El transporte de gas natural

El movimiento eficiente y eficaz del gas natural desde las regiones productoras hasta las regiones consumidoras requiere un sistema de transporte amplio y elaborado. En muchos casos, el gas natural producido en un pozo concreto tendrá que recorrer una gran distancia para llegar a su punto de uso. El sistema de transporte de gas natural consiste en una compleja red de gasoductos, diseñada para transportar el gas natural de forma rápida y eficaz desde su origen hasta las zonas de mayor demanda de gas natural. El transporte de gas natural está estrechamente vinculado a su almacenamiento: si el gas natural que se transporta no se necesita inmediatamente, puede colocarse en instalaciones de almacenamiento para cuando se necesite.

Hay tres tipos principales de tuberías a lo largo de la ruta de transporte: el sistema de recogida, el sistema de tuberías interestatales y el sistema de distribución. El sistema de recogida consiste en tuberías de baja presión y pequeño diámetro que transportan el gas natural bruto desde la boca del pozo hasta la planta de procesamiento. Si el gas natural de un pozo concreto tiene un alto contenido de azufre y dióxido de carbono (gas ácido), debe instalarse una tubería de recogida de gas ácido especializada. El gas ácido es corrosivo, por lo que su transporte desde la boca del pozo hasta la planta de endulzamiento debe hacerse con cuidado. Revise el tratamiento y el procesamiento del gas natural.

Los gasoductos pueden caracterizarse como interestatales o intraestatales. Los gasoductos interestatales son similares al sistema de autopistas interestatales: transportan el gas natural a través de las fronteras estatales, y en algunos casos atraviesan todo el país. Los gasoductos intraestatales, en cambio, transportan el gas natural dentro de un estado concreto. En esta sección sólo se tratarán los fundamentos de los gasoductos interestatales de gas natural, aunque los detalles técnicos y operativos que se analizan son esencialmente los mismos para los gasoductos intraestatales.

Gasoductos interestatales de gas natural

Gasoductos interestatales de gas natural

Fuente: Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, DOE

La red de gasoductos interestatales de gas natural transporta el gas natural procesado desde las plantas de procesamiento de las regiones productoras hasta las zonas con grandes necesidades de gas natural, en particular las grandes zonas urbanas pobladas. Como puede verse, la red de gasoductos se extiende por todo el país.
Los gasoductos interestatales son las «autopistas» del transporte de gas natural. El gas natural que se transporta a través de los gasoductos interestatales viaja a alta presión en la tubería, a presiones de entre 200 y 1500 libras por pulgada cuadrada (psi). Esto reduce el volumen del gas natural que se transporta (hasta 600 veces), además de impulsar el gas natural a través de la tubería.

Esta sección cubrirá los componentes del sistema de tuberías interestatales, la construcción de las tuberías y la inspección y seguridad de las mismas. Para obtener más información sobre los gasoductos interestatales en general, haga clic aquí para visitar el sitio web de la Interstate Natural Gas Association of America.

Componentes de los gasoductos

Los gasoductos interestatales constan de una serie de componentes que garantizan la eficiencia y la fiabilidad de un sistema que suministra una fuente de energía tan importante durante todo el año, las veinticuatro horas del día, y que incluye una serie de componentes diferentes.

Tubos de transmisión

Tubos en tránsito

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

Las tuberías de transporte pueden medir entre 6 y 48 pulgadas de diámetro, dependiendo de su función. Algunos tramos de tubería pueden estar formados incluso por tubos de pequeño diámetro, de tan sólo 0,5 pulgadas. Sin embargo, estas tuberías de pequeño diámetro suelen utilizarse sólo en los sistemas de captación y distribución. Las tuberías de transmisión principales, la principal tubería de un sistema determinado, suelen tener un diámetro de entre 16 y 48 pulgadas. Las tuberías laterales, que suministran gas natural a la línea principal o desde ella, suelen tener un diámetro de entre 6 y 16 pulgadas. La mayoría de los principales gasoductos interestatales tienen un diámetro de entre 24 y 36 pulgadas. La tubería propiamente dicha, llamada comúnmente «tubería de línea», consiste en un material resistente de acero al carbono, diseñado para cumplir las normas establecidas por el Instituto Americano del Petróleo (API). En cambio, algunas tuberías de distribución se fabrican con un plástico muy avanzado, debido a la necesidad de flexibilidad, versatilidad y facilidad de sustitución.

Las tuberías de transmisión se producen en acerías, que a veces están especializadas para producir sólo tuberías. Existen dos técnicas de producción diferentes, una para tubos de pequeño diámetro y otra para tubos de gran diámetro. En el caso de los tubos de gran diámetro, de 20 a 42 pulgadas de diámetro, los tubos se fabrican a partir de láminas de metal que se doblan en forma de tubo, con los extremos soldados para formar una sección de tubo. Los tubos de pequeño diámetro, en cambio, pueden fabricarse sin costura. Para ello hay que calentar una barra de metal a temperaturas muy altas y luego perforar un agujero en el centro de la barra para producir un tubo hueco. En cualquiera de los dos casos, la tubería se somete a pruebas antes de salir de la acería, para garantizar que puede cumplir las normas de presión y resistencia para el transporte de gas natural.

La tubería también se cubre con un revestimiento especializado para garantizar que no se corroe una vez colocada en el suelo. El objetivo del revestimiento es proteger la tubería de la humedad, que provoca corrosión y oxidación. Existen varias técnicas de revestimiento. En el pasado, las tuberías se recubrían con un esmalte de alquitrán de hulla especializado. Hoy en día, las tuberías suelen protegerse con lo que se conoce como epoxi de unión por fusión, que da a la tubería un notable color azul claro. Además, a menudo se utiliza la protección catódica, que es una técnica que consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de la tubería para evitar la corrosión y la oxidación.

Estaciones de compresión

Como se ha mencionado, el gas natural está altamente presurizado cuando viaja a través de una tubería interestatal. Para asegurar que el gas natural que fluye a través de cualquier gasoducto permanezca presurizado, se requiere la compresión de este gas natural periódicamente a lo largo de la tubería. Esto se consigue mediante estaciones de compresión, normalmente situadas a intervalos de 40 a 100 millas a lo largo del gasoducto. El gas natural entra en la estación de compresión, donde es comprimido por una turbina, un motor o una máquina.

Una estación de compresión

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

Los compresores de turbina obtienen su energía utilizando una pequeña proporción del gas natural que comprimen. La propia turbina sirve para hacer funcionar un compresor centrífugo, que contiene un tipo de ventilador que comprime y bombea el gas natural a través del gasoducto. Algunas estaciones de compresión funcionan utilizando un motor eléctrico para hacer girar el mismo tipo de compresor centrífugo. Este tipo de compresión no requiere el uso de nada del gas natural de la tubería, pero sí una fuente fiable de electricidad cercana. Los motores alternativos de gas natural también se utilizan para alimentar algunas estaciones de compresión. Estos motores se asemejan a un motor de automóvil muy grande y funcionan con el gas natural del gasoducto. La combustión del gas natural acciona los pistones en el exterior del motor, que sirven para comprimir el gas natural.

Además de comprimir el gas natural, las estaciones de compresión también suelen contener algún tipo de separador de líquidos, muy parecido a los que se utilizan para deshidratar el gas natural durante su procesamiento. Normalmente, estos separadores consisten en depuradores y filtros que capturan cualquier líquido u otras partículas no deseadas del gas natural en la tubería. Aunque el gas natural de los gasoductos se considera «seco», no es raro que una cierta cantidad de agua e hidrocarburos se condense fuera de la corriente de gas mientras está en tránsito. Los separadores de líquidos de las estaciones de compresión garantizan que el gas natural del gasoducto sea lo más puro posible, y suelen filtrar el gas antes de la compresión.

Estaciones de medición

Además de comprimir el gas natural para reducir su volumen y empujarlo a través de la tubería, las estaciones de medición se colocan periódicamente a lo largo de los gasoductos interestatales de gas natural. Estas estaciones permiten a las compañías de gasoductos controlar el gas natural en sus tuberías. Básicamente, estas estaciones de medición miden el flujo de gas a lo largo del gasoducto y permiten a las empresas de gasoductos «rastrear» el gas natural a medida que fluye por el gasoducto. Estas estaciones de medición emplean medidores especializados para medir el gas natural a medida que fluye por la tubería, sin impedir su movimiento.

Válvulas

Una válvula de tierra

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

Los gasoductos interestatales incluyen un gran número de válvulas a lo largo de toda su longitud. Estas válvulas funcionan como puertas de entrada; normalmente están abiertas y permiten que el gas natural fluya libremente, o pueden utilizarse para detener el flujo de gas a lo largo de una determinada sección de la tubería. Hay muchas razones por las que una tubería puede necesitar restringir el flujo de gas en determinadas zonas. Por ejemplo, si una sección de la tubería requiere sustitución o mantenimiento, se pueden cerrar las válvulas en cualquiera de los extremos de esa sección de la tubería para permitir el acceso seguro de los ingenieros y los equipos de trabajo. Estas grandes válvulas pueden colocarse cada 5 a 20 millas a lo largo de la tubería, y están sujetas a la regulación de los códigos de seguridad.

Estaciones de control y sistemas SCADA

Las empresas de gasoductos de gas natural tienen clientes en ambos extremos de la tubería: los productores y procesadores que introducen el gas en la tubería, y los consumidores y empresas locales de gas que toman el gas de la tubería. Para gestionar el gas natural que entra en el gasoducto y garantizar que todos los clientes reciban a tiempo su parte de este gas, se necesitan sofisticados sistemas de control para supervisar el gas a medida que viaja por todas las secciones de lo que podría ser una red de gasoductos muy larga. Para llevar a cabo esta tarea de supervisión y control del gas natural que viaja por el gasoducto, las estaciones de control de gas centralizadas recopilan, asimilan y gestionan los datos recibidos de las estaciones de supervisión y compresores a lo largo de toda la tubería.

Estación de control del gasoducto

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

La mayoría de los datos que recibe una estación de control proceden de los sistemas de control y adquisición de datos (SCADA). Estos sistemas son esencialmente sofisticados sistemas de comunicación que toman medidas y recogen datos a lo largo de la tubería (normalmente en estaciones de medición o de compresores y válvulas) y los transmiten a la estación de control centralizada. El caudal que circula por la tubería, el estado de funcionamiento, la presión y las lecturas de temperatura pueden utilizarse para evaluar el estado de la tubería en un momento dado. Estos sistemas también funcionan en tiempo real, lo que significa que hay poco tiempo entre las mediciones tomadas a lo largo de la tubería y su transmisión a la estación de control.
Los datos se transmiten a una estación de control centralizada, lo que permite a los ingenieros de las tuberías saber exactamente lo que está sucediendo a lo largo de la tubería en todo momento. Esto permite reaccionar rápidamente a las averías de los equipos, las fugas o cualquier otra actividad inusual a lo largo del oleoducto. Algunos sistemas SCADA también incorporan la capacidad de operar remotamente ciertos equipos a lo largo del gasoducto, incluidas las estaciones de compresión, lo que permite a los ingenieros de un centro de control centralizado ajustar inmediata y fácilmente las tasas de flujo en el gasoducto.

Construcción de gasoductos

A medida que aumenta el uso del gas natural, también lo hace la necesidad de contar con una infraestructura de transporte para abastecer la creciente demanda. Esto significa que las empresas de gasoductos evalúan constantemente el flujo de gas natural en EE.UU. y construyen gasoductos para poder transportar el gas natural a las zonas que carecen de servicios.

Estudio del derecho de paso

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

La construcción de gasoductos de gas natural requiere mucha planificación y preparación. Además de la construcción del gasoducto, hay que completar varios procesos de autorización y regulación. En muchos casos, antes de iniciar los procesos de autorización y acceso al terreno, las empresas de gasoductos preparan un análisis de viabilidad para asegurarse de que existe una ruta aceptable para el gasoducto que tenga el menor impacto posible sobre el medio ambiente y las infraestructuras públicas ya existentes.

Suponiendo que una empresa de gasoductos obtenga todos los permisos necesarios y satisfaga todos los requisitos reglamentarios, puede comenzar la construcción de la tubería. Se lleva a cabo un amplio estudio de la ruta prevista, tanto aéreo como terrestre, para garantizar que no surjan sorpresas durante el montaje de la tubería.

La instalación de una tubería se parece mucho a un proceso de cadena de montaje, en el que las secciones de la tubería se completan por etapas. En primer lugar, se despeja el camino de la tubería de todos los impedimentos removibles, incluyendo árboles, rocas, maleza y cualquier otra cosa que pueda prohibir la construcción. Una vez que el camino de la tubería se ha despejado lo suficiente como para permitir el acceso de los equipos de construcción, se colocan secciones de tuberías a lo largo del camino previsto, un proceso denominado «tendido» de la tubería. Estos tramos de tubería suelen tener de 40 a 80 pies de longitud y son específicos para su destino. Es decir, algunas zonas tienen requisitos diferentes en cuanto al material de revestimiento y el grosor de la tubería.

‘Stringing’ the Pipe

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

Una vez colocada la tubería, se excavan zanjas a lo largo de la misma. Estas zanjas suelen tener entre 1,5 y 1,8 metros de profundidad, ya que la normativa exige que la tubería esté al menos a 30 pulgadas por debajo de la superficie. Sin embargo, en algunas zonas, como los cruces de carreteras y las masas de agua, la tubería se entierra aún más profundamente. Una vez excavadas las zanjas, la tubería se ensambla y se perfila. Esto incluye soldar las secciones de tubería para formar una tubería continua y doblarla ligeramente, si es necesario, para que se ajuste al contorno del recorrido de la tubería. El revestimiento se aplica a los extremos de los tubos. El revestimiento aplicado en una fábrica de revestimiento suele dejar los extremos de la tubería limpios, para que no interfieran con la soldadura. Por último, se inspecciona todo el revestimiento de la tubería para asegurarse de que no tiene defectos.

Una vez que la tubería está soldada, doblada, revestida e inspeccionada, puede bajarse a las zanjas previamente excavadas. Esto se hace con un equipo de construcción especializado que actúa para levantar la tubería de forma nivelada y bajarla a la zanja. Una vez bajada al suelo, la zanja se rellena con cuidado, para garantizar que la tubería y su revestimiento conservan su integridad. El último paso en la construcción de la tubería es la prueba hidrostática. Consiste en hacer correr agua, a una presión superior a la que se necesitará para el transporte de gas natural, por toda la longitud de la tubería. Esto sirve como prueba para asegurar que la tubería es lo suficientemente fuerte, y está ausente de cualquier fuga o fisura, antes de que el gas natural sea bombeado a través de la tubería.

Tubería de bajada

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

El tendido de tuberías a través de arroyos o ríos puede realizarse de dos maneras. El cruce a cielo abierto implica la excavación de zanjas en el fondo del río para alojar la tubería. Cuando se hace esto, la propia tubería suele llevar un revestimiento de hormigón, que garantiza que la tubería se mantenga en el fondo del río y añade una capa protectora adicional para evitar cualquier fuga de gas natural en el agua. También puede emplearse una forma de perforación direccional, en la que se perfora un «túnel» bajo el río por el que puede pasar la tubería. Las mismas técnicas se utilizan para los cruces de carreteras: o bien se excava una zanja abierta a través de la carretera y se sustituye una vez instalada la tubería, o bien se perfora un túnel por debajo de la carretera.

Una vez instalada y cubierta la tubería, se realizan grandes esfuerzos para restaurar el camino de la tubería a su estado original, o para mitigar cualquier impacto ambiental o de otro tipo que pueda haberse producido durante el proceso de construcción. Estos pasos suelen incluir la reposición de la tierra vegetal, las vallas, los canales de riego y cualquier otra cosa que pueda haber sido retirada o alterada durante el proceso de construcción. Para obtener más información sobre la construcción de gasoductos de gas natural, visite el sitio web de la Asociación Interestatal de Gas Natural de América.

Inspección y seguridad de gasoductos

Pig – Herramienta de inspección de gasoductos

Fuente: Duke Energy Gas Transmission Canada

Para garantizar el funcionamiento eficaz y seguro de la extensa red de gasoductos de gas natural, las compañías de gasoductos inspeccionan rutinariamente sus tuberías en busca de corrosión y defectos. Esto se hace mediante el uso de sofisticados equipos conocidos como «cerdos inteligentes». Los smart pigs son dispositivos robóticos inteligentes que se impulsan por las tuberías para evaluar su interior. Los «smart pigs» pueden comprobar el grosor y la redondez de las tuberías, buscar signos de corrosión, detectar pequeñas fugas y cualquier otro defecto en el interior de la tubería que pueda impedir el flujo de gas o suponer un riesgo potencial para la seguridad del funcionamiento de la tubería. El envío de un «smart pig» por una tubería se conoce como «pigging» de la tubería.

Además de la inspección con «smart pigs», hay una serie de precauciones y procedimientos de seguridad para minimizar el riesgo de accidentes. De hecho, el transporte de gas natural es una de las formas más seguras de transportar energía, sobre todo porque la infraestructura es fija y está enterrada. Según el Departamento de Transporte (DOT), los gasoductos son el método más seguro para transportar petróleo y gas natural. Mientras que hay más de 100 muertes al año asociadas a las líneas de transmisión eléctrica, según la Oficina de Seguridad de Oleoductos del DOT en 2009, hubo 0 muertes asociadas a las tuberías de transmisión, y 10 muertes asociadas a los sistemas de distribución. Para obtener más información sobre la seguridad de las tuberías, visite la Oficina de Seguridad de Tuberías del DOT.

Algunas de las precauciones de seguridad asociadas a las tuberías de gas natural son:

• Patrullas aéreas: se utilizan aviones para garantizar que no se realicen actividades de construcción demasiado cerca de la ruta de la tubería, especialmente en zonas residenciales. Según el INGAA
• Detección de fugas – El personal del gasoducto utiliza periódicamente equipos de detección de gas natural en la superficie para comprobar si hay fugas. Esto es especialmente importante en áreas donde el gas natural no está odorizado.
• Marcadores de tuberías – Las señales en la superficie por encima de las tuberías de gas natural indican la presencia de tuberías subterráneas al público, para reducir la posibilidad de cualquier interferencia con la tubería.
• Muestreo de gas – El muestreo rutinario del gas natural en las tuberías garantiza su calidad, y también puede indicar la corrosión del interior de la tubería, o la entrada de contaminantes.
• Mantenimiento preventivo – Esto implica la comprobación de las válvulas y la eliminación de los impedimentos de la superficie para la inspección de las tuberías.
• Respuesta a emergencias – Las compañías de tuberías cuentan con amplios equipos de respuesta a emergencias que se entrenan para la posibilidad de una amplia gama de posibles accidentes y emergencias.
• El programa de llamada única – Los 50 estados han instituido lo que se conoce como un programa de «llamada única», que proporciona a los excavadores, a los equipos de construcción y a cualquier persona interesada en excavar en el suelo alrededor de una tubería un único número de teléfono al que se puede llamar cuando se planea cualquier actividad de excavación. Esta llamada alerta a la empresa de tuberías, que puede marcar la zona o incluso enviar representantes para supervisar la excavación. El número nacional de 3 dígitos para una llamada es el «811.»

Aunque los grandes gasoductos interestatales de gas natural transportan el gas natural desde las regiones de procesamiento hasta las regiones de consumo y pueden servir directamente a los grandes usuarios mayoristas, como los clientes industriales o de generación de energía, es el sistema de distribución el que realmente entrega el gas natural a la mayoría de los clientes minoristas, incluidos los usuarios residenciales de gas natural.