Universidad de Oriente Núcleo de Monagas Escuela de Ingeniería de Petróleo Cursos Especiales de Grado Control y Transporte del Gas Natural
Etapas para el diseño y construcción de un gasoducto
Proesor! Ing" #u$%n &ega
#eali'ado por! Endel$ert( &era C"I"! )*")+,"-)-
Maturín. Novie/$re de 01)1
Introducción
Siendo Venezuela uno de los países con una de las mayores reservas de gas probadas se convierte en foco central para el desarrollo de proyectos ambiciosos de manejo y transporte de gas natural. Por lo general el gas natural se transporta a grandes distancias a través de los gasoductos, que indica que este gas está conformado fundamentalmente por metano, el cual a sido comprimido en las plantas compresoras, asta convertirlo en !as "atural #omprimido $!"#%. &os usos y utilidad de este gas transportado son diversos, ya que se puede utilizar para la gasificaci'n de las ciudades, ser utilizado como combustible, tanto doméstico, como industrial, también puede ser utilizado como gas natural veicular, incluso puede ser utilizado como materia prima para los procesos petroquímicos.
&a instalaci'n de gasoductos requiere gran cantidad de estudios previos, en los cuales se tiene en cuenta todo lo que puede acortar o beneficiar el proceso de transporte. Por caso, la construcci'n de un gasoducto que puede tener que cruzar monta(as, ríos o desiertos, constituye una gran tarea de ingeniería, que por lo general es realizada conjuntamente por varias empresas que contribuyen a la enorme inversi'n de capital necesaria.
Etapas para el diseño de un gasoducto: 1.
Definición de objetivos) los objetivos se formulan dependiendo de las
necesidades que se quieran cubrir y de la disponibilidad técnica*econ'mica para cubrir esas necesidades, las necesidades son por ejemplo, la distancia a la cual se quiere transportar el gas, los caudales de gas a transporta y la disponibilidad +técnica*econ'mica esta limitada por las poblaciones, parques nacionales, características topográficas del terreno por el cual ira el gasoducto y la rentabilidad del proyecto.
2.
Caracterización del gas a trasportar ) de acuerdo a la composici'n
cromatográfica que tenga el gas, abrá que disponer de de diversos componentes para adecuar el gas para su posterior traslado por gasoducto.
Para adecuar el gas a ser transportado ay que tener en cuenta los factores que intervienen en el transporte del gas, como lo son)
•
Presión) -ste parámetro ace posible la distribuci'n del gas y su recolecci'n
por las tuberías, también se a demostrado que a ciertas condiciones la presi'n puede afectar la viscosidad del flujo de manera tal, que la viscosidad ponga resistencia al movimiento del fluido en las tuberías. -sto, ocurre, ya que al aumentar la presi'n las moléculas del fluido estarán más unidas, y por ende el gas opone mayor resistencia a transmitirse a través de las tuberías. Se recomienda controlar muy bien la presi'n para minimizar los problemas en las instalaciones como en los estallidos, los cuales ocurren cuando el espesor de la tubería no soporta la presi'n suministrada. &o que indica , que se deben conocer los límites de la presi'n máima de trabajo, ya que el espesor de las tuberías a usar, además de la clase de aceros, forma de manufacturaci'n de las tuberías, máima temperatura de operaci'n y el medio ambiente que rodea al sistema de transporte son funciones de la máima presi'n de operaci'n.
•
Temperatura. &a temperatura es de gran importancia, puesto que se sabe
que afecta directamente la viscosidad del gas. &os fluidos gaseosos, tienen un comportamiento distinto ante la temperatura, que los fluidos líquidos., tal como, cuando aumenta la temperatura, la viscosidad del gas, también aumenta -s, por ello que se debe de mantener una temperatura adecuada, de tal forma que el gas pueda fluir libremente a través de las tuberías. -l valor de la temperatura no debe de ser muy alto, porque mayor será la resistencia del gas a fluir. /ampoco la temperatura puede ser muy baja, ya que puede estar por debajo de la temperatura de rocío y se formen idratos. &a baja temperatura, puede también ser la causante de acer reaccionar la película que rodea la tubería y producir corrosi'n. &a verdad es que no se debe sobrepasar el valor de temperatura a la cual fue dise(ado el gasoducto, desde luego que ay que tener cuidado con el manejo de este parámetro, sobre todo cuando se trabaja con gas, en vista que cuando se trabaja con gas, un incremento o disminuci'n de la temperatura, pueden cuasar problemas con la energía cinética, y por ende con todos los movimientos moleculares, que puede afectar el proceso de transporte de gas natural.
•
Contenido de Hidrocarburos . Si el gas producido y que se quiere transportar
viene acompa(ado con petr'leo, debe de ser separado del petr'leo. -l gas separado tiene que ser tratado y además comprimido a la presi'n requerida, para poder ser transportado a través de tuberías. -l transporte, debe de ser tal que no se formen partículas o cuerpos que puedan causar taponamiento en las tuberías.
•
Deposición de sf!ltenos: &os asfáltenos son idrocarburos constituyentes
del petr'leo, de elevado peso molecular entre 0111 y 2111 unidades de masa at'mica $345%, su estructura es amorfa, y tienen propiedades coloidales, por lo que están cargados en forma electrostática. -l proceso de deposici'n de asfaltenos ocurre cuando se transporta el fluido por las tuberías gas asociado con petr'leo, aunque pareciera difícil porque antes de transportar el gas, este
es sometido por procesos de separaci'n y depuraci'n que lo acen considerar relativamente limpio, pero este evento se a presenciado, posiblemente por deficiencia de los equipos de separaci'n y quizás por la formaci'n de espumas en el separador, ya que todos los crudos al ser desgasificados forman espumas, lo cual conlleva a arrastres en las corrientes de gas6 ocasionando disminuci'n en la capacidad del sistema, aumento en la frecuencia de limpieza en los gasoductos, atascamientos de las erramientas de limpieza, entre otros.
•
"ormación de Hidratos . -stos son compuestos s'lidos que se forman como
cristales tomando apariencia de nieve. &os idratos se producen por la reacci'n entre el agua condensada del gas natural y los idrocarburos más volátiles, que se encuentran en el gas natural. &a composici'n de los idratos es aproimadamente 718 de agua y 018 de idrocarburos. &a gravedad específica de estos componentes es bastante parecida a la del agua, ya que su valor es de 1,79. &a teoría indica que una molécula de 4etano puede utilizar en la formaci'n de idratos asta :9 moléculas de agua. &os idratos representan un grave problema operacional para los gasoductos, y también para las redes y tuberías que transportan gas, ya que después que se an formado no eisten métodos, que permitan eliminarlos, ni tampoco eisten compuestos químicos que los eliminen, luego para evitar graves problemas operacionales en las plantas de gas, se debe de evitar la formaci'n de idratos, y para ello se debe de desidratar el gas natural, ya que una vez que se ayan formados la ;nica opci'n viable es realizar una parada de planta, de tal forma de poder eliminar la presencia de idratos. -n la figura < se presenta un ejemplo de formaci'n de idratos.
•
Compresibilidad del #as. -ste proceso tiene su importancia, cuando las
distancias a las que será transportado el gas, sean muy largas. #uando esto ocurre, se presenta la alternativa de comprimir el gas a presiones suficientemente elevadas, de tal forma que el gas llegue a los distintos puntos de entrega en la ruta del gasoducto. -l proceso de compresi'n se realiza por
etapas, por lo general se utilizan tres $=% etapas. -sto es así para cumplir con los requerimientos de presi'n necesarios para el transporte del gas natural por tuberías, con una alta eficiencia.
•
Calidad del #as $atural &a !PS5 define la calidad del gas natural, para ser
transportado a través de redes y tuberías de gas. -l gas tiene que tener, menos de cuatro partes por mill'n de Sulfuro de >idr'geno, sobre la base del volumen
( < 4 ppm,VH 2 S ) . -sto en el Sistema ?ritánico de 3nidades
corresponde a una
4lbmoldeH 2 S . &a norma indica también que el gas 1 x10 6 lbmoldemez cla
tiene que tener menos de tres por ciento molar de @i'ido de #arbono $=8%, y cumplir con la norma de tener entre seis y siete libras de agua por cada mill'n
de pies c;bicos normales de gas 6a 7
3.
. MMPCN lbdeagua
Caracterización topogr!fica. -n esta actividad, se deberá tener un
conocimiento pleno de la sensibilidad del área al trazar el dereco de tendido de tubería y determinar la forma de salvar las pendientes pronunciadas sin perder la calidad del suelo, que permita la revegetaci'n de la zona, evitando futuras erosiones. /ambién se debe eludir las zonas de inestabilidad geol'gica o con afloramiento rocosos importantes, entre otros. -s necesario el levantamiento topográfico del terreno por el cual se desea acer el gasoducto, solo de esta manera se puede saber de forma precisa cual será la longitud del gasoducto y cuales serán los retos a asumir en cuanto a monta(as y canales fluviales. Sin este estudio es mas que imposible presupuestar el costo de la elaboraci'n de un gasoducto o determinar las limitantes sociales y técnicas del mismo.
4.
Determinación de %&a clase de localidad' . &a clase de localidad es un
área geográfica a lo largo de un gasoducto clasificado de acuerdo al n;mero y
proimidad de los edificios construidos para la ocupaci'n umana y otras características que se consideran cuando se prescribe los factores de dise(o para la construcci'n, presiones de operaci'n, y métodos de probar las línea de ductos y las tuberías principales ubicadas en la zona y aplicando ciertos requerimientos de operaci'n y mantenimiento.
Clase de &ocalización () #orresponde con la tubería que en su área unitaria se
tienen 01 o menos construcciones destinadas a ocupaci'n umana. Clase de &ocalización *) #orresponde a aquella tubería que en su área unitaria
se tienen más de 01 pero menos de A< construcciones destinadas a ocupaci'n umana. &os gasoductos que cumplan con las #lases 0 o :, pero que dentro de su área unitaria se encuentren al menos un sitio de reuni'n o concentraci'n p;blica de más de :1 personas, tales como iglesias, escuelas, salas de espectáculos, cuarteles, ospitales o áreas de recreaci'n, se deben considerar dentro de los requerimientos de la #lase de &ocalizaci'n =. Clase de &ocalización +) -s la tubería que cumple con una de las siguientes
condiciones) a% #uando en su área unitaria se tenga más de A< construcciones destinadas a ocupaci'n umana. b% #uando eista una o más construcciones a menos de 71 metros del eje de la tubería y se encuentre$n% ocupada$s% por :1 o más personas por lo menos 2 días a la semana durante 01 semanas al a(o. c% #uando eista un área al aire libre bien definida a menos de 011 metros del eje del gasoducto y ésta sea ocupada por :1 o más personas durante su uso normal, tal como un campo deportivo, un parque de juegos, un teatro al aire libre u otro lugar p;blico de reuni'n. d% #uando se tenga la eistencia de áreas destinadas a fraccionamientos o casas comerciales, en donde se pretende instalar una tubería a menos de 011 metros, a;n cuando al momento de su construcci'n, solamente eistan edificaciones en la décima parte de los lotes adyacentes al trazo.
e% #uando el gasoducto se localice en sitios donde a 011 metros o menos aya un tránsito intenso u otras instalaciones subterráneas $gasoductos de agua, eléctricos, drenajes, entre otros.%, en el entendido de que se considera tránsito intenso un camino o carretera pavimentada con un flujo de :11 o más veículos en una ora pico de aforo. Clase de &ocalización ,) #orresponde a la tubería que en su área unitaria se
encuentran edificios de A o más niveles contados desde el nivel de suelo, donde el tráfico sea pesado o denso6 o bien, donde eistan numerosas instalaciones subterráneas.
#uando eista un grupo de casas o edificaciones cercanas a la frontera que divide dos #lases, las áreas unitarias se deben ajustar considerando el nivel de seguridad más crítico $#lases% etendiéndose :11 metros desde el ;ltimo edificio del grupo más pr'imo a la siguiente área unitaria de menor nivel de seguridad, siguiendo el eje de la tubería, y que cumpla con los requerimientos del correspondiente nivel de seguridad. Para gasoductos cuya longitud sea menor que 0<11 metros $0 milla%, la clasificaci'n será asignada de acuerdo a la que corresponda a un gasoducto de 0<11 metros $0 milla% de longitud que atraviesa la misma área.
5.
Diseño de la tuber-a) -sta es la etapa critica de un proyecto de creaci'n de
un gasoducto, pues se debe velar que el gasoducto sea adecuados para la seguridad p;blica bajo todas las condiciones que se encuentran en la industria del gas sin descuidar la funcionalidad y rentabilidad del proyecto.
Para el dise(o de una tubería se considera) •
&a presi'n de dise(o para cada una de las clases de localizaron.
•
#álculos para el control de Bractura y @etenci'n.
•
#álculos para control de Bractura Brágil
•
#álculos para la detenci'n de Bracturas @;ctiles
•
#álculos para la elaboraci'n de detenedores 4ecánicos de !rietas
•
@eterminaci'n de requerimientos adicionales para el espesor nominal de
pared para) los factores de dise(o +B y las #lase de &ocalidades, #onjuntas Babricadas, &íneas de @uctos o &íneas Principales sobre Puentes, Protecci'n de @uctos y &íneas Principales de los Peligros. •
@eterminaci'n de requerimientos de #obertura, >olgura y -ncamisado para
@uctos de 5cero y &íneas Principales -nterradas) •
#onsiderar olgura entre ductos o líneas principales y otras estructuras
subterráneas •
Cequerimientos de -ncamisado ?ajo Berrovías, #arreteras, #aminos o
#alles.
Etapas de la "ase de Construcción de . #asoducto)
a)/ Despeje: -l proceso de despeje de la servidumbre de tendido de tubería
depende del tipo de suelo, de la topografía, del uso del terreno, tipo de vegetaci'n, máquinas a utilizar, etc. -sta tarea es la primera agresi'n real al medio y una de las que causa mayor perturbaci'n de la superficie. &a tarea comprende, entre otros pasos los siguientes)
0.*Cemoci'n de la capa vegetal, lo que puede producir problemas de erosi'n de la superficie, especialmente en pendientes pronunciadas. -n aquellos casos en que no sea necesario el retiro de la capa vegetal se deberá trabajar sobre ella ya que mejora la futura revegetaci'n.
:.*#ambios topográficos que pueden variar los escurrimientos superficiales del terreno.
=.*/alado de árboles. -ste es un aspecto importante al atravesar una zona boscosa, ya que se deberá tener un respeto especial por los ejemplares de gran tama(o o aquellos cuya especie se encuentre en peligro de etinci'n. -ste recurso deberá manejarse con criterio conservacionista y comercial a la vez, por lo que se
deberá efectuar cortes en largos normalizados y obtener un aprovecamiento econ'mico de los mismos, así como disponer correctamente los despuntes, que pueden ser aprovecados como colc'n sobre pendientes con falta de vegetaci'n. &a aplicaci'n de técnicas inadecuadas, puede generar da(os mayores a los necesarios y no permitir el aprovecamiento econ'mico de la madera, de la zona afectada.
b)/ Transporte . tendido de tuber-a: &as mayorías de las veces la tuberías es
transportada en camiones de alto tonelaje. -l acopio de la tubería se realiza en las empresas proveedoras, para posteriormente ser trasladada a las fuentes de trabajo utilizando las diferentes vías de acceso disponible al área del proyecto. 3na vez llegada a la zona serán descargadas las tuberías por medio de gr;as, la descarga se efectuará tubo a tubo sobre soportes de madera para así evitar cualquier da(o al tubo, de esta manera los tubos serán acomodados linealmente paralelos a la zanja con el fin de facilitar su instalaci'n.
c)/ Doblado0 alineación . soldadura: &a tubería será colocada siguiendo el perfil
de terreno aproimadamente6 para ello se requerirá el doblado previo a la instalaci'n, el doblado se realiza en fri', teniendo cuidado que el tubo no se deformen o se formen arrugas en el doblez, debiendo conservar las dimensiones de secci'n después de ser doblado, evitando cortes o sobrantes de tubería innecesarios. -n cuanto a la alineaci'n se realizará en frío, fijando la tubería temporalmente con grapas internas o eternas. Seguidamente se procederá a soldar los tubos, iniciando con algunos puntos de fijaci'n, luego un pase de fondeo y uno caliente, para seguir con los pases de relleno y de presentaci'n. /erminando cada uni'n se procederá a la revisi'n de la calidad, por simple inspecci'n y con pruebas de soldaduras, por tanto se realizará control radiográfico asta el 0118 de las uniones soldadas, y en caso necesario reemplazar o reparar las uniones que se encuentren defectuosas, dico procedimiento se efectuará a lo estipulado en el c'digo 5S4- y el estándar 5PD E 001A.
d)/ pertura de la 1anja: -sta labor se realiza una vez se defina el sector del
dereco de vía sobre el cual quedará localizada la tubería, para tal efecto se demarcará el eje de la tubería con cal, con el fin de que los operadores de la retroecavadoras tengan un trazado guía, es importante resaltar que la zanja donde se alojará la tubería, debe tener el anco y profundidad de acuerdo con su diámetro.
e)/ 2ajado . Tapado de la Tuber-a: 5ntes de iniciar el bajado y tapado de la
tubería dentro de la zanja, se efectuará una limpieza de la misma, retirando los objetos etra(os, fragmentos de suelo o roca, etc. @urante las maniobras de bajado, se evitará someter la tubería a golpes o fricciones contra las paredes de la zanja, los cuales pueden da(ar el recubrimiento, por esto, es conveniente proteger la tubería con láminas contracapada, cartones corrugados.
f)/ Prueba Hidrost!tica . de tensión) -sta prueba se realizará como
procedimiento de control de la calidad de la tubería, lo cual garantizará que no se presenten pérdidas por soldaduras deficientes en la tubería. -sta actividad consistirá en llenar el tubo con agua que debe estar neutra y libre de partículas y someterlo a alta presi'n para identificar fugas o pérdidas de presi'n dica prueba se realiza cumpliendo con el procedimiento correspondiente6 fluido y presi'n específica durante :A oras.
Se debe probar la resistencia de los ductos y líneas principales para operar a tensiones de aro de =18 o 4ás de la mínima tensi'n de fluencia especificada de la tubería.
/ambién es necesario probar la resistencia de ductos y líneas principales que operen a menos del =18 de la mínima tensi'n de fluencia especificada de la tubería, aunque en eceso de 011 psi.
Se debe revisar e implementar pruebas de fugas para ductos o líneas principales que operen a 011 psi o 4ás.
g)/ 3econformación del Terreno: 3na vez tapada la zanja, se procederá a
ejecutar las medidas conducentes a la recuperaci'n de las áreas de trabajo, con el fin de dejarlas en las mismas condiciones en que se encontraban antes de iniciar las labores constructivas, es decir, buscar, en lo posible, que el uso del suelo en las áreas intervenidas sea igual al que tenía antes de la instalaci'n del gasoducto.
4)/ &impieza . secado: &a tarea de limpieza, normalmente es la etapa final del
proceso de construcci'n. -n este paso, se deben retirar todos los elementos sobrantes en la servidumbre de tendido de tubos $escombros, desecos metálicos, estructuras auiliares y otros%. /ambién es responsabilidad en el momento de la limpieza la revegetaci'n de la zona afectada, prestando mayor atenci'n en pendientes y terrenos fácilmente erosionables. Se debe además reconstituir en lo posible la topografía y paisaje de la zona de trabajo a fin de no variar el escurrimiento natural del terreno $reponer relleno de zanja en caso de asentamiento ecesivo o retirar el material sobrante que produce un efecto de corona%. Ftro punto en el que se debe prestar mayor atenci'n, es en el retiro de los restos de combustibles, lubricantes, insecticida y todo tipo de producto químicos en la zona.
i)/ Prueba funcional de e5uipo . sistemas: #omo una parte de la puestas en
marca de las instalaciones se debe acer una prueba final, todo monitor del gasoducto y de la estaci'n de compresi'n así como todos los equipos de control y sistemas, deberán allarse plenamente probados, especialmente incluyendo los sistemas de seguridad tales como los seguros de traba de las trampas de cancos, sistemas de monitoreo de presi'n y de flujo, y sistemas de paro de emergencia de gasoducto. @ebe también considerarse en acer una prueba final de las válvulas del gasoducto antes de que se introduzca el gas, para
