcionamiento de ECOFLOCS, el sistema puede estar sujeto a diferentes demandas de caudales. Por tal motivo es importante estimar una zona confiable de operación para las bombas, recomendando así llevar hasta un 10% por encima de su punto de máxima eficiencia (BEP) y resaltando que de llevar la bomba más allá de este valor provocaría que su funcionamiento fuera inadecuado para los requisitos del sistema, ocasionando así cavitación y vibraciones además de un elevado consumo energético. On the other hand, a pumping system made up of two identical centrifugal pumps is necessary for continuous operation, which will be in charge of bringing the treated water stream directly to the filter heads or, if necessary, to discharge. It is important to highlight that within the scheme of the correct operation of ECOFLOCS, the system may be subject to different flow demands. For this reason, it is important to estimate a reliable operating zone for the pumps, thus recommending bringing up to 10% above its maximum efficiency point (BEP) and highlighting that taking the pump beyond this value would cause its operation to be unsuitable for system requirements, thus causing cavitation and vibrations as well as high energy consumption.
Otra limitación a tener en cuenta es el caudal mínimo continuo ya que el trabajar por debajo de este factor de fabricación podría ocasionar recirculación del fluido bombeado al interior de la bomba lo cual causa calentamiento en el fluido que puede llevar a un estado de cavitación y altas vibraciones. En la siguiente figura se observa la bomba de salida, está diseñada bajo especificaciones dadas durante el proceso para la salida del agua tratada en el equipo de flotación compacto ECOFLOCS. El sistema de control de ECOFLOCS, cuenta con instrumentación y equipos que mide y/o controlan las siguientes variables: Another limitation to take into account is the minimum continuous flow since working below this manufacturing factor could cause recirculation of the fluid pumped into the pump which causes heating in the fluid that can lead to a state of cavitation and high vibrations. The following figure shows the outlet pump, it is designed under the specifications given during the process for the outlet of the treated water in the ECOFLOCS compact flotation equipment. The ECOFLOCS control system has instrumentation and equipment that measures and / or controls the following variables:
- Nivel - Presión - Flujo - Level - Pressure - Flow
- Velocidad En la medición de la variable de nivel se propuso en el diseño un equipo tipo paquete que está compuesto por un medidor de nivel visual tipo flotador, un medidor de onda guiada y 2 interruptores tipo magnético para alarma por alto alto y bajo bajo nivel. - Velocity In the measurement of the level variable, a package type equipment was proposed in the design that is composed of a float type visual level meter, a guided wave meter and 2 magnetic type switches for high high and low low level alarm.
En la variable de presión se propone en el diseño un medidor de presión manométrica para ser instalado en el tanque y en las tuberías de succión y descarga de recirculación y salida. In the pressure variable, a gauge pressure meter is proposed in the design to be installed in the tank and in the recirculation and outlet suction and discharge pipes.
Para la medición de la variable de flujo se presenta un medidor tipo magnético para ser instalado en la ramificación de la línea de recirculación y para el control de esta variable se plantean válvulas de control con actuador eléctrico ubicados en las mismas líneas de tubería de los medidores FIT. For the measurement of the flow variable, a magnetic type meter is presented to be installed in the branch of the recirculation line and for the control of this variable, control valves with an electric actuator are proposed, located in the same pipe lines as the meters. FIT.
El control de la velocidad se hace en los motores de las bombas de salida a través de los variadores de frecuencia. Después de realizar la verificación, ajustes de la instrumentación, conexionado y estado de las válvulas manuales se inicia el protocolo para la puesta en marcha del sistema de flotación compacto ECOFLOCS. The speed control is done in the motors of the output pumps through the variable frequency drives. After performing the verification, instrumentation adjustments, connection and status of the manual valves, the protocol for the commissioning of the ECOFLOCS compact flotation system is started.
El enanque del sistema se debe iniciar con el llenado del tanque hasta que este llegue al nivel de operación normal para el sistema ECOFLOCS. Al llegar al nivel de operación automáticamente el sistema envía el comando de encendido a uno de los variadores para que encienda la bomba asignada al variador que ha recibido el comando de encendido e inicie la salida de agua del tanque y paralelamente se enciendan las bombas de recirculación para permitir el paso de agua e iniciar con la producción de microburbujas para efectuar el proceso de separación de sólidos. System startup should be started by filling the tank until it reaches the normal operating level for the ECOFLOCS system. Upon reaching the operating level, the system automatically sends the start command to one of the drives so that it turns on the pump assigned to the drive that has received the start command and starts the water outlet from the tank and, in parallel, the recirculation pumps start. to allow the passage of water and start with the production of microbubbles to carry out the solids separation process.
Es importante tener presente que al garantizar el control de nivel en la operación del tanque se asegura el correcto desnatado de trazas de aceite y sólidos flotantes. El tanque presentara alarmas por bajo y alarmas por alto nivel. It is important to bear in mind that by guaranteeing the level control in the operation of the tank, the correct skimming of traces of oil and floating solids is ensured. The tank will present low alarms and high level alarms.
La recirculación funcionará de la siguiente manera; el control de la apertura y cierre de las válvulas de control estará dado por dos variables internas (La y Lb) generadas a partir del resultado de las ecuaciones programadas donde los datos de entrada son suministrados por los medidores de flujo. Recirculation will work as follows; the control of the opening and closing of the control valves will be given by two internal variables (La and Lb) generated from the result of the programmed equations where the input data is supplied by the flow meters.
El valor total del flujo de recirculación será una variable creada como Ftotal que será la suma del valor sensado por los 2 medidores de flujo. The total value of the recirculation flow will be a variable created as F total that will be the sum of the value sensed by the 2 flow meters.
Para establecer los valores de operación y garantizar la correcta operación del sistema se deben establecer rutinas de operación basadas en los datos establecidos previamente, adicional las rutinas deben garantizar una supervisión continua a los equipos de medición y control, a los equipos de potencia como bombas y variadores, y a las variables propias del proceso. Estas rutinas deben establecerse y ajustarse acorde al esquema de operación del campo o de la Industria donde se encuentre operando ECOFLOCS. To establish the operating values and guarantee the correct operation of the system, operating routines must be established based on the data previously established, additionally the routines must guarantee continuous supervision of the measuring equipment. and control, to power equipment such as pumps and variators, and to the variables of the process. These routines must be established and adjusted according to the operation scheme of the field or the Industry where ECOFLOCS is operating.
Tanto el gabinete de control como el gabinete de potencia tienen la opción de cambiar el estado de automático a manual. Este modo de operación se aplica para los siguientes casos: Both the control cabinet and the power cabinet have the option to change the state from automatic to manual. This operating mode applies to the following cases:
Mantenimiento Maintenance
Pruebas específicas en equipos Pruebas especificas en líneas de tubería Parada de emergencia Specific tests on equipment Specific tests on pipe lines Emergency stop
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA DE RECIRCULACION RECIRCULATION PUMP SIZING
Se requiere de un motor de 5 [hp] para accionar la bomba de recirculación. A 5 [hp] motor is required to drive the recirculation pump.
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA DE SALIDA Se requiere de un motor de 30 [hp] para accionar la bomba. OUTLET PUMP SIZING A 30 [hp] motor is required to drive the pump.
CANALETAS PARA EL DESNATADO DEL EQUIPO CHUTES FOR SKIMMING THE EQUIPMENT
Para recoger las comentes sobrenadantes resultado del proceso de ECOFLOCS se construyen dos canaletas, las cuales se ubican a nivel de superficie del liquido al Interior del tanque, estas canaletas se encuentran conectadas entre ellas por sus extremos a un sello hidráulico que cumple la función de evitar el escape del aire hacia el exterior. una tubería de 2 [in] para realizar las conexiones de las canaletas con el exterior, y estas se conectan a su vez con una boquilla ubicada en la tapa de tanque ver (figura 5) canaletas para las corrientes sobrenadantes. To collect the supernatant currents resulting from the ECOFLOCS process, two gutters are built, which are located at the surface level of the liquid inside the tank, these gutters are connected between them by their ends to a hydraulic seal that fulfills the function of preventing the escape of air to the outside. a 2 [in] pipe to make the connections of the channels with the outside, and these are connected in turn with a nozzle located on the tank cover see (figure 5) channels for the supernatant streams.
LOGICA NARRATIVA DE CONTROL DE NIVEL DEL TANQUE TANK LEVEL CONTROL NARRATIVE LOGIC
El tanque ECOFLOCS cuenta con transmisor Indicador de nivel encargado de transmitir la señal que Indica el nivel del tanque y dependiendo del valor entregado por este Instrumento, se pueden generar 3 situaciones diferentes: The ECOFLOCS tank has a level indicator transmitter in charge of transmitting the signal that indicates the level of the tank and depending on the value delivered by this instrument, 3 different situations can be generated:
Primera Situación: el nivel del tanque se encuentra en el nivel de operación normal. El controlador enviara una señal al variador de frecuencia que se encuentre en funcionamiento y dará la orden de conservar la velocidad del motor de la bomba de nivel que se encuentre en operación. First Situation: the tank level is at the normal operating level. The controller will send a signal to the frequency inverter that is in operation and will give the order to conserve the speed of the motor of the level pump that is in operation.
Segunda Situación: el nivel del tanque aumenta hasta encender la alarma por alto nivel, la alarma es generada por el Interruptor de nivel alto-alto quien es el encargado de enviar la señal al controlador y este enviara una señal al variador de frecuencia que este fuera de operación para encender la bomba que se encuentre apagada y así poner en funcionamiento las dos bombas y aumentar la velocidad del motor de las dos bombas hasta conseguir que se reestablezca el nivel de operación normal del tanque. Cuando se reestablezca el nivel del tanque se apagará una bomba y el sistema continuara con su operación normal. Tercera Situación: el nivel del tanque disminuye hasta encender la alarma por bajo nivel, la alarma es generada por el Interruptor de nivel bajo-bajo este es el encargado de enviar la señal al controlador y a su vez este enviara una señal al variador de frecuencia que se encuentre en funcionamiento para disminuir la velocidad el motor de la bomba que se encuentre en operación. Y permitir un drenaje lento para reestablecer el nivel de operación normal del tanque. Second Situation: the tank level increases until the high level alarm is turned on, the alarm is generated by the high-high level switch who is in charge of sending the signal to the controller and this will send a signal to the frequency inverter that is out. operation to turn on the pump that is turned off and thus put into operation of both pumps and increase the speed of the motor of both pumps until the normal operating level of the tank is re-established. When the tank level is reestablished, a pump will turn off and the system will continue normal operation. Third Situation: the tank level decreases until the low level alarm is turned on, the alarm is generated by the low-low level switch, this is in charge of sending the signal to the controller and in turn this will send a signal to the frequency inverter that running to slow down the pump motor in operation. And allow a slow drain to re-establish the normal operating level of the tank.
El tanque tiene 2 Interruptores de nivel uno que enviara una señal de alarma por un nivel alto-alto y otro que enviara una señal de alarma por nivel bajo-bajo estos Interruptores se usan por seguridad del tanque de tal forma que al detectar un cambio de estado enviaran una señal de alarma al controlador y dependiendo del Interruptor que detecte el cambio de estado el controlador enviara una señal al variador de frecuencia que esté en funcionamiento y hará que aumente o disminuya la velocidad en las bombas. The tank has 2 level switches, one that will send an alarm signal for a high-high level and another that will send an alarm signal for a low-low level.These Switches are used for tank safety in such a way that when detecting a change of state will send an alarm signal to the controller and depending on the switch that detects the change of state, the controller will send a signal to the frequency inverter that is in operation and will increase or decrease the speed of the pumps.
Un transmisor de presión ubicado en la línea de succión de las bombas de nivel en caso de que se presente un bajo nivel de presión el cual hace referencia a un bajo nivel de flujo automáticamente el controlador enviara una señal al variador de frecuencia que se encuentre en operación que dará la orden de apagar el motor de la bomba que esté operando y proteger la Integridad de esta. A su vez en la línea de descarga de las bombas de nivel después de la válvula ON/OFF se encuentra un transmisor de presión que será el encargado de dar la alerta al controlador en caso que se presente una sobrepresión en la línea, este enviara la orden al variador de frecuencia que se encuentre en operación para apagar el motor de la bomba de nivel que esté en funcionamiento para evitar daños en las bombas de nivel se enviara la señal a la válvula on/off en estado de falla off o normalmente cerrado para cuando se presente la sobrepresión mencionada y aun la bomba tenga cabeza de presión por la presión del tanque esta se des energice y genere un cierre y protección la Integridad de las bombas de nivel. A pressure transmitter located in the suction line of the level pumps in case of a low pressure level which refers to a low flow level, the controller will automatically send a signal to the frequency inverter that is in operation that will give the order to shut down the motor of the pump that is operating and protect its integrity. At the same time in the discharge line of the level pumps after the ON / OFF valve there is a pressure transmitter that will be in charge of alerting the controller in the event of an overpressure in the line, this will send the order to the frequency inverter that is in operation to turn off the motor of the level pump that is in operation to avoid damage to the level pumps, the signal will be sent to the on / off valve in the fault state off or normally closed to When the above-mentioned overpressure occurs and the pump still has a pressure head due to the tank pressure, it de-energizes and generates a shutdown and protection of the integrity of the level pumps.
LOGICA NARRATIVA DE CONTROL DE AGUA DE RECIRCULACIÓN NARRATIVE LOGIC OF RECIRCULATION WATER CONTROL
Dos transmisores Indicadores de presión dos transmisores Indicadores de flujo dos válvulas de control. Two transmitters Pressure indicators two transmitters Flow indicators two control valves.
En la línea de succión de las bombas de recirculación se encuentra el transmisor de presión que al detectar una calda de presión menor a la requerida para operación automáticamente el controlador apagara la bomba de recirculación que se encuentre en funcionamiento en la línea de descarga de las bombas de recirculación se encuentra un segundo transmisor de presión que al detectar una presión mayor a la requerida para la operación, el controlador apagara la bomba de recirculación que se encuentre en funcionamiento. In the suction line of the recirculation pumps there is the pressure transmitter that when detecting a drop in pressure lower than that required for operation, the controller will automatically turn off the recirculation pump that is operating in the discharge line of the pumps. recirculation is a second transmitter pressure that upon detecting a pressure greater than that required for operation, the controller will turn off the recirculation pump that is in operation.
La línea de descarga de la recirculación está dividida en 2 secciones que permiten el ingreso del agua de recirculación a dos distribuidores ubicados dentro del tanque, por esta razón cada línea cuenta con una válvula de control y con un transmisor indicador de flujo que permite la lectura de la cantidad de flujo que pasa por cada una de las líneas. The recirculation discharge line is divided into 2 sections that allow the recirculation water to enter two distributors located inside the tank, for this reason each line has a control valve and a flow indicator transmitter that allows reading of the amount of flow that passes through each of the lines.
Para hacer que los tramos tengan la misma distribución de flujo se debe conocer el valor total del flujo en la línea principal de recirculación buscando asegurar una correcta distribución de flujo porcentaje de apertura o cierre de las válvulas de control set por un valor 0.5 donde según el resultado de la variable esta lleve la válvula a un porcentaje de apertura o cierre y así garantizar que se regula la misma cantidad de flujo para los tramos To make the sections have the same flow distribution, the total value of the flow in the main recirculation line must be known, seeking to ensure a correct flow distribution percentage of opening or closing of the control valves set by a value of 0.5 where according to the The result of the variable takes the valve to a percentage of opening or closing and thus guaranteeing that the same amount of flow is regulated for the sections
LOGICA NARRATIVA DE CONTROL DE GAS DE MANTO MANTO GAS CONTROL NARRATIVE LOGIC
De la configuración del tanque: ya que el tanque puede estar configurado para tomar gas de producción u otro tipo de gas o puede estar configurado para funcionar como un tanque atmosférico. Está conformado por un transmisor indicador de presión una válvula de presión de vacío que se encuentra seteada a una presión de vacío y a una sobrepresión que garantice la seguridad del tanque para aliviar presión y una válvula que respalda la válvula de presión y vacío en caso en caso de que falle el set de sobrepresión. From the tank configuration: since the tank can be configured to take production gas or another type of gas or it can be configured to function as an atmospheric tank. It is made up of a pressure indicator transmitter, a vacuum pressure valve that is set to a vacuum pressure and an overpressure that guarantees the safety of the tank to relieve pressure, and a valve that supports the pressure and vacuum valve if necessary. failure of the overpressure set.
Para mantener la presión adecuada en la cámara de gas del tanque este cuenta con una facilidad conocida como "cuello de ganso" que permite tomar el aire del ambiente. To maintain adequate pressure in the gas chamber of the tank, it has a facility known as a "gooseneck" that allows air to be taken from the environment.
Elemento de seguridad por alta y baja presión se dispone de un (1) elemento de seguridad. High and low pressure safety element there is one (1) safety element.
La válvula de presión en vacío, seteada a dos presiones diferentes; uno de los set es para aliviar presión, este valores configurado a una presión normalmente más alta a la de trabajo en condiciones normales del tanque, de tal forma que cuando la presión aumenta solo un 10% del valor de control ajustado, la válvula se abrirá y enviara el exceso de aire a la atmosfera; el segundo set es para tomar aire en caso que el tanque presente vacío, la válvula se abrirá permitiendo el ingreso de aire de la atmosfera hasta lograr que la presión Interna del tanque sea la adecuada. Un segundo elemento conocido como disco de ruptura que respalda la PW en caso de falla The vacuum pressure valve, set at two different pressures; One of the sets is to relieve pressure, this values set at a pressure normally higher than the working pressure in normal tank conditions, in such a way that when the pressure increases only 10% of the adjusted control value, the valve will open and will send the excess air into the atmosphere; the second set is to take in air in case the tank is empty, the valve will open allowing the entry of air from the atmosphere until the internal pressure of the tank is adequate. A second element known as a rupture disk that supports the PW in the event of failure
SISTEMA DE CONTROL CONTROL SYSTEM
El esquema de control para el equipo portátil ECOFLOCS se propone en una arquitectura 'abierta'' con capacidad inherente de integrar e intercambiar información con otros dispositivos y plataformas utilizando protocolos y medios normalizados o estándar de comunicación. El sistema está en la capacidad de adquirir datos, monitorear y controlar el proceso con las funciones programadas desde la plataforma del equipo y permitir el seguimiento de control desde una sala de control centralizada. EJEMPLOS. The control scheme for the ECOFLOCS portable equipment is proposed in an 'open' architecture with inherent capacity to integrate and exchange information with other devices and platforms using standardized or standard communication protocols and means. The system is capable of acquiring data, monitoring and controlling the process with the functions programmed from the equipment platform and allowing the monitoring of control from a centralized control room. EXAMPLES.
Ejemplo 1. Para calcular las dimensiones y las mejores configuraciones de diseño del equipo, se realizaron las siguientes simulaciones para una carga nominal de hasta 10.000 BPD y 20.000 BPPD. Example 1. To calculate the dimensions and the best design configurations of the equipment, the following simulations were carried out for a nominal load of up to 10,000 BPD and 20,000 BPPD.
Para el cálculo de los diámetros y longitudes del sistema de distribución de agua se aplicó la teoría de relación de las áreas, determinando así la cantidad de orificios para cada brazo. Mediante el uso de un software especializado se realizó la simulación de fluidos obteniendo el flujo de descarga por cada uno de los orificios seleccionados, asegurando de esta forma que se asemeje a flujo pistón. For the calculation of the diameters and lengths of the water distribution system, the theory of relation of the areas was applied, thus determining the number of holes for each arm. Through the use of specialized software, the fluid simulation was performed, obtaining the discharge flow through each of the selected orifices, thus ensuring that it resembles plug flow.
Dicho diámetro se determina a través de prueba y error utilizando un software especializado en hidráulica (Pipephase), obteniendo así el diámetro de los orificios y la distancia a la cual deben estar uno de otro para asegurar flujo a través de todo el brazo distribuidor, mediante el análisis hidráulico se obtiene un máximo de 18 nodos, con dos orificios cada uno, los cuales cumplen la limitación de velocidad menor a 3 ft/s. Said diameter is determined through trial and error using specialized software in hydraulics (Pipephase), thus obtaining the diameter of the orifices and the distance at which they must be from each other to ensure flow through the entire distributor arm, by means of Hydraulic analysis results in a maximum of 18 nodes, with two holes each, which meet the speed limitation of less than 3 ft / s.
En la tabla 7 y 8 se encuentran los resultados obtenidos en la simulación para la capacidad nominal de hasta 10.000 y 20.000 BPD.
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Table 7 and 8 show the results obtained in the simulation for the nominal capacity of up to 10,000 and 20,000 BPD.
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En la tabla 9 Y 10 se presenta el espaciamiento entre nodos según resultados de las simulaciones realizadas.
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Una vez determinada la cantidad de orificios requeridos con los cálculos hidráulicos se determinó la presión de entrada y salida del sistema requerida para el análisis hidráulico del sistema, en todo momento se debe cumplir la limitación de la velocidad máxima menor a 3 ft/s. En la tabla 11 y 12 se encuentran las presiones calculadas por medio de la simulación para la entrada y salida en el tanque para un flujo de 10 y 20 KBWPD.
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SIMULACIÓN RECIRCULACIÓN
Table 9 and 10 show the spacing between nodes according to the results of the simulations carried out.
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Once the number of holes required was determined with the hydraulic calculations, the inlet and outlet pressure of the system required for the hydraulic analysis of the system was determined. At all times, the maximum speed limitation of less than 3 ft / s must be met. In table 11 and 12 are the pressures calculated by means of the simulation for the inlet and outlet in the tank for a flow of 10 and 20 KBWPD.
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RECIRCULATION SIMULATION
La generación de burbujas tiene 2 brazos distribuidos simétricamente, los cuales están localizado en un nivel inferior al de los brazos de alimentación del agua al tanque, el principal objetivo de este distribuidor es de a través del agua recirculada y mediante el uso de las boquillas generar microburbujas quien mediante el efecto de bouyanza ayudan a la separación de las partículas sólidas y el aceite de la corriente de agua que se desea tratar. The generation of bubbles has 2 symmetrically distributed arms, which are located at a lower level than the arms supplying the water to the tank, the main objective of this distributor is to generate recirculated water through the use of the nozzles. microbubbles which, through the bouyanza effect, help to separate solid particles and oil from the water stream to be treated.
En la determinación de los tipos de boquillas que generan las burbujas se utiliza la tabla recomendad por el fabricante en la cual se tiene en cuenta la cantidad de aire y/o gas a utilizar en el proceso, el caudal de recirculación y el delta de presión. In determining the types of nozzles that generate the bubbles, the table recommended by the manufacturer is used, which takes into account the amount of air and / or gas to be used in the process, the recirculation flow rate and the pressure delta. .
Para las condiciones de operación del tanque ECOFLOCS de capacidad nominal de 10000 BWPD se determinaron 16 boquillas cada una con un requerimiento de aire o gas de inyección de 7,31 ft3/h y de capacidad nominal de 20.000 BWPD se determinaron 16 boquillas cada una con un requerimiento de aire o gas de inyección de 14,621 ft3/h For the operating conditions of the ECOFLOCS tank with a nominal capacity of 10,000 BWPD, 16 nozzles were determined each with an injection air or gas requirement of 7.31 ft3 / h and a nominal capacity of 20,000 BWPD, 16 nozzles each with a 14,621 ft3 / hr injection gas or air requirement
Los cálculos realizados para poder determinar el tipo de boquilla a ser utilizado en el sistema de ECOFLOCS se hicieron por medio de una simulación en el software especializado en hidráulica HYSYS dando como resultado el delta de presión, diámetros de tubería, bomba requerida y el caudal de aire por cada boquilla.
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The calculations carried out to determine the type of nozzle to be used in the ECOFLOCS system were made by means of a simulation in the specialized software in hydraulics HYSYS, resulting in the pressure delta, pipe diameters, required pump and the flow rate of air for each nozzle.
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En la tabla 17 Y 18 se encuentran los diámetros y longitudes determinados para la tubería de recirculación y en la figura 5 se encuentra la distribución de estos, el tanque (1) que es el tanque portátil y (2) la bomba de recirculación encargada de generar la recirculación de fluido hacia las boquillas para que se genere el burbujeo en el tanque.
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Table 17 and 18 show the diameters and lengths determined for the recirculation pipe and in figure 5 the distribution of these is found, the tank (1) which is the portable tank and (2) the recirculation pump in charge of generate the recirculation of fluid towards the nozzles so that the bubbling is generated in the tank.
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Una vez determinado dichos cálculos se ubican los valores en la tabla de diseño entregada por el fabricante Mazzei y se establece cual cumple los requerimientos del proceso. Las boquillas que cumplen con las condiciones estipuladas en el proceso son las boquillas modelo 584 de 1/2" o 3/4 " (Pulgadas) de diámetro con un delta de presión de 15 Psig y caudal de 3.645 gal/min cumple los requerimientos de succión que necesita el proceso de 7.3 ft3/h para el tanque de 10.000BWPD. La boquilla que cumple con las condiciones estipuladas en el proceso es la boquilla modelo 684 de 3/4" (Pulgadas) de diámetro con un delta de presión de 20 Psig y caudal de 7.29 gal/min cumple los requerimientos de succión que necesita el proceso de 14.621 ft3/h para el tanque de 20.000BWPD. Once these calculations have been determined, the values are located in the design table provided by the manufacturer Mazzei and it is established which meets the process requirements. The nozzles that meet the conditions stipulated in the process are the Model 584 1/2 "or 3/4" (Inch) diameter nozzles with a pressure delta of 15 Psig and a flow rate of 3,645 gal / min. suction required by the 7.3 ft3 / hr process for the 10,000BWPD tank. The nozzle that meets the conditions stipulated in the process is the Model 684 3/4 "(Inches) diameter nozzle with a pressure delta of 20 Psig and flow rate of 7.29 gal / min. It meets the suction requirements that the process needs. 14,621 ft3 / hr for the 20,000BWPD tank.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de flotación compacto para tratamiento de agua caracterizado porque comprende las siguientes partes: a. Un tanque que trabaja a presión atmosférica, diseñado para retirar el aceite y los sólidos en suspensión por medio de microburbujas (80 micrones de diámetro) de aire inducido con boquillas, con una eficiencia estimada del 90% para retiro de grasas y/o aceites y un 70% de la cantidad de sólidos suspendidos para que así los efluentes del sistema puedan continuar su curso normal dentro del proceso de disposición final de las comentes tratadas. b. Un sistema de generación de burbujas, compuesto por un entramado de boquillas que están distribuidas de tal forma que cubra toda el área transversal del tanque y de esta forma se garantiza la flotación de sólidos suspendidos y el aceite que viene en la corriente de entrada y que consta de los siguientes elementos. c. Un sistema de internos que consta de 2 brazos para el agua de entrada y 2 brazos para la recirculación de agua junto con la inyección de aire y/o gas de generación de las burbujas a una velocidad máxima lineal máxima por los orificios de flujo de 3 ft/s. d. Unas canaletas, ubicadas a nivel de superficie del líquido al interior del tanque, estas canaletas se encuentran conectadas entre ellas por sus extremos a un sello hidráulico que cumple la función de evitar el escape del aire hacia el exterior. e. Una tubería para realizar las conexiones de las canaletas con el exterior, y estas se conectan a su vez con una boquilla ubicada en la tapa de tanque ver (figura 5) canaletas para las corrientes sobrenadantes. f. Un sistema de control para una arquitectura “abierta” con capacidad inherente de integrar e intercambiar información con otros dispositivos y plataformas utilizando protocolos y medios normalizados o estándar de comunicación. El sistema está en la capacidad de adquirir datos, monitorear y controlar el proceso con las funciones programadas desde la plataforma del equipo y permitir el seguimiento de control desde una sala de control centralizada. 1. A compact flotation device for water treatment characterized in that it comprises the following parts: a. A tank that works at atmospheric pressure, designed to remove oil and suspended solids by means of microbubbles (80 microns in diameter) of induced air with nozzles, with an estimated efficiency of 90% for removal of fats and / or oils and 70% of the amount of suspended solids so that the system effluents can continue their normal course within the final disposal process of the treated streams. b. A system for generating bubbles, composed of a network of nozzles that are distributed in such a way that they cover the entire cross-sectional area of the tank and in this way the floating of suspended solids and the oil that comes in the inlet stream and that It consists of the following elements. c. An internal system consisting of 2 arms for the inlet water and 2 arms for the recirculation of water together with the injection of air and / or gas to generate the bubbles at a maximum maximum linear velocity through the flow holes of 3 ft / s. d. Some gutters, located at the surface level of the liquid inside the tank, these gutters are connected between them at their ends to a hydraulic seal that fulfills the function of preventing the escape of air to the outside. and. A pipe to make the connections of the gutters with the outside, and these are connected in turn with a nozzle located on the tank cover see (figure 5) gutters for the supernatant streams. F. A control system for an “open” architecture with inherent capacity to integrate and exchange information with other devices and platforms using standard or standard communication protocols and means. The system is capable of acquiring data, monitoring and controlling the process with the functions programmed from the equipment platform and allowing the monitoring of control from a centralized control room.
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