tema 4.2-sistemas de tuberias para transporte.ppt
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SISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE
GAS NATURAL
La distribución de gas natural desde los centros de producción: pozos de extracción o plantas de regasificación, hasta los diferentes centros de consumo, requiere la instalación de una red de tuberías, tendidas sobre y bajo tierra, que lo transporte hasta las distintas regiones y lo distribuya después en cada región hasta los puntos de consumo. Antes de la distribución se hace una purificación necesaria, que nos hace ver que además del propano y butano, valiosos desde del punto de vista de la industria, el gas natural crudo contiene H2O, CO2 y H2S; los cuales se eliminarán antes de colocar el gas en las líneas de transmisión.
INTRODUCCION
INTRODUCCION
Cadena del Gas Natural
INTRODUCCION Sistema de transporte y distribución de gas natural
El cálculo hidráulico y dimensionamiento de redes es uno de los problemas que se dan en refinería y plantas similares y en el sistema de distribución domiciliaria. El costo que supone este transporte puede llegar a ser un a partida presupuestaria muy importante no en vano, los sistemas de tuberías representan aproximadamente en una planta el 30% del costo del material, el 30-40% del trabajo del montaje , el 40-50% de horas hombre de ingeniería y el 60% del volumen del material de la planta.
INTRODUCCION
Los sistemas de distribución y transporte de gas natural, se caracterizan porque estos sistemas pueden formar sistemas de tuberías en: serie, paralelo, ramificado y redes de tuberías propiamente.
• Los sistemas de distribución domiciliaria e industrial (a quemadores), manejan una presión de hasta 60 psig.
• Los sistemas de transporte generalmente manejan presiones altas (hasta 1000 psig) y estos son propios de los gasoductos.
Los sistemas de transporte y distribución de gas están constituidas por una serie de elementos llamado líneas, a través de las cuales circula gas (tuberías, estaciones de compresión, válvulas de regulación, control y almacenamientos) .
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN
Características del Sistema de Distribución de Gas Natural
Alta Presión B P≤16 bar
Alta Presión A 4 bar ≤ P < 16 bar
Media Presión B 0.4 bar ≤ P < 4 bar
Media Presión A 0.05 bar ≤ P < 0.4 bar
Baja Presión P<0.05 bar
Ecuación de Continuidad:Flujo másico:
m = m1=m2=m3
m = oQ1 = o Q2 = o Q3
Flujo volumétrico :Q = Q1= Q2 = Q3 ; En condiciones standar a Po y
To
SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE
P1
P2
L1,D1
m1,Q1
L2,D2L3,D3
m2,Q2 m3,Q3BA
Ecuación de Flujo:Ecuación analítica:
Ecuación Semiempírica:
SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE
P1
P2
L1,D1
m1,Q1
L2,D2L3,D3
m2,Q2 m3,Q3BA
1/ 22 2
21 2
1
2
( )
21
ln2 i
M P Pg zm ZRT
A Lf kD
2 21 2 ; Ecuación general
aSbP e P
Q C DL
2 2
1 2
1 1; donde: ; ;
nS
m n
KLQ bP e P n m K
D a a C
Para ecuaciones Analíticas de Flujo:Condición: hp Tub1= hpTub2
SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE CRITERIO LONGITUD EQUIVALENTE
ºP1 P2
L1,D1L2,D2
P1 P2
m1,Q1 m2,Q2
2 21 1 2 2
1 21 22 2
L v L vf fD g D g
5
22 1
1
DL L
D
Para ecuaciones Semiempíricas de Flujo:
Condición: 2 2 2 21 2 1 21 2Tub TubP P P P
1 1 2 2
1 2
n n
m m
KLQ KL Q
D D
22 1
1
mD
L LD
m=b/a depende de la ecuación de flujo semiempírica
SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE CRITERIO LONGITUD EQUIVALENTE
Ejemplo: Exprese el siguiente sistemas de tubería a una tubería equivalente de 4”
1 3 2 8”, 5000 pies 4” , 3000pies 6”, 6000 pies
Ecuaciones Analíticas:LTOTAL= L1eq + L2 + L3eq = L1(D2/D1)5 + L2 + L3(D2/D3)5
LTOTAL= 5000 (4/8)5 + 3000 + 6000 (4/6)5
LTOTAL= 3946, 37 pies de tubería de 4” de diámetroEcuaciones Semiempíricas: Aplicando ecuación de Weymouth: m=5.334
LTOTAL= L1eq + L2 + L3eq = L1(D2/D1)5.334 + L2 + L3(D2/D3)5.334
LTOTAL= 5000 (4/8)5.334 + 3000 + 6000 (4/6)5.334
LTOTAL= 3814.01 pies de tubería de 4” de diámetroUna vez hecha esta conversión se puede trabajar como si fuese una sola tubería de 4”
Ecuación de Continuidad:Nodo A:
m3 = m1+m2
oQ3 = oQ1 + oQ2 Q3 = Q1 + Q2
Condición o Criterio de Tuberías en Paralelo:
SISTEMAS DE TUBERIAS EN PARALELO
Estación 1 Estación 2
L1,D1
m1,Q1
L2,D2
m2,Q2
L3,D3
m3,Q3P1 P2
A
1 11 2A ATub TubP P P P
Ecuación de Flujo:Ecuación analítica:
Ecuación Semiempírica:
SISTEMAS DE TUBERIAS EN PARALELO
1/ 22 2
21 2
1
2
( )
21
ln2 i
M P Pg zm ZRT
A Lf kD
2 21 2 ; Ecuación general
aSbP e P
Q C DL
2 2
1 2
1 1; donde: ; ;
nS
m n
KLQ bP e P n m K
D a a C
Estación 1 Estación 2
L1,D1
m1,Q1
L2,D2
m2,Q2
L3,D3
m3,Q3P1 P2
A
Ecuación de Continuidad:Nodo C:
m4 = m1+m2 + m3
oQ4 = oQ1 + oQ2 + oQ3 Q4 = Q1 + Q2 + Q3
SISTEMAS DE TUBERIAS RAMIFICADAS
Planta deGas
Pozo A
Pozo B
Pozo C
C
D
L1 ,D
1m
1 ,Q1
L2,D2
m2,Q2
L3,D3
m3,Q3
L4,D4
m4,Q4
Ecuación de Flujo:Ecuación analítica:
Ecuación Semiempírica:
SISTEMAS DE TUBERIAS RAMIFICADAS
1/ 22 2
21 2
1
2
( )
21
ln2 i
M P Pg zm ZRT
A Lf kD
2 21 2 ; Ecuación general
aSbP e P
Q C DL
2 2
1 2
1 1; donde: ; ;
nS
m n
KLQ bP e P n m K
D a a C
Planta deGas
Pozo A
Pozo B
Pozo C
C
D
L1 ,D
1m
1 ,Q1
L2,D2
m2,Q2
L3,D3
m3,Q3
L4,D4
m4,Q4
La resolución de estos sistemas, se puede resolver por diferentes métodos como ser: Hardy – Cross, Newton – Rapshon, linearización y otros.
SISTEMAS DE TUBERIAS TIPO RED
A
B
C
D
1
25
4
3m,Q
mB,QB
mC,QC
mD,QD
III
CRITERIOS PARA LA RESOLOCION DE REDES
SISTEMAS DE TUBERIAS TIPO RED – METODO DE HARDY - CROSS
1. Caída de Presión. Considerando tubería horizontal, en ec. semiempírica, s=0
2 21 2
1 1; donde: ; ;
k
nn
km n
KLQ bP P r Q n m K
D a a C
2. Ley de Nodos. En condiciones estandar a Po y To
Qi=0 Donde: Qi= (+) salidas Qi= (-) entradas 3. Ley de Mallas ó Circuitos. :
2 21 2 0
i i
P P
2 21 2
i
i
nn
imi i ii i
KLQP P rQ
D
( )i
nirQ
( )i
nirQ
Sentido del FlujoDonde:
Ejemplo:Ley de Nodos
Ley de Mallas
SISTEMAS DE TUBERIAS TIPO RED – METODO DE HARDY - CROSS
CRITERIOS PARA LA RESOLOCION DE REDES
SISTEMAS DE TUBERIAS TIPO RED – METODO DE HARDY - CROSS
Condición Básica. Para cualquier tubería Q= Qo + Q Donde: Qo caudal supuesto Q Corrección del caudal (0)
Sentido del FlujoDonde:
1
1
1
1
m n
i oi oii
m n
i oii
rQ QQ
n r Q
Ecuación de Corrección del Caudal (Q).
1( )
i
n
i o oirQ Q
1( )
oi
n
i oirQ Q
Ejemplo:Ec. de Q :
SISTEMAS DE TUBERIAS TIPO RED – METODO DE HARDY - CROSS
1 1 1
1 1 1 3 3 3 2 2 2
1 1 2 1
1 1 2 2 3 3( )
n n n
o o o o o o
n n n
o o o
rQ Q rQ Q r Q QQ
n r Q r Q r Q
1 1 1
4 4 4 3 3 3 5 5 5
2 1 2 1
3 3 4 4 5 5( )
n n n
o o o o o o
n n n
o o o
r Q Q rQ Q rQ QQ
n r Q r Q r Q
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