transporte del gas natural por tuberías

7/26/2019 Transporte Del Gas Natural Por Tuberas

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Transporte del gas natural por tuberas

La tcnica del transporte por tuberas fue introducida en 1920 cuando surgi la

soldadura elctrica y fue posible la produccin de tubos de acero sin costura de

gran fortaleza permitiendo la transmisin de volmenes de gas a altaspresiones (>1200 lpca! "ste medio de transporte redu#o dr$sticamente sus

costos y lo %izo competitivo frente a otros combustibles y as& a partir de 19'1&

se construyeron sistemas de transmisin de larga distancia! "n la industria del

gas& al igual ue la del petrleo& la longitud& el di$metro y la capacidad de los

gasoductos son respetables! )ientos de *ilmetros& cientos de milmetros de

di$metro y millones de metros cbicos diarios de capacidades es la principal

tarea de la instalacin de un gasoducto!

"l gas natural se transporta desde los yacimientos en e+tensos gasoductos

subterr$neos ue se llaman tuberas de transmisin! "l gas via#a por la tubera

maestra a ciudades y centros poblados! ,esde la tubera maestra& el gas

natural se transporta %asta su %ogar o empresa a travs de tuberas de servicio

ue llegan al medidor de gas!

Sistema de transporte de gas natural

-n sistema de transporte de gas natural est$ conformado por un con#unto de

instalaciones y euipos necesarios para el mane#o de gas desde su e+traccin

%asta los sitios de utilizacin! "l gas es transportado a travs de tuberas

denominadas gasoductos& tambin conocidas como lneas de distribucin y

recoleccin de gas& cuyos di$metros dependen del volumen de gas a transferir

y la presin reuerida de transmisin& su longitud puede variar de cientos de

metros a miles de *ilmetros& dependiendo de la fuente de origen& y el ob#etivo

a donde debe ser transportado!

Los gasoductos& transportan el gas natural desde el pozo de origen %asta las

plantas de e+traccin y fraccionamiento& desde donde luego de su

procesamiento para des%idratarlo y recuperar los %idrocarburos luidos& all

ueda el metano como gas residual& el cual es comprimido y entra a los


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sistemas de transmisin para ser despac%ado al consumidor industrial y

domstico! "+isten tres tipos b$sicos de gasoductos.

a Los sistemas de recoleccin:los sistemas de recoleccin son un con#unto de

tuberas ue recogen el gas de los pozos y lo transportan %asta la planta de

procesamiento u otros sistemas de separacin! "stos gasoductos cumplen la

funcin de transportar el gas desde el punto de origen usando tuberas de ba#a

presin y di$metro& desde unas 0&/ pulgadas ue conducen el gas desde el

pozo %asta las plantas de procesamiento!

"n esta fase& si el gas natural es asociado& las estaciones de u#o son

conectadas a los pozos con el ob#etivo de separar el gas del petrleo y otros

luidos! "l nmero de estas estaciones est$ en funcin de la e+tensin

geogr$ca del campo& debido a ue las distancias entre los pozos y sus

correspondientes estaciones deben permitir ue el u#o se efecte por la propia

presin de los pozos! "n este punto el gas recolectado en cada estacin se

mide y se recolecta para ser enviado a las plantas de tratamientos y

acondicionamiento& donde se remueve el agua& los gases $cidos& sedimentos&

los %idrocarburos luidos& entre otros!

b Los sistemas de transporte. estos gasoductos con di$metros desde 10

%asta m$s de ' pulgadas& conducen el gas a presiones de entre 200 y 1/00

lpca! "l transporte lo efectan desde el origen de su acondicionamiento por

valles& desiertos o monta3as a travs de la geografa de las naciones %asta

llegar a las puertas de la ciudad& donde residen las $reas de su demanda! Los

sistemas de transporte de gas por redes y tuberas cada da se %acen m$s

necesarios& sobre todo cuando el uido ser$ transportado a grandes distancias!

"n la gura 4!1 se presenta un gasoducto& ue es la forma m$s apropiada para

transporta gas a largas distancias!

La construccin de un gasoducto& tiene ue cumplir con todas las normas

tcnicas y ambientales establecidas& no solo por las leyes y normas nacionales&

sino tambin por las normas internacionales& tambin tiene responder a todas

las normas de seguridad establecidas!


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Las tuberas se construyen en diversos materiales en funcin de

consideraciones tcnicas y econmicas! 6uele usarse el %ierro fundido dctil&

acero& cobre& plomo& %ormign& polipropileno& 7olicloruro de vinilo (78)&

7olietileno de alta densidad (7"5,& entre otros!

Los gasductos est$n %ec%os de tubos de acero para ductos de diferentes

grados& los aceros de mayor resistencia se conocen por su grado (numero y

por su resistencia a la uencia mnima especca (en lbf:pulg2 + 1000& e#em. el

0 es un tubo con una ;esistencia


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Tubos de ierro d!ctil. a menudo& las tuberas de agua& gas y drena#e

se %acen con %ierro dctil debido a su resistencia& ductilidad y relativa

facilidad de mane#o! Ba sustituido al %ierro for#ado en muc%as

aplicaciones! Cunto con los tubos& se proporcionan conectores est$ndar

para la instalacin adecuada de la tubera& ya sea subterr$nea o no! 8arias

clases de tubos de %ierro dctil est$n disponibles para su uso en sistemas

ue mane#an un intervalo de presiones! Los di$metros reales interno y

e+terno son mayores ue los tama3os nominales!

"ota:se recomienda leer la norma 57D /l ("speci1cacin para tubera de lnea

#lu$o de gas por tubera

)onsiderando un tramo de tubera entre dos secciones cualesuiera& ue son

normales a las paredes del tubo! "l u#o entre esas dos secciones reuiere

cumplir tres condiciones bien especcas.

1! Eo %ay traba#o sobre el uido por medios e+ternos

2! "l u#o se considera permanente o constante es decir ue el mismo peso

de gas a la entrada es el mismo peso de gas a la salida

'! Los gases se e+presan en trminos volumtricos& m$s ue por pesoF

posteriormente se introducen los factores de conversin de peso a

volumen!

5simismo& para el transporte de gas entre dos puntos se establecen tres

asunciones o condiciones ue permiten realizar un estudio con alta precisin y

e+actitud sobre los procesos& y son las siguientes.

1! El #lu$o de gas ocurre ba$o condiciones isot%rmicas: la temperatura

del gas coincide con la de la tubera y como las tuberas de gas natural

usualmente se instalan enterradas& la temperatura del gas ue uye no se

afecta apreciablemente por cambios r$pidos de la temperatura

atmosfrica! Los cambios de temperatura del gas usualmente son

estacionales y las observaciones simult$neas de temperatura en las


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secciones de entrada y salida del tramo de tubera son generalmente las

mismas!

2! El comportamiento del gas est regido por la Le& de 'o&le:la ley

establece ue a temperatura constante el volumen ocupado por un gas es

inversamente proporcional a la presin absoluta!7ero& es necesario tener

en cuenta ue los gases reales no cumplen estrictamente la ley de ?oyle!

"sta desviacin& para el caso del gas natural es de gran importancia a

altas presiones y depende tanto de la composicin umica del gas natural

como de las condiciones de presin y temperatura ba#o las cuales se

encuentran!

'! La Tubera de transporte del (uido es orizontal. los cambios de

elevacin a lo largo de una tubera rara vez son muy grandes y su efecto

en el c$lculo del u#o de gas usualmente es despreciable! "l peso

especco del gas natural ba#o las presiones ordinarias en las tuberas es

peue3o comparado con el de los luidos y en la mayora de condiciones

las diferencias de energa potencial del gas debido a diferencias de

elevacin tienen un peue3o signicado relativo!

Ecuacin general de (u$o de gas

5 partir de la ecuacin general de u#o de gas

Qh=(1,6156 ) Tb

Pb (P1

2P

2

2 )d5

Tf L f

(4!1

,onde.

G%H Iasa de u#o& en pies cbicos por %oras a I by 7b

Ib H Iemperatura base& (J;& normalmente /20 J;

7bH 7resin base& lpca

71H 7resin de entrad al sistema considerado& lpca

72H 7resin de salida del sistema& lpca

d H ,i$metro interno de la tubera& en pulgadas


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H Kravedad especica del gas& adimensional

IfH Iemperatura de u#o& J;

L H Longitud de la tubera& millas

f H coeciente de friccin& adimensional

KK! ilson dedu#o la siguiente ecuacin basado en la primera ley de la

termodin$mica!

Q=C Tb

Pb (P1

2

P2

2 ) d5

Tf L f Z p

(4!2

,onde.

) H 1&1/F adimensional

MpH =actor de compresibilidad promedio& adimensional

Cada de presin

6e dene como la diferencia de presin ue e+iste entre un punto uno y un

punto dos es decir& la resistencia al u#o ue e+perimenta un uido a travs de

un $rea trasversal y una longitud (L! La ingeniera del transporte de gas

natural en largas distancias& a travs de tuberas& necesitan conocer frmulas

de u#o para calcular los reuerimientos de capacidad y presin! La cada de

presin se puede determinar por varios mtodos o modelos a continuacin& se

describen las correlaciones m$s utilizadas para determinar la cada de presin

en un uido bif$sico.

Correlacin de)e&mout


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I%om$s ;! eymout%fue uno de los primeros en desarrollar una ecuacin para

el u#o de gas& ue permitiera calcular razonablemente el di$metro reuerido

de tubera de gas& dic%a ecuacin fue deducida a partir de datos operacionales!

"s importante destacar ue la ecuacin %a sido probada y muc%as personas

%an propuesto modicaciones y diferentes tcnicas de aplicacin ue %an ido

me#orando su e+actitud y utilidad!La ecuacin de eymout% es utilizada para

auellas tuberas cuyos di$metros sean menores de doce pulgadas y presiones

ba#a& sin embargo no se considera resultados conables cuando la tubera

presenta corrosin!

"cuacin general.

667,2

5,02

2

2

1

...5,433 d

ZTLS

pPE

P

TQ

promprommb

b

=

(4!'

,onde.

G. tasa de u#o de gas& 7):s!

Ib. temperatura base absoluta& N;!

7b. presin base absoluta& lpcm!

71. presin de entrada& lpcm!

72. presin de salida& lpcm!

6. gravedad especca de gas! (5ire H1& adimensional!

Lm. longitud de la tubera& millas!


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Iprom. temperatura promedio& N;!

sal idaentradaprom TTT +=!

Mprom. factor de comprensibilidad promedio!

d. di$metro interno de la tubera& pulg!

La ecuacin de eymout% evala el di$metro en funcin de la friccin

entonces se tiene.

3/1

008,0

dff =

(4!4

,onde.

ff. factor de friccin de =anning!


Correlacin de *anandle A

"sta ecuacin se %a considerado una de las de mayor uso en la industria del

gas& ella al contrario de la ecuacin de eymout%,se puede usar para auellas

tuberas cuyas di$metros sean mayores a doce (12 pulgadas y longitudes

apreciables& donde la tasa de u#o pueda variar notablemente por lo ue

cualuier error ue se cometa en los c$lculos de algunos par$metros afectaran

en la medicin del gas! Eormalmente& para esta ecuacin se toma en


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consideracin el numero de ;eynolds en funcin del factor de friccin& ya ue a

altas presiones y grandes di$metros el u#o es turbulento& unas de las

consideraciones de la ecuacin de 7an%andle es ue si el u#o no es

completamente turbulento puede dar buenos resultados en tuberas con

corrosin& presencia de luido cuando %ay muc%os cambios en la direccin del

u#o!

"cuacin general.

6182,2

5392,02

2

2

1

0788,1

...87,433 d

ZTLS

pPE

P

TQ

promprommb

b

=

(4.5)

,onde.









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sal idaentradaprom TTT +=!



"l factor de friccin se e+presa en funcin del nmero de ;eynolds!

07305,0

211,71

=dQS

f

(4!

,onde.

f1

. factor de transmisin!


6. gravedad especca de gas& (5ire H1& adimensional!


"l nmero de ;eynolds se determina mediante la siguiente ecuacin.


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=d

SQ.934,1Re

(4OP

,onde.

;e. nmero de ;eynolds!


6. gravedad especca de gas& (5ire H1& adimensional!


6ustituyendo la "c! (4!P en "c! (4! se tiene.

( ) 07305.0Re872,61 =f

(4!A

,onde.

f1




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Correlacin de *anandle '

"cuacin general.

53,2

51,0

961.0

2

2

2

1

02,1

.).(737 d

ZTLS

pPE

P

TQ

promavgmb

b

=

(4!9

,onde.









sali daentradaprom TTT +=!




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"l factor de friccin se e+presa en funcin del nmero de ;eynolds!

01961,0

70,161

=d

QS

f

(4!10

,onde.

f1

. =actor de transmisin!




6ustituyendo la "c! (4!P en "c! (4!10 se tiene.

( ) 01961,0Re49,161 =f

(4!11

,onde.

f1




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Ecuacin del +,T

"l Dnstituto de Kas de Iecnologa de )%icago (DKI por sus siglas en ingls

propuso la siguiente ecuacin.

?asado en la propuesta de la ecuacin del factor de friccin e+presado por.

(4.11)

> sustituyendo esta en la ecuacin general para la tasa de u#o

(4!12

Luego se tiene ue.

(4!1'


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'ases de dise-o

Las tuberas se dimensionan para un u#o de dise3o igual al valor m$+imo

estimado del u#o de gas ue contengan!

La seleccin del di$metro de la tubera debe satisfacer la Eorma 7,865

901!1!024 y la 56


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,eber$ proveerse v$lvulas para el aislamiento a cada instrumento de

campo ue lo amerite (manmetros& registradores& interruptores de

presin y otros para permitir y facilitar las labores de mantenimiento!

Iodas las se3ales de paro electrnicas& y en general los sistemas de

proteccin& deber$n ser concebidos ba#o un esuema de falla segura

(circuitos normalmente energizados e instrumentos de proteccin

neum$ticos e %idr$ulicos normalmente presurizados& de forma tal ue se

garantice la activacin de la secuencia de paro de las unidades ante una

condicin de anormalidad& bien sea en el proceso o por mal

funcionamiento de la instrumentacin!

"n caso de falla del suministro de gas o de la energa elctrica& los

dispositivos de regulacin y proteccin deber$n adoptar una posicin ue

origine el paro seguro de las unidades!

6e deber$ colocar mensa#es de proteccin en los euipos o $reas donde

e+ista amenaza o riesgo para el personal de mantenimiento y

operaciones!

6e deber$ proveer la adecuada y suciente instrumentacin para permitir

una f$cil operacin& control y supervisin de los procesos! Los

instrumentos asociados a protecciones deber$n estar conectados a su

propia toma de proceso& y deber$n ser completamente independientes de

las se3ales de los instrumentos para control y preOalarmas!

Las tuberas de proceso deber$n estar provistas de indicadores locales de

presin!

Ioda la instrumentacin de campo ser$ electrnica de caractersticas para

transmisin de se3ales analgicas& discretas y:o binarias!


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Los materiales y la construccin de las partes de instrumentos y

accesorios ue puedan entrar en contacto con el medio del proceso

deber$n ser apropiados para dic%a aplicacin!

Sistemas de tuberas

Tuberas en serie

6e %abla de tuberas en serie cuando se uiere llevar el uido de un punto a

otro punto por un solo camino!

#igura./0/ Tuberas en serie

Tuberas en paralelo

6e %abla de tuberas paralelo cuando se establecen varios caminos para llevar

el uido de un punto a otro!

#igura./1/ Tuberas en paralelo


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)uando e+ista una o m$s construcciones a menos de 90 m del e#e de la

tubera y se encuentren ocupadas por veinte o m$s persona por lo

menos cinco das a la semana durante diez semanas al a3o!

)uando e+ista un $rea al aire libre bien denida a menos de 100 m del

e#e del la tubera y sta sea ocupada por veinte o m$s persona durante

su uso normal& tal como un campo deportivo& un parue de #uegos& un

teatro al aire libre u otro lugar pblico de reunin!

)uando se tenga la e+istencia de $reas destinadas a fraccionamientos o

casas comerciales& en donde se pretende instalar una tubera de 100 m

an cuando al momento de su construccin& solamente e+istan

edicaciones en la dcima parte de los lotes adyacentes al trazo!

)uando la tubera se localice en sitios donde a 100 m o menos %aya un

tr$nsito intenso u otras instalaciones subterr$neas (tubera de agua&

elctricos& drena#es& etc!& en el tendido de ue se considera tr$nsito

intenso un camino o carretera pavimentada con un u#o de dos ciento o

m$s ve%culos en una %ora!

Clase de localizacin .: )orresponde a la tubera ue en su $reaunitaria se encuentran edicio de cuatro o m$s niveles contando desde el

nivel del suelo& donde el tr$co sea pesado o densoF o bien& donde e+istan

numerosas instalaciones subterr$neas! )uando e+istan un nmero de

casa o edicaciones cercanas a la frontera ue dividen dos clase& las

$reas unitarias se deben a#ustar considerando el nivel m$s critico (clases


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e+tendindose 200 m desde el ltimo edicio del grupo m$s pr+imo a la

siguiente $rea unitaria de menor nivel de seguridad& siguiendo el e#e de la

tubera& y cumpla con los reuerimientos del correspondiente nivel de

seguridad!

Tabla "6 ./0 #actor de Dise-o por *resin +nterna 78Dis9/

Clasi5cacin por clase de

localizacin

#actor de Dise-o

78Dis9

Clase 3 ;

Clase . ;.

*resin de dise-o: la presin de dise3o para los sistemas de tubera de gas o

el espesor nominal de la pared se deber$n determinar mediante la siguiente

ecuacin! (56


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,onde.

7. presin de dise3o& lpcm!

,. di$metro nominal e+terior de la tubera& pulg!

t. espesor de la pared de acero del tubo& pulg!

66. esfuerzo de uencia mnimo especicado para tubera de acero&

lpcm!

fcp. factor de capacidad permisible por presin interna!

"l factor de capacidad permisible (fcp se determina de la siguiente manera.

Efff TEMPDiscp ..=(4!1

,onde.

=,is!. factor de dise3o por presin interna& (ver tabla EN 4!2!

fI"


23/40

#actor de dise-o

78TEM*9

6C 6#

303 o menos 2/0 o menos 3;

3.? '00 ;?=

transporte del gas natural por tuberías

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