Il trasporto del gas naturale

Il movimento efficiente ed efficace del gas naturale dalle regioni di produzione a quelle di consumo richiede un sistema di trasporto esteso ed elaborato. In molti casi, il gas naturale prodotto da un particolare pozzo dovrà percorrere una grande distanza per raggiungere il suo punto di utilizzo. Il sistema di trasporto del gas naturale consiste in una complessa rete di condutture, progettata per trasportare in modo rapido ed efficiente il gas naturale dalla sua origine alle aree di alta domanda di gas naturale. Il trasporto del gas naturale è strettamente legato al suo stoccaggio: se il gas naturale trasportato non è immediatamente necessario, può essere messo in strutture di stoccaggio per quando sarà necessario.

Ci sono tre tipi principali di gasdotti lungo il percorso di trasporto: il sistema di raccolta, il sistema di gasdotti interstatali e il sistema di distribuzione. Il sistema di raccolta consiste in condotte a bassa pressione e di piccolo diametro che trasportano il gas naturale grezzo dalla testa del pozzo all’impianto di trattamento. Se il gas naturale di un particolare pozzo ha un alto contenuto di zolfo e anidride carbonica (gas acido), deve essere installato un tubo specializzato per la raccolta del gas acido. Il gas acido è corrosivo, quindi il suo trasporto dalla testa del pozzo all’impianto di addolcimento deve essere fatto con attenzione. Esamina il trattamento e la lavorazione del gas naturale.

I gasdotti possono essere caratterizzati come interstatali o intrastatali. I gasdotti interstatali sono simili al sistema autostradale interstatale: trasportano il gas naturale attraverso i confini di stato, in alcuni casi attraverso il paese. I gasdotti intrastatali, invece, trasportano il gas naturale all’interno di un particolare stato. Questa sezione tratterà solo i fondamenti dei gasdotti interstatali, tuttavia i dettagli tecnici e operativi discussi sono essenzialmente gli stessi per i gasdotti intrastatali.

Natural Gas Pipelines

Interstate Natural Gas Pipelines

Source: National Energy Technology Laboratory, DOE

La rete interstatale di gasdotti per il gas naturale trasporta il gas naturale lavorato dagli impianti di lavorazione nelle regioni di produzione a quelle aree con un elevato fabbisogno di gas naturale, in particolare le grandi aree urbane popolate. Come si può vedere, la rete di gasdotti si estende per tutto il paese.
I gasdotti interstatali sono le “autostrade” della trasmissione del gas naturale. Il gas naturale trasportato attraverso i gasdotti interstatali viaggia ad alta pressione nel gasdotto, a pressioni che vanno da 200 a 1500 libbre per pollice quadrato (psi). Questo riduce il volume del gas naturale trasportato (fino a 600 volte), oltre a spingere il gas naturale attraverso il gasdotto.

Questa sezione tratterà i componenti del sistema di gasdotti interstatali, la costruzione dei gasdotti, l’ispezione e la sicurezza dei gasdotti. Per ulteriori informazioni sui gasdotti interstatali in generale, clicca qui per visitare il sito web dell’Interstate Natural Gas Association of America.

Componenti dei gasdotti

I gasdotti interstatali sono costituiti da una serie di componenti che assicurano l’efficienza e l’affidabilità di un sistema che fornisce una fonte di energia così importante tutto l’anno, ventiquattro ore al giorno, e comprende una serie di componenti diversi.

Tubi di trasmissione

Tubi in transito

Fonte: Duke Energy Gas Transmission Canada

I tubi di trasmissione possono misurare da 6 a 48 pollici di diametro, a seconda della loro funzione. Alcune sezioni di tubi componenti possono anche consistere in tubi di piccolo diametro, fino a 0,5 pollici di diametro. Tuttavia, questi tubi di piccolo diametro sono di solito usati solo nei sistemi di raccolta e distribuzione. I tubi di trasmissione della linea principale, la conduttura principale in un dato sistema, sono di solito tra i 16 e i 48 pollici di diametro. I gasdotti laterali, che trasportano il gas naturale da o verso la linea principale, hanno in genere un diametro compreso tra i 6 e i 16 pollici. La maggior parte dei principali gasdotti interstatali hanno un diametro compreso tra 24 e 36 pollici. Il gasdotto vero e proprio, comunemente chiamato “line pipe”, è costituito da un robusto materiale in acciaio al carbonio, progettato per soddisfare gli standard fissati dall’American Petroleum Institute (API). Al contrario, alcuni tubi di distribuzione sono fatti di plastica altamente avanzata, a causa della necessità di flessibilità, versatilità e facilità di sostituzione.

I tubi di trasmissione sono prodotti in acciaierie, che a volte sono specializzate per produrre solo tubi. Esistono due diverse tecniche di produzione, una per i tubi di piccolo diametro e una per quelli di grande diametro. Per i tubi di grande diametro, da 20 a 42 pollici di diametro, i tubi sono prodotti da fogli di metallo che vengono piegati a forma di tubo, con le estremità saldate insieme per formare una sezione di tubo. I tubi di piccolo diametro, invece, possono essere prodotti senza soluzione di continuità. Questo comporta il riscaldamento di una barra di metallo a temperature molto alte, poi la realizzazione di un foro attraverso il centro della barra per produrre un tubo cavo. In entrambi i casi, il tubo viene testato prima di essere spedito dall’acciaieria, per garantire che possa soddisfare gli standard di pressione e resistenza per il trasporto del gas naturale.

Il tubo di linea viene anche ricoperto con un rivestimento specializzato per garantire che non si corroda una volta messo nel terreno. Lo scopo del rivestimento è quello di proteggere il tubo dall’umidità, che causa la corrosione e la ruggine. Ci sono diverse tecniche di rivestimento. In passato, le tubature erano rivestite con uno speciale smalto di catrame di carbone. Oggi, i tubi sono spesso protetti con ciò che è noto come epossidico a legame di fusione, che dà al tubo un evidente colore blu chiaro. Inoltre, viene spesso usata la protezione catodica, che è una tecnica che consiste nel far scorrere una corrente elettrica attraverso il tubo per evitare la corrosione e la ruggine.

Stazioni di compressione

Come detto, il gas naturale è altamente pressurizzato quando viaggia attraverso un gasdotto interstatale. Per assicurare che il gas naturale che scorre attraverso un qualsiasi gasdotto rimanga pressurizzato, la compressione di questo gas naturale è richiesta periodicamente lungo il tubo. Ciò è realizzato da stazioni di compressione, di solito collocate a intervalli di 40-100 miglia lungo il gasdotto. Il gas naturale entra nella stazione di compressione, dove viene compresso da una turbina, un motore o una macchina.

Una stazione di compressione

Fonte: Duke Energy Gas Transmission Canada

I compressori a turbina ottengono la loro energia utilizzando una piccola parte del gas naturale che comprimono. La turbina stessa serve a far funzionare un compressore centrifugo, che contiene un tipo di ventola che comprime e pompa il gas naturale attraverso il gasdotto. Alcune stazioni di compressione funzionano utilizzando un motore elettrico per far girare lo stesso tipo di compressore centrifugo. Questo tipo di compressione non richiede l’uso di alcun gas naturale dal tubo, tuttavia richiede una fonte affidabile di elettricità nelle vicinanze. Anche i motori a gas naturale alternativi sono usati per alimentare alcune stazioni di compressione. Questi motori assomigliano a un motore automobilistico molto grande e sono alimentati dal gas naturale del gasdotto. La combustione del gas naturale alimenta i pistoni all’esterno del motore, che serve a comprimere il gas naturale.

Oltre a comprimere il gas naturale, le stazioni di compressione di solito contengono anche qualche tipo di separatore di liquidi, come quelli usati per disidratare il gas naturale durante la sua lavorazione. Di solito, questi separatori consistono in scrubber e filtri che catturano qualsiasi liquido o altre particelle indesiderate dal gas naturale nel gasdotto. Anche se il gas naturale nei gasdotti è considerato gas “secco”, non è raro che una certa quantità di acqua e idrocarburi si condensi dal flusso di gas durante il transito. I separatori di liquidi nelle stazioni di compressione assicurano che il gas naturale nel gasdotto sia il più puro possibile, e di solito filtrano il gas prima della compressione.

Stazioni di misurazione

Oltre a comprimere il gas naturale per ridurne il volume e spingerlo attraverso il tubo, le stazioni di misurazione sono poste periodicamente lungo i gasdotti interstatali di gas naturale. Queste stazioni permettono alle compagnie di gasdotti di monitorare il gas naturale nei loro tubi. Essenzialmente, queste stazioni di misurazione misurano il flusso di gas lungo il gasdotto e permettono alle società di gasdotti di “tracciare” il gas naturale mentre scorre lungo il gasdotto. Queste stazioni di misurazione impiegano contatori specializzati per misurare il gas naturale mentre scorre attraverso il gasdotto, senza impedirne il movimento.

Valvole

Una valvola di terra

Fonte: Duke Energy Gas Transmission Canada

I gasdotti interstatali includono un gran numero di valvole lungo tutta la loro lunghezza. Queste valvole funzionano come portali; di solito sono aperte e permettono al gas naturale di scorrere liberamente, oppure possono essere usate per fermare il flusso di gas lungo una certa sezione del tubo. Ci sono molte ragioni per cui un gasdotto può avere bisogno di limitare il flusso di gas in certe aree. Per esempio, se una sezione di tubo richiede la sostituzione o la manutenzione, le valvole alle due estremità di quella sezione di tubo possono essere chiuse per permettere agli ingegneri e alle squadre di lavoro un accesso sicuro. Queste grandi valvole possono essere posizionate ogni 5-20 miglia lungo il gasdotto, e sono soggette alla regolamentazione dei codici di sicurezza.

Stazioni di controllo e sistemi SCADA

Le società di gasdotti del gas naturale hanno clienti su entrambe le estremità del gasdotto – i produttori e i trasformatori che immettono il gas nel gasdotto, e i consumatori e le utenze locali del gas che lo prelevano dal gasdotto. Per gestire il gas naturale che entra nel gasdotto e per assicurare che tutti i clienti ricevano tempestivamente la loro porzione di questo gas, sono necessari sofisticati sistemi di controllo per monitorare il gas mentre viaggia attraverso tutte le sezioni di quella che potrebbe essere una rete di gasdotti molto lunga. Per svolgere questo compito di monitoraggio e controllo del gas naturale che viaggia attraverso il gasdotto, le stazioni di controllo del gas centralizzate raccolgono, assimilano e gestiscono i dati ricevuti dalle stazioni di monitoraggio e di compressione lungo tutto il tubo.

Stazione di controllo del gasdotto

Fonte: Duke Energy Gas Transmission Canada

La maggior parte dei dati ricevuti da una stazione di controllo sono forniti dai sistemi SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Questi sistemi sono essenzialmente sofisticati sistemi di comunicazione che effettuano misurazioni e raccolgono dati lungo il gasdotto (di solito nelle stazioni di misurazione o di compressione e nelle valvole) e li trasmettono alla stazione di controllo centralizzata. La portata attraverso la conduttura, lo stato operativo, la pressione e le letture della temperatura possono essere utilizzati per valutare lo stato della conduttura in qualsiasi momento. Questi sistemi funzionano anche in tempo reale, il che significa che c’è poco tempo di ritardo tra le misurazioni effettuate lungo la conduttura e la loro trasmissione alla stazione di controllo.
I dati vengono trasmessi a una stazione di controllo centralizzata, permettendo agli ingegneri della conduttura di sapere esattamente cosa sta succedendo lungo la conduttura in ogni momento. Questo permette di reagire rapidamente ai malfunzionamenti delle attrezzature, alle perdite o a qualsiasi altra attività insolita lungo l’oleodotto. Alcuni sistemi SCADA incorporano anche la capacità di azionare a distanza alcune attrezzature lungo il gasdotto, comprese le stazioni di compressione, consentendo agli ingegneri di un centro di controllo centralizzato di regolare immediatamente e facilmente le portate del gasdotto.

Costruzione del gasdotto

Con l’aumento dell’uso del gas naturale, aumenta anche la necessità di disporre di infrastrutture di trasporto per soddisfare la maggiore domanda. Questo significa che le compagnie di gasdotti valutano costantemente il flusso di gas naturale negli Stati Uniti e costruiscono gasdotti per consentire il trasporto di gas naturale in quelle aree che non sono servite.

Sorveglianza del diritto di passaggio

Fonte: Duke Energy Gas Transmission Canada

La costruzione di gasdotti per il gas naturale richiede una grande quantità di pianificazione e preparazione. Oltre all’effettiva costruzione del gasdotto, devono essere completati diversi processi di autorizzazione e di regolamentazione. In molti casi, prima di iniziare i processi di autorizzazione e di accesso al territorio, le compagnie di gas naturale preparano un’analisi di fattibilità per assicurare che esista un percorso accettabile per il gasdotto che abbia il minor impatto possibile sull’ambiente e sulle infrastrutture pubbliche già esistenti.

Se una compagnia di gasdotti ottiene tutti i permessi richiesti e soddisfa tutti i requisiti normativi, la costruzione del tubo può iniziare. Viene completata un’ampia prospezione del percorso previsto, sia aerea che terrestre, per garantire che non ci siano sorprese durante l’effettivo montaggio dell’oleodotto.

L’installazione di un oleodotto è molto simile a un processo di catena di montaggio, con sezioni dell’oleodotto che vengono completate in fasi. Per prima cosa, il percorso dell’oleodotto viene liberato da tutti gli impedimenti rimovibili, compresi alberi, massi, cespugli e qualsiasi altra cosa che possa impedire la costruzione. Una volta che il percorso dell’oleodotto è stato ripulito a sufficienza per consentire l’accesso alle attrezzature di costruzione, le sezioni di tubi vengono disposte lungo il percorso previsto, un processo chiamato “stringing” del tubo. Queste sezioni di tubo sono comunemente lunghe da 40 a 80 piedi, e sono specifiche per la loro destinazione. Cioè, alcune aree hanno requisiti diversi per il materiale di rivestimento e lo spessore del tubo.

Fonte: “Stringing” del tubo

: Duke Energy Gas Transmission Canada

Una volta che il tubo è in posizione, vengono scavate delle trincee lungo il tubo posato. Queste trincee sono in genere profonde da cinque a sei piedi, poiché i regolamenti richiedono che il tubo sia almeno 30 pollici sotto la superficie. In alcune aree, tuttavia, compresi gli attraversamenti stradali e i corpi d’acqua, il tubo viene sepolto ancora più in profondità. Una volta scavate le trincee, il tubo viene assemblato e sagomato. Questo include la saldatura delle sezioni di tubo insieme in un unico tubo continuo, e la sua leggera piegatura, se necessario, per adattarsi al contorno del percorso della conduttura. Il rivestimento viene applicato alle estremità dei tubi. Il rivestimento applicato in una fabbrica di rivestimenti in genere lascia le estremità del tubo pulite, in modo da non interferire con la saldatura. Infine, l’intero rivestimento del tubo viene ispezionato per assicurare che sia privo di difetti.

Una volta che il tubo è saldato, piegato, rivestito e ispezionato, può essere calato nelle trincee precedentemente scavate. Questo viene fatto con attrezzature di costruzione specializzate che agiscono per sollevare il tubo in modo piano e abbassarlo nella trincea. Una volta calata nel terreno, la trincea viene riempita con cura, per assicurare che il tubo e il suo rivestimento mantengano la loro integrità. L’ultimo passo nella costruzione del gasdotto è il test idrostatico. Questo consiste nel far scorrere l’acqua, a pressioni più alte di quelle che saranno necessarie per il trasporto del gas naturale, attraverso l’intera lunghezza del tubo. Questo serve come test per assicurare che il gasdotto sia sufficientemente forte e privo di fessure o perdite, prima che il gas naturale venga pompato attraverso il gasdotto.

Tubo di discesa

Fonte: Duke Energy Gas Transmission Canada

La posa dei tubi attraverso torrenti o fiumi può essere effettuata in due modi. L’attraversamento a cielo aperto comporta lo scavo di trincee sul fondo del fiume per ospitare il tubo. Quando questo viene fatto, il tubo stesso è di solito dotato di un involucro di cemento, che assicura che il tubo rimanga sul fondo del fiume e aggiunge un ulteriore rivestimento protettivo per prevenire qualsiasi perdita di gas naturale nell’acqua. In alternativa, può essere impiegata una forma di perforazione direzionale, in cui un “tunnel” viene scavato sotto il fiume attraverso il quale il tubo può essere fatto passare. Le stesse tecniche sono usate per gli attraversamenti stradali – o si scava una trincea aperta attraverso la strada e la si sostituisce una volta che il tubo è installato, o si può scavare un tunnel sotto la strada.

Una volta che il gasdotto è stato installato e coperto, vengono fatti grandi sforzi per riportare il percorso del gasdotto al suo stato originale, o per mitigare qualsiasi impatto ambientale o di altro tipo che può essersi verificato durante il processo di costruzione. Questi passi spesso includono la sostituzione del terriccio, delle recinzioni, dei canali di irrigazione e di qualsiasi altra cosa che possa essere stata rimossa o sconvolta durante il processo di costruzione. Per ulteriori informazioni sulla costruzione dei gasdotti di gas naturale, visita il sito web dell’Associazione del gas naturale interstatale d’America.

Ispezione e sicurezza dei gasdotti

Pig – Pipeline Inspection Tool

Fonte: Duke Energy Gas Transmission Canada

Al fine di garantire il funzionamento efficiente e sicuro della vasta rete di gasdotti per il gas naturale, le società di gasdotti ispezionano regolarmente le loro condutture per rilevare eventuali corrosioni e difetti. Questo viene fatto attraverso l’uso di attrezzature sofisticate conosciute come ‘smart pigs’. Gli smart pig sono dispositivi robotizzati intelligenti che vengono spinti lungo le condutture per valutare l’interno del tubo. I maiali intelligenti possono testare lo spessore e la rotondità del tubo, controllare i segni di corrosione, rilevare piccole perdite e qualsiasi altro difetto all’interno della conduttura che possa impedire il flusso di gas o rappresentare un potenziale rischio per la sicurezza del funzionamento della conduttura. L’invio di un maiale intelligente lungo un gasdotto è giustamente noto come ‘pigging’ del gasdotto.

Oltre all’ispezione con i maiali intelligenti, ci sono una serie di precauzioni di sicurezza e procedure in atto per ridurre al minimo il rischio di incidenti. In effetti, il trasporto di gas naturale è uno dei modi più sicuri di trasportare energia, soprattutto per il fatto che l’infrastruttura è fissa e sepolta sottoterra. Secondo il Dipartimento dei Trasporti (DOT), gli oleodotti sono il metodo più sicuro per trasportare petrolio e gas naturale. Mentre ci sono più di 100 morti all’anno associati alle linee di trasmissione elettrica, secondo l’ufficio del DOT per la sicurezza degli oleodotti nel 2009, ci sono stati 0 morti associati agli oleodotti di trasmissione e 10 morti associati ai sistemi di distribuzione. Per saperne di più sulla sicurezza delle condutture, visita l’ufficio del DOT per la sicurezza delle condutture.

Alcune delle precauzioni di sicurezza associate alle condutture di gas naturale includono:

• Pattuglie aeree – Gli aerei vengono utilizzati per garantire che nessuna attività di costruzione abbia luogo troppo vicino al percorso della conduttura, soprattutto nelle aree residenziali. Le costruzioni e gli scavi non autorizzati sono la principale minaccia alla sicurezza del gasdotto, secondo l’INGAA
• Rilevamento delle perdite – Le attrezzature per il rilevamento del gas naturale vengono periodicamente utilizzate dal personale del gasdotto in superficie per controllare le perdite. Questo è particolarmente importante nelle aree in cui il gas naturale non è odorizzato.
• Contrassegni dei gasdotti – I cartelli in superficie sopra i gasdotti di gas naturale indicano al pubblico la presenza di gasdotti sotterranei, per ridurre la possibilità di qualsiasi interferenza con il gasdotto.
• Campionamento del gas – Il campionamento di routine del gas naturale nei gasdotti ne assicura la qualità, e può anche indicare la corrosione dell’interno del gasdotto, o l’afflusso di contaminanti.
• Manutenzione preventiva – Questo comporta il test delle valvole e la rimozione degli impedimenti superficiali all’ispezione del gasdotto.
• Risposta alle emergenze – Le compagnie petrolifere hanno squadre di pronto intervento che si addestrano per la possibilità di una vasta gamma di potenziali incidenti ed emergenze.
• Il programma One Call – Tutti i 50 stati hanno istituito il cosiddetto programma “one call”, che fornisce agli escavatori, alle squadre di costruzione e a chiunque sia interessato a scavare nel terreno intorno a un oleodotto un unico numero di telefono che può essere chiamato quando è prevista un’attività di scavo. Questa chiamata avverte la compagnia dell’oleodotto, che può segnalare l’area, o anche inviare rappresentanti per monitorare lo scavo. Il numero nazionale a 3 cifre per una chiamata è “811.”

Mentre i grandi gasdotti interstatali per il gas naturale trasportano il gas naturale dalle regioni di lavorazione alle regioni di consumo e possono servire direttamente i grandi utenti all’ingrosso come i clienti industriali o di produzione di energia, è il sistema di distribuzione che effettivamente consegna il gas naturale alla maggior parte dei clienti al dettaglio, compresi gli utenti residenziali di gas naturale.