proyecto gasoducto

Yobana Lucy Aruni Quispe Poliductos…

POLIDUCTO INCAHUASI - TARABUCO

1. INTRODUCCION. Uno de los principales objetivos dentro la industria petrolera ha sido el de encontrar la forma de abaratar costos para el transporte de los distintos productos derivados del petróleo siendo el método más efectivo el de transportar dichos productos a través de ductos cuya única labor es la de “transportar” los productos desde los centros de producción hacia las plantas de industrialización y de estos al consumo. Como sabemos existen diversos tipos de ductos siendo los más comúnmente utilizados los oleoductos, gasoductos y poliductos siendo este último en el cual basamos este proyecto, en cual se realizara el diseño de ingeniería para la construcción de un poliducto. Una vez concluido el diseño se realizara un estudio técnico-económico, para determinar la factibilidad y viabilidad del proyecto.

La elaboración de este proyecto se realizará bajo el estricto cumplimiento de normas internacionales de calidad, diseño y construcción, como son las ISO, ASTM, ASME, API, entre las principales.

Uno de los principales objetivos dentro la industria petrolera ha sido el de encontrar la forma de abaratar costos para el transporte de los distintos productos derivados del petróleo siendo el método más efectivo el de transportar dichos productos a través de ductos cuya única labor es la de “llevar” los productos desde los centros de producción hacia las plantas de industrialización y de estos al consumo. Como sabemos existen diversos tipos de ductos siendo los más comúnmente utilizados los oleoductos, gasoductos y poliductos siendo este último en el cual basamos este proyecto.

2. OBJETIVO El presente proyecto hace un análisis técnico y económico del tendido de un poliducto, en dicho poliducto se transportará básicamente tres productos diesel oil, gasolina y gas licuado de petróleo (GLP).

3. MARCO TEORICO.

A continuación nombraremos de forma clara y concreta los principios, tipos y mecanismos usados el diseño de ductos en general. 3.1. Diámetro interno de la tubería

Antes de la realización de cualquier tipo de operación debemos realizar el cálculo del diámetro interno de la tubería el cual esto en función del

1


espesor de este y de su diámetro externo, esto lo calculamos mediante la siguiente ecuación:

ID OD(2t)

Donde: ID : Diámetro interno (pulgadas) OD: diámetro externo (pulgadas) t : espesor de la tubería (pulgadas) 3.2. Regímenes de flujo

Se distinguen principalmente dos tipos de flujo: laminar y turbulento a pesar que en la industria petrolera encontramos flujos intermedios denominados críticos, en el flujo laminar las capas adyacentes del fluido se deslizan suavemente entre sí mientras que para altos valores de flujo o cuando las superficies que lo limitan causan cambios abruptos en las velocidades el flujo se hace más irregular por lo que se denomina a este flujo turbulento.

Régimen de flujo Petroleum

Transportation Handbook Bell

Moody

Laminar 0 - 1000 0 - 2000

Crítico 1000 - 2000 2000 – 3000

Turbulento 2000 a adelante 3000 a delante

Para determinar que tipo de flujo es que pertenece un fluido tenemos lo que se conoce como el número de Reynolds cuya ecuación es la siguiente:

d vS R

Donde:

R : Número de Reynolds (adimensional) d : diámetro de la tubería (pies) v : velocidad del fluido (pies/seg) S : gravedad específica

: viscosidad absoluta (lbmol/pie-seg)

Dentro la industria petrolera el número de Reynolds sufre un cambio debido a que transformamos las unidades para aplicarlos con lo datos que contamos en campo:

2


B

R2214 d

Donde:

R : Número de Reynolds (adimensional) B : caudal (BPH) d : diámetro (pulgadas) : viscosidad cinemática (centistokes)

3.3. Factor de fricción

Depende del número de Reynolds y de las características de la rugosidad de la tubería experimentos de laboratorio determinaron que para el flujo laminar este factor depende solamente del número de Reynolds y que para el régimen turbulento este depende de la rugosidad relativa, el factor de fricción puede determinarse por la siguiente ecuación:

e 106 1/ 2

f 0.00551 20000 d R

Donde: f : Factor de fricción e/d: rugosidad relativa R : número de Reynolds 3.4. Perfil hidráulico

Es aquel que muestra la presión de carga en cualquier punto a lo largo de la tubería, el declive de este punto determina la caída de presión por unidad de longitud, además debemos tomar en cuenta el perfil topográfico el cual establece las presión estática sobre las estaciones de bombeo siendo el lugar donde se produce la intersección entre el perfil hidráulico y el topográfico llega a ser la ubicación teórica de la estación de bombeo

3.5. Carga estática

También conocida como presión estática expresada en metros es la carga que se debe considerar en el diseño de la presión o carga de la bomba ya

3


que si el perfil topográfico presenta alguna elevación la bomba debe tener la suficiente capacidad para vencer esta carga estática (cerro, colina, montaña) y si por el contrario en el perfil topográfico existiese una depresión la carga estática actuará favor de la bomba. Si bien la presión estática esta dada en metros podemos convertirla en unidades de presión (PSI) para poder realizar los cálculos respectivos:

P 0.4333.281SH

Donde: P : Presión estática (PSI) S : gravedad específica

H : altura esptática (mts)

3.6. Pérdidas por fricción

Cuando un fluido se mueve a través de un conducto se produce una pérdida de energía la cual ocurre por le impacto de las partículas del fluido con las paredes del tubo así como las partículas del fluido entre sí eso también se traduce a una pérdida por fricción. Para los dos tipos de flujo se tiene las siguientes ecuaciones de pérdida de fricción mostradas en la siguiente tabla:

FLUJO AUTOR Ecuación para hallar

cíada de presión

LAMINAR Poiseville

BP1.008 4S d

Heltzel

B1.735

P1.650 4.735 0.265 S d

Blassius

B1.750 0.250 S P1.635 4.750 d

División Transportes

B1.791 0.209 S P1.405 4.791 d

Donde: P : caída de presión (PSI/milla) B : caudal (BPH) : viscosidad cinemática (cstk)

4

TU

RBU

LEN

TO


d : diámetro (pulgadas) S : densidad relativa

Una vez obtenido este valor de la caída de presión podemos calcular el valor de la presión de fricción mediante la ecuación:

Pf PL

Donde: Pf : presión de fricción (PSI) L : longitud de la tubería (millas) 3.7. Presión de descarga

La cual es función de la tensión de vapor de los líquidos a transportar teniendo especial cuidado con el GLP ya que si se llega evaporar una porción se tendrá problemas con la bomba como la cavitación. Esta presión de descarga será la presión con la que llegarán los productos a la terminal del ducto porque será usado para llenar los tanques de almacenaje.

3.8. Carga total de la bomba

La presión total es la suma algebraica de la presión estática en el caso que se tratase de una elevación y de la resta si se trata de una depresión más la presión de descarga y la presión de fricción, esta presión total puede denotarse de la siguiente manera:

PT Ps PBba Pf Pe P d

Donde:

PT : Presión total (PSI) Ps : presión de succión (PSI) PBba : presión de bomba (PSI) Pf : presión de fricción (PSI) Pe : presión estática (PSI) Pd : presión de descarga (PSI) Una vez ya visto lo referente a los conceptos básicos que se manejan en la construcción de ductos veremos los aspectos técnicos que deben tomarse en cuenta. 3.9. Clasificación de localidades Los poliductos pueden atravesar zonas pobladas, desérticas, selváticas; de acuerdo al tipo de región por donde pasen los poliductos se emplearan diferentes tipos de construcción en las cuales los esfuerzos de trabajo a la

5


tensión máxima permisible juegan un papel importante, la clasificación de las localidades es la siguiente.

a) Clase A La cual incluye terrenos baldíos, montañas, tierras de pastoreo y combinación de estas.

b) Clase B

Abarca áreas con grado de desarrollo intermedio ente las clases A y C bordeando áreas alrededor de ciudades o urbanizaciones.

c) Clase C Incluye áreas residenciales o comerciales con construcciones de tres o menos plantas.

d) Clase D Comprende áreas donde prevalecen construcciones de más de 4 pisos donde el tráfico vehicular y peatonal es denso y allí donde pueden existir numerosas utilidades en subsuelo.

3.10. Tubería de transporte

La calidad del acero empleado en la fabricación de tuberías radica principalmente en su composición química calidad que esta normada por la A.P.I. la cual recomienda el uso de aceros de horno abierto, aceros Bessemer y aceros obtenidos por procesos electrolíticos, las tuberías más usadas son:

• 5LX grado B • 5LX42 • 5LX46 • 5LX52 (tubería más usada en la industria petrolera) • 5LX60 • 5LX65

En el transporte de crudo y productos refinados que permiten esfuerzos de trabajo máximos a la tensión igual al 72% del esfuerzo de cedencia del material, al tratarse de transporte de gas natural la ASTM recomienda esfuerzos máximos de trabajo en función del esfuerzo de cedencia conforme al índice de población del área de trazo del ducto.

Tipo de construcción Esfuerzo máximo

permisible de cedencia

A

72 %

6


B 60%

C

50 %

D

40 %

3.11. Protección de la tubería

Es necesario tener muy en cuenta los factores que afectarán el trabajo normal de una tubería ya que por la elevada fricción que se tendrá ente las moléculas del fluido y la tubería en esta se presentan problemas principalmente con el espesor que se ira desgastando con el transcurrir del tiempo, además de tomar en cuenta los microorganismos existentes en la estructura geológica que en determinadas capas puede ser del tipo anaeróbico es decir que no necesitan de oxígeno para sus procesos metabólicos. Estos problemas pueden prevenirse llevando a cabo la siguiente protección de la tubería: • Revestimiento de la cañería o

Protección corrosiva o

Protección mecánica

• Protección catódica

3.11.1. Protecciion catódica.

Es un método eléctrico para combatir la corrosión en tuberías de acero, requiere el uso de corriente eléctrica para contrarrestar o cancelar la corriente generada por la corrosión entre el acero y el ambiente que lo rodea. Existen dos métodos de protección catódica: Método impressed current, necesita de una fuente de corriente directa (DC),

parecida a una batería común. Se conecta la terminal negativa en la tubería de acero y la terminal positiva en la superficie de la tierra por un electrodo, la tubería se convierte en un cátodo, recibiendo una corriente de 0.85 Volt. Regulada por un transformador.

Método sacrifical electrodes, consiste en colocar electrodos de magnesio o zinc entre la tubería y la tierra, creando una celda galvánica, donde el

7


3.12. Planificación y Construcción de poliductos

3.12.1. Procedimientos involucrados en la Planificación y Construcción de nuevos Gasoductos

Los procedimientos involucrados en la planificación y construcción de cualquier sistema de poliductos dependen de diversos factores incluyendo el material a transportar, la longitud de poliducto, el medio ambiente y el clima. Los siguientes pasos son realizados para la construcción de poliductos:

Paso 1.- Planificación preliminar: Determina el origen y destino del gasoducto, diámetro y tipo de tubería a ser usada, la longitud aproximada, velocidad de flujo, perdida de calor, consumo de potencia, costos, gastos de operación y otras consideraciones practicas. Todos los diseños y cálculos son realizados en la etapa preliminar y las aproximaciones. Una vez realizada la investigación preliminar confirma que el proyecto del poliducto es factible económica y prácticamente.

Paso 2.- Selección de Ruta.- La ruta del poliducto debe ser seleccionado y trazado en un mapa de ruta y en un mapa topográfico. Las fotografías aéreas y los estudios de la ruta del poliducto deben ser tomados para obtener la información necesaria para el diseño y preparación del mapa de ruta y las propiedades topográficas, las cuales son normalmente requeridas para una manera correcta de adquisición.

Además para el estudio de la ruta del poliducto se tomo en cuenta la disponibilidad de la ruta de acceso para el tendido de la línea (senda, derechos de vías, caminos, etc.), medios logísticos tanto para el traslado del material y personal durante la construcción del poliducto como también para el mantenimiento de la línea y además los siguientes puntos importantes.

1. Centros de consumo a lo largo de la ruta del poliducto. 2. La ruta más económica a Tupiza. 3. Evitar obstáculos naturales en zonas que presentan riesgos de

movimiento de tierra debido a derrumbes. Movimientos sísmicos y riesgos geológicos.

8

rroído.electrodo se convierte en el ánodo el cual es co


4. Evitar en lo posible atravesar. - Centros de cultivo. - Zonas de desarrollo previsto. - Zonas palúdicas. - Terrenos fangosos. - Zonas de valor arqueológico y turístico. - Zonas habilitadas. -

Paso 3.- Manera Correcta de Adquisición.- Se realiza a través de un proceso voluntario y negociación con los propietarios de las tierras por donde el poliducto necesita pasar, pagando una adecuada indemnización por los daños ocasionados en el caso de tierras de cultivo, u otros. En el caso de tierras del estado, debe realizarse a través del gobierno departamental.

Paso 4.- Pruebas del Terreno.- Se realizan las investigaciones geotécnicas necesarias para decidir el tipo de tubería a emplear, tomando en cuenta la humedad y dureza del subsuelo, y otra información necesaria para el diseño del poliducto.

Paso 5.- Diseño del poliducto.- Diseño Estructural del poliducto, según el proyecto.

Paso 6.- Permisos Legales.- Otorgados por la entidad competente según normas del país donde se llevara a cabo la construcción del poliducto.

Paso 7.- Inicio de la Construcción.- la construcción del poliducto debe realizarse de la siguiente manera: - Preparación.- se abren y aplanan brechas de 15 m a lo largo del trayecto del poliducto, removiendo arboles u otros obstáculos con maquinaria pesada. - Trayectoria.- se marca con cordeles a lo largo de la trayectoria por donde debe pasar el poliducto. - Zanjas y Trincheras.- uso de excavadoras u otro tipo de equipo para abrir zanjas de sección trapezoidal o rectangular de 0.5 m a 1 m de profundidad, para prevenir posibles daños por la actividad humana (nivelamiento de tierras, cultivos, etc.). Dos de los problemas más frecuentes son las tierras de mucha humedad y las rocas duras, que deben ser en lo posible evitadas durante la selección de la ruta del poliducto. - Cruce de Ríos.- existen tres métodos: zanjas, puentes y túneles subterráneos. (ver figura) - Soldadura y Protección.- una vez preparada la zanja, las tuberías de 12 m son soldadas, inspeccionadas por rayos X y protegidas correctamente, son colocadas en la zanja y es nuevamente enterrada.

9


3.12.2. Medidas que Permiten la Dilatación del Poliducto. Los poliductos son afectados por la dilatación térmica, terremotos, etc. En el caso de tuberías enterradas se recomienda acoplar tuberías en zigzag o uniones especiales que permiten la expansión o contracción.

3.12.3. Curvado de Tuberías Las tuberías de acero pueden ser curvadas para un cambio de ángulo durante la trayectoria del poliducto, esta modificación es aplicada por el método de curvado en frio, esto causa una reducción del espesor y una deformación en forma de ovalo a la tubería. Este grado de deformación debe mantenerse dentro de ciertos límites establecidos por el fabricante. Los métodos de curvado aplicados generalmente son los de compresión y empuje.

3.12.4. Conectado de Tuberías Las tuberías una vez colocadas en la zanja deben ser conectadas para formar el poliducto, se realizan por lo general los siguientes métodos:

- Unión por Bridas Aplicada para uniones con válvulas, reguladores de presión y otras piezas.

- Soldadura

10


Unión de dos secciones por fusión a altas temperaturas, producidas por un electrodo conectado a una maquina de soldar, es realizado de forma manual dentro de la zanja. 4. APLICACIÓN PRÁCTICA.

4.1. Cronograma de bombeo Se debe diseñar un cronograma de bombeo para evitar los derivados de manera consecutiva de tal forma que no exista una contaminación grande entre producto y producto, para ello se debe trabajar con un orden en los productos a trasportar tomando en cuenta la densidad de cada uno de ellos.

El orden de los productos será el siguiente:

Número Producto Densidad

1 Diesel oil 0.86

2 Gasolina 0.73

3 GLP 0.56

4.2. Elaboración del perfil SE comenzó en Incahuasi donde estará ubicada la refinería colocando la estación cabecera o primera estación de bombeo para luego tratar de que el poliducto recorra el tramo más directo evitando el cruce de ríos, luego determinada la planimetría del perfil topográfico se prosiguió a la corrección de distancia entre millas y elevaciones a las cuales esta sujeta la tubería. De acuerdo con los cálculos se ha establecido que el diseño del perfil hidráulico tendrá dos estaciones de bombeo y una reducción de diámetro que detallamos a continuación:

• El primer parámetro que tomamos en cuenta es que de acuerdo a las normas API las características de la tubería se realizarán tomando en cuenta que trabajaremos con una tubería 5LX-52 estro para considerar el tipo de presión con que trabajaremos que será del TIPO “A” lo cual se explico anteriormente.

• La cabecera o primera estación de bombeo estará ubicada en

la población de Incahuasi q tendrá una capacidad de 15000 (BPD) y tendrá un diámetro externo de 8 pulgadas.

• La estaciónes intermedias se ubicará a una distancia de 46, 24,

28 y

11


28.41 millas respectivamente con un diámetro externo de 8 pulgadas.

• Finalmente para llegara a la población de Tarabuco el cual esta ubicada a 3300 metros sobre el nivel del mar con una distancia final de 126.41 millas cuya característica de tubería es de 8 pulgadas de diámetro externo.

Podremos simplificar todas las características obtenidas en el siguiente cuadro.

Tramo Diámetro externo

(pulgadas) Longitud (millas) Caudal (BPD)

A-B 8 14 20000

B-C 8 24 20000

C-D 6 20.02 20000

TOTAL 58.02

4.3. Perfil topográfico y corregido

El primer paso para la realización del proyecto es de determinar la altura y distancia de cada punto por donde el poliducto atraviese una curva de nivel, es decir la toma de datos punto por punto, una vez realizada esta operación graficamos todos los puntos en total obteniendo de esta manera el perfil topográfico. Luego de haber realizado dicho trabajo basándonos en una ley matemática simple como es de el “Teorema de Pitágoras” realizamos la corrección de cada punto tomado en la elaboración del perfil topográfico para graficar el perfil corregido.

12

proyecto gasoducto

Documents