Cómo funciona un filtro separador coalescente para gas natural

Un filtro separador coalescente saca de una corriente de gas natural los sólidos y los líquidos —agua, condensados de hidrocarburos, aceite de compresor— que viajan con ella como líquido libre, gotas y aerosoles. Trabaja en dos etapas: la primera retiene los sólidos y agranda las gotas finas (pre-coalescencia); la segunda separa el líquido ya coalescido y lo manda al drenaje. El objetivo es que a compresores, quemadores, instrumentos y medidores llegue gas sin líquidos ni sólidos arrastrados.

En esta nota repasamos qué daño hacen esos contaminantes, cómo trabaja cada etapa, qué pasa dentro de un medio coalescente, cuándo cambiar los elementos y cómo reemplazarlos en un equipo ya instalado.

Por qué hay que sacar líquidos y sólidos del gas natural

El gas que sale de un pozo, de una planta de tratamiento o de un compresor arrastra dos tipos de contaminantes:

• Líquidos: agua, condensados de hidrocarburos, aceite de lubricación de los compresores y restos de glicol o aminas de las unidades de tratamiento.
• Sólidos: arena y productos de corrosión de las cañerías, como óxido y sulfuro de hierro.

El líquido viaja de tres formas: como líquido libre o tapones (slugs), como gotas grandes y como aerosoles, gotas tan finas —muchas por debajo del micrón— que siguen la corriente del gas. Los aerosoles aparecen, por ejemplo, cuando el gas se enfría o se expande en una válvula reguladora y parte de los vapores condensa, o cuando un compresor arrastra aceite.

Lo que llega aguas abajo tiene costo:

• Compresores: el líquido y los sólidos en la succión desgastan válvulas, aros y sellos.
• Quemadores y turbinas: el líquido arrastrado altera la combustión y deja depósitos.
• Instrumentos y reguladores: se ensucian pilotos, orificios y sensores.
• Medición y transferencia de custodia: los líquidos y los depósitos alteran la lectura de los medidores.
• Contactores de glicol y de aminas: los hidrocarburos líquidos y los sólidos favorecen la formación de espuma y las pérdidas de solvente.

Cómo funciona un filtro separador coalescente: las dos etapas

En un filtro separador, el gas entra al recipiente y atraviesa primero los elementos de primera etapa, de afuera hacia adentro. Ahí quedan los sólidos, y las gotas finas que capturan los elementos se agrupan en gotas más grandes: es la pre-coalescencia. Después, el gas pasa por la segunda etapa —un paquete de chicanas o elementos coalescentes como los AeroSep Coalescente y AeroSep Coalescente Retrofit—, que separa ese líquido. Cada sección tiene su drenaje: de sólidos en la primera y de líquido en la segunda. La primera etapa no reemplaza a la segunda: la complementa.

Un equipo coalescente ordena las cosas al revés. Cuando lleva caja de chicanas, va aguas arriba de los cartuchos, como pre-separación del líquido libre y de las gotas gruesas, y los cartuchos coalescentes se ocupan de los aerosoles finos.

Equipo	Primera sección	Segunda sección	Aplicaciones del catálogo
Filtro separador	Elementos de primera etapa (AeroSep Primera Etapa): retienen sólidos y pre-coalescen las gotas finas	Paquete de chicanas o elementos coalescentes: separan el líquido ya coalescido	Succión y descarga de compresores, medición y transferencia de custodia, contactores de glicol y aminas
Equipo coalescente	Caja de chicanas (opcional): el gas cambia de dirección y las gotas grandes impactan, escurren y van a la bota de drenaje; toma el líquido libre y los ingresos súbitos de líquido	Cartuchos coalescentes (AeroSep Coalescente o AeroSep Coalescente Retrofit): separan los aerosoles finos de aceite y agua	Gas natural y GNC, protección de compresores, turbinas, membranas y secadores

Cómo se forman y se separan las gotas en el medio coalescente

Las gotas de un aerosol son demasiado finas para separarse por gravedad o por un cambio de dirección del gas: siguen la corriente. Un medio coalescente las captura en sus fibras —por intercepción directa, por impacto inercial y, las más finas, por difusión— y les da lugar para crecer. Las gotas capturadas se juntan con otras sobre las fibras, avanzan por el medio empujadas por el gas y, del lado de salida, se desprenden como gotas grandes que caen por su peso al fondo de la carcasa.

En los AeroSep Coalescente y AeroSep Coalescente Retrofit, el medio es fibra de vidrio ligada con resina, de poro graduado y fijo, y además hidrofóbico y oleofóbico (grado H): ni el agua ni el aceite lo humectan. Eso tiene tres efectos:

• el líquido coalescido drena en lugar de quedar retenido en el medio;
• la caída de presión en estado saturado —cuando el elemento drena tanto líquido como captura— se mantiene baja;
• se evita el re-arrastre de gotas hacia el gas de salida.

Para que las gotas que salen del medio caigan y no vuelvan a la corriente, la velocidad del gas alrededor de los elementos tiene que ser baja. Por eso la cantidad de elementos se calcula con el caudal, la presión, la temperatura y la composición del gas, y para caudales altos se usan recipientes horizontales multielemento, que conservan la velocidad de pasaje por elemento.

AeroSep Primera Etapa, AeroSep Coalescente y AeroSep Coalescente Retrofit: qué hace cada elemento

AeroSep Primera Etapa, primera etapa. Doble capa de microfibra de vidrio plisada —prefiltro y filtro final en el mismo cartucho— sobre soportes de poliéster y malla que dan rigidez al paquete de pliegues y evitan su colapso con la carga de sólidos. El gas entra por la cara exterior: la primera capa retiene el contaminante grueso y la segunda define el grado. El medio puede ser estándar, hidrofóbico u oleofóbico, según el líquido arrastrado. Se ofrece en 3,00, 4,50 y 5,50″ de diámetro y en largos de 12 a 79″, y opera hasta 120 °C (248 °F).

AeroSep Coalescente, coalescente estándar. Cartucho plisado de 4″ (101,6 mm) de diámetro en largos de 10, 20, 30 y 40″, con extremo abierto de O-ring 226, extremo cerrado con manija de extracción y tapas de nylon con fibra de vidrio. La superficie plisada extendida prolonga su vida útil y le da una recuperación rápida ante ingresos súbitos de líquido.

AeroSep Coalescente Retrofit, coalescente de reemplazo. El mismo medio grado H en las dimensiones de elementos de otros fabricantes: 57, 70 y 152 mm de diámetro, en 5, 10, 30 y 40″, con sello SOE de O-ring pistón o interno, o DOE con junta plana. Hay versiones para servicio estándar (< 250 psig) y para alta presión (> 250 psig), con núcleo y jaula dimensionados para esa condición.

Cuándo cambiar los elementos: la presión diferencial

El estado de un filtro separador se lee en la presión diferencial (ΔP) de cada etapa, medida con el equipo en servicio. Al poner en marcha conviene registrar la ΔP con los elementos nuevos: es la referencia para todo lo que sigue.

• AeroSep Primera Etapa: el recambio recomendado es con una ΔP de 12 a 15 psid (0,83 a 1,03 bar).
• AeroSep Coalescente y AeroSep Coalescente Retrofit: el valor de recambio se define para cada instalación, a partir de la ΔP de arranque y de las condiciones de operación.

Cómo leer la curva:

• Un coalescente pasa de la ΔP en seco a la ΔP saturada al poco tiempo de entrar en servicio y después se estabiliza. Si sigue subiendo, el aumento suele venir de sólidos que llegan al medio: conviene revisar la etapa anterior.
• Una caída brusca de la ΔP puede indicar un elemento dañado, un O-ring que no sella o gas que pasa por fuera del medio. Hay que inspeccionar el equipo.
• Si el drenaje de la bota no funciona, el nivel de líquido sube hasta los elementos y el líquido vuelve a la corriente. Verificar el drenaje es parte de cada puesta en marcha.

En cada recambio conviene revisar el estado de juntas y O-rings, respetar la orientación del elemento en la carcasa y conservar el número de lote del elemento instalado.

Reemplazo de elementos en equipos ya instalados

Muchos filtros separadores y coalescentes en servicio usan elementos de otros fabricantes. Para pasar a AeroSep no hace falta cambiar el recipiente:

• El AeroSep Coalescente Retrofit conserva el diámetro, la longitud y el sistema de sellado del coalescente original y entra en la carcasa instalada sin modificaciones ni ingeniería adicional. La compatibilidad se verifica antes de la entrega.
• El AeroSep Primera Etapa reproduce las dimensiones y la interfaz del elemento de primera etapa original con una construcción propia, la doble capa de microfibra de vidrio plisada. Su código traduce campo por campo el del elemento instalado —diámetro, longitud, grado, núcleo, junta y extremos— y suma el tratamiento del medio.

Para confirmar el reemplazo hacen falta tres datos:

1. La marca y el código impresos en el elemento instalado.
2. El diámetro exterior, la longitud y el tipo de sello en los extremos.
3. La presión de operación y el elastómero compatible con el fluido.

Si la referencia no figura en las tablas de equivalencia, con el código y las condiciones de operación se evalúa el equivalente AeroSep.

Cómo te ayudamos a especificar el equipo

Para elegir el modelo, la cantidad de elementos y la configuración necesitamos el caudal, la presión y la temperatura de operación y la composición del gas; si el equipo ya está instalado, también el código del elemento que usa. En la página de coalescentes y filtración para Oil & Gas está la línea completa. Para tu caso, escribinos con los datos de la instalación.