Como funciona um filtro separador coalescente para gás natural

Um filtro separador coalescente remove de uma corrente de gás natural os sólidos e os líquidos — água, condensados de hidrocarbonetos, óleo de compressor — que viajam com ela como líquido livre, gotas e aerossóis. Ele trabalha em duas etapas: a primeira retém os sólidos e aumenta o tamanho das gotas finas (pré-coalescência); a segunda separa o líquido já coalescido e o envia para a drenagem. O objetivo é que compressores, queimadores, instrumentos e medidores recebam gás sem líquidos nem sólidos arrastados.

Neste artigo, revisamos o dano que esses contaminantes causam, como cada etapa trabalha, o que acontece dentro de um meio coalescente, quando trocar os elementos e como substituí-los em um equipamento já instalado.

Por que é preciso remover líquidos e sólidos do gás natural

O gás que sai de um poço, de uma planta de tratamento ou de um compressor arrasta dois tipos de contaminantes:

• Líquidos: água, condensados de hidrocarbonetos, óleo de lubrificação dos compressores e resíduos de glicol ou aminas das unidades de tratamento.
• Sólidos: areia e produtos de corrosão das tubulações, como óxido e sulfeto de ferro.

O líquido viaja de três formas: como líquido livre ou golfadas (slugs), como gotas grandes e como aerossóis, gotas tão finas — muitas abaixo de um mícron — que acompanham a corrente do gás. Os aerossóis aparecem, por exemplo, quando o gás esfria ou se expande em uma válvula reguladora e parte dos vapores condensa, ou quando um compressor arrasta óleo.

O que chega a jusante tem custo:

• Compressores: o líquido e os sólidos na sucção desgastam válvulas, anéis e vedações.
• Queimadores e turbinas: o líquido arrastado altera a combustão e deixa depósitos.
• Instrumentos e reguladores: pilotos, orifícios e sensores ficam sujos.
• Medição e transferência de custódia: os líquidos e os depósitos alteram a leitura dos medidores.
• Contatoras de glicol e de aminas: os hidrocarbonetos líquidos e os sólidos favorecem a formação de espuma e as perdas de solvente.

Como funciona um filtro separador coalescente: as duas etapas

Em um filtro separador, o gás entra no vaso e atravessa primeiro os elementos de primeira etapa, de fora para dentro. Ali ficam os sólidos, e as gotas finas que os elementos capturam se agrupam em gotas maiores: é a pré-coalescência. Depois, o gás passa pela segunda etapa — um pacote de chicanas (defletores) ou elementos coalescentes como os AeroSep Coalescente e AeroSep Coalescente Retrofit —, que separa esse líquido. Cada seção tem sua drenagem: de sólidos na primeira e de líquido na segunda. A primeira etapa não substitui a segunda: ela a complementa.

Um equipamento coalescente organiza as coisas ao contrário. Quando tem caixa de chicanas, ela fica a montante dos cartuchos, como pré-separação do líquido livre e das gotas grossas, e os cartuchos coalescentes cuidam dos aerossóis finos.

Equipamento	Primeira seção	Segunda seção	Aplicações do catálogo
Filtro separador	Elementos de primeira etapa (AeroSep Primeiro Estágio): retêm sólidos e pré-coalescem as gotas finas	Pacote de chicanas ou elementos coalescentes: separam o líquido já coalescido	Sucção e descarga de compressores, medição e transferência de custódia, contatoras de glicol e aminas
Equipamento coalescente	Caixa de chicanas (opcional): o gás muda de direção e as gotas grandes colidem, escorrem e vão para a bota de drenagem; capta o líquido livre e as entradas súbitas de líquido	Cartuchos coalescentes (AeroSep Coalescente ou AeroSep Coalescente Retrofit): separam os aerossóis finos de óleo e água	Gás natural e GNC, proteção de compressores, turbinas, membranas e secadores

Como as gotas se formam e se separam no meio coalescente

As gotas de um aerossol são finas demais para se separar por gravidade ou por uma mudança de direção do gás: elas acompanham a corrente. Um meio coalescente as captura em suas fibras — por interceptação direta, por impacto inercial e, as mais finas, por difusão — e lhes dá espaço para crescer. As gotas capturadas se juntam a outras sobre as fibras, avançam pelo meio empurradas pelo gás e, do lado de saída, se desprendem como gotas grandes que caem pelo próprio peso até o fundo da carcaça.

Nos AeroSep Coalescente e AeroSep Coalescente Retrofit, o meio é fibra de vidro aglomerada com resina, de poro graduado e fixo, e além disso hidrofóbico e oleofóbico (grau H): nem a água nem o óleo o umectam. Isso tem três efeitos:

• o líquido coalescido drena em vez de ficar retido no meio;
• a queda de pressão em estado saturado — quando o elemento drena tanto líquido quanto captura — se mantém baixa;
• evita-se o rearraste de gotas para o gás de saída.

Para que as gotas que saem do meio caiam e não voltem à corrente, a velocidade do gás em torno dos elementos tem de ser baixa. Por isso, a quantidade de elementos é calculada com a vazão, a pressão, a temperatura e a composição do gás, e para vazões altas são usados vasos horizontais multielemento, que mantêm a velocidade de passagem por elemento.

AeroSep Primeiro Estágio, AeroSep Coalescente e AeroSep Coalescente Retrofit: o que cada elemento faz

AeroSep Primeiro Estágio, primeira etapa. Camada dupla de microfibra de vidro plissada — pré-filtro e filtro final no mesmo cartucho — sobre suportes de poliéster e malha que dão rigidez ao pacote de pregas e evitam seu colapso com a carga de sólidos. O gás entra pela face externa: a primeira camada retém o contaminante grosso e a segunda define o grau. O meio pode ser padrão, hidrofóbico ou oleofóbico, conforme o líquido arrastado. É oferecido em 3,00, 4,50 e 5,50″ de diâmetro e em comprimentos de 12 a 79″, e opera até 120 °C (248 °F).

AeroSep Coalescente, coalescente padrão. Cartucho plissado de 4″ (101,6 mm) de diâmetro em comprimentos de 10, 20, 30 e 40″, com extremidade aberta de O-ring 226, extremidade fechada com alça de extração e tampas de nylon com fibra de vidro. A superfície plissada estendida prolonga sua vida útil e lhe dá uma recuperação rápida diante de entradas súbitas de líquido.

AeroSep Coalescente Retrofit, coalescente de reposição. O mesmo meio grau H nas dimensões de elementos de outros fabricantes: 57, 70 e 152 mm de diâmetro, em 5, 10, 30 e 40″, com vedação SOE de O-ring tipo pistão ou interno, ou DOE com junta plana. Há versões para serviço padrão (< 250 psig) e para alta pressão (> 250 psig), com núcleo e gaiola dimensionados para essa condição.

Quando trocar os elementos: a pressão diferencial

O estado de um filtro separador é lido na pressão diferencial (ΔP) de cada etapa, medida com o equipamento em serviço. Na partida, convém registrar o ΔP com os elementos novos: é a referência para tudo o que vem depois.

• AeroSep Primeiro Estágio: a troca recomendada é com ΔP de 12 a 15 psid (0,83 a 1,03 bar).
• AeroSep Coalescente e AeroSep Coalescente Retrofit: o valor de troca é definido para cada instalação, a partir do ΔP de partida e das condições de operação.

Como ler a curva:

• Um coalescente passa do ΔP a seco ao ΔP saturado pouco tempo depois de entrar em serviço e depois se estabiliza. Se continuar subindo, o aumento costuma vir de sólidos que chegam ao meio: convém revisar a etapa anterior.
• Uma queda brusca do ΔP pode indicar um elemento danificado, um O-ring que não veda ou gás que passa por fora do meio. É preciso inspecionar o equipamento.
• Se a drenagem da bota não funciona, o nível de líquido sobe até os elementos e o líquido volta à corrente. Verificar a drenagem faz parte de cada partida.

Em cada troca, convém revisar o estado das juntas e dos O-rings, respeitar a orientação do elemento na carcaça e guardar o número de lote do elemento instalado.

Substituição de elementos em equipamentos já instalados

Muitos filtros separadores e coalescentes em serviço usam elementos de outros fabricantes. Para passar para AeroSep, não é preciso trocar o vaso:

• O AeroSep Coalescente Retrofit mantém o diâmetro, o comprimento e o sistema de vedação do coalescente original e entra na carcaça instalada sem modificações nem engenharia adicional. A compatibilidade é verificada antes da entrega.
• O AeroSep Primeiro Estágio reproduz as dimensões e a interface do elemento de primeira etapa original com uma construção própria, a camada dupla de microfibra de vidro plissada. Seu código traduz campo a campo o do elemento instalado — diâmetro, comprimento, grau, núcleo, junta e extremidades — e acrescenta o tratamento do meio.

Para confirmar a substituição, são necessários três dados:

1. A marca e o código impressos no elemento instalado.
2. O diâmetro externo, o comprimento e o tipo de vedação nas extremidades.
3. A pressão de operação e o elastômero compatível com o fluido.

Se a referência não constar nas tabelas de equivalência, o equivalente AeroSep é avaliado com o código e as condições de operação.

Como ajudamos você a especificar o equipamento

Para escolher o modelo, a quantidade de elementos e a configuração, precisamos da vazão, da pressão e da temperatura de operação e da composição do gás; se o equipamento já estiver instalado, também do código do elemento que ele usa. A linha completa está na página de coalescentes e filtração para Óleo e Gás. Para o seu caso, escreva para nós com os dados da instalação.