Transporte por tubería

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Gasoductos HDPE en un sitio minero en Australia.

Transporte por tubería es el transporte a larga distancia de un líquido o gas a través de un sistema de tuberías (un oleoducto) generalmente a un área de mercado para su consumo. Los últimos datos de 2014 dan un total de poco menos de 2 175 000 millas (3 500 000 km) de tubería en 120 países del mundo. Estados Unidos tenía el 65 %, Rusia el 8 % y Canadá el 3 %, por lo que el 76 % de todos los gasoductos estaban en estos tres países.

Las cifras de la encuesta mundial de Pipeline and Gas Journal indican que 118 623 millas (190 905 km) de tuberías están planificadas y en construcción. De estos, 88,976 millas (143,193 km) representan proyectos en la fase de planificación y diseño; 29 647 millas (47 712 km) reflejan tuberías en varias etapas de construcción. Los líquidos y gases se transportan en tuberías, y cualquier sustancia químicamente estable puede enviarse a través de una tubería. Existen oleoductos para el transporte de petróleo crudo y refinado, combustibles (como petróleo, gas natural y biocombustibles) y otros fluidos, como aguas residuales, lodos, agua, cerveza, agua caliente o vapor para distancias más cortas. Las tuberías son útiles para transportar agua para beber o para riego a largas distancias cuando se necesita atravesar colinas o cuando los canales o canales son malas opciones debido a consideraciones de evaporación, contaminación o impacto ambiental.

Los oleoductos están hechos de tubos de acero o plástico que generalmente están enterrados. El petróleo se mueve a través de los oleoductos mediante estaciones de bombeo a lo largo del oleoducto. El gas natural (y combustibles gaseosos similares) se presurizan en líquidos conocidos como Líquidos de gas natural (LGN). Las tuberías de gas natural están construidas con acero al carbono. El transporte de hidrógeno por tubería es el transporte de hidrógeno a través de una tubería. Los oleoductos son una de las formas más seguras de transportar materiales en comparación con la carretera o el ferrocarril y, por lo tanto, en la guerra, los oleoductos suelen ser objeto de ataques militares.

Petróleo y gas natural

Un lanzador/receptor "Pig" en el gasoducto natural en Suiza

Es seguro cuándo se construyó el primer oleoducto de crudo. El crédito por el desarrollo del transporte por oleoductos pertenece indiscutiblemente a la Asociación de Transporte de Petróleo, que primero construyó un oleoducto de hierro forjado de 51 mm (2 pulgadas) sobre una vía de 9,7 km (6 millas) desde un campo petrolero en Pensilvania hasta una estación de ferrocarril en Oil Creek, en la década de 1860. Los oleoductos son generalmente la forma más económica de transportar grandes cantidades de petróleo, productos de petróleo refinado o gas natural por tierra. Por ejemplo, en 2014, el transporte de petróleo crudo por oleoducto costaba alrededor de $5 por barril, mientras que el transporte ferroviario costaba entre $10 y $15 por barril. El transporte por carretera tiene costos aún más altos debido a la mano de obra adicional requerida; el empleo en oleoductos terminados representa solo "1% del de la industria de camiones.".

En los Estados Unidos, el 70 % del petróleo crudo y los productos derivados del petróleo se envían por oleoducto. (El 23 % se realiza por barco, el 4 % por camión y el 3 % por ferrocarril) En Canadá, para el gas natural y los productos derivados del petróleo, el 97 % se envía por tubería.

El gas natural (y combustibles gaseosos similares) se presurizan ligeramente en líquidos conocidos como Líquidos de gas natural (LGN). Las pequeñas instalaciones de procesamiento de LGN se pueden ubicar en campos petroleros para que el butano y el propano líquido bajo una presión ligera de 125 libras por pulgada cuadrada (860 kPa) se puedan enviar por ferrocarril, camión o tubería. El propano se puede usar como combustible en campos petroleros para calentar varias instalaciones utilizadas por los perforadores de petróleo o equipos y camiones utilizados en el parche de petróleo. EG: El propano se convertirá de gas a líquido bajo una presión ligera, 100 psi, más o menos según la temperatura, y se bombea a automóviles y camiones a menos de 125 psi (860 kPa) en las estaciones minoristas. Los oleoductos y los vagones utilizan aproximadamente el doble de esa presión para bombear a 250 psi (1700 kPa).

Una sección elevada de la Pipeline de Alaska.

La distancia para enviar propano a los mercados es mucho más corta, ya que miles de plantas de procesamiento de gas natural están ubicadas en campos petrolíferos o cerca de ellos. Muchas compañías petroleras de la cuenca de Bakken en los campos de gas de Dakota del Norte, Montana, Manitoba y Saskatchewan separan los LGN en el campo, lo que permite a los perforadores vender propano directamente a pequeños mayoristas, eliminando el control del producto y los precios del propano o butano por parte de las grandes refinerías.

El oleoducto principal más reciente que comenzó a operar en América del Norte es una línea de gas natural TransCanada que va hacia el norte a través de la región del Niágara y une gas de esquisto Marcellus de Pensilvania y otros vinculados a fuentes de metano o gas natural, hacia la provincia canadiense de Ontario. a partir del otoño de 2012, suministrando el 16 por ciento de todo el gas natural utilizado en Ontario.

Principales gasoductos rusos a Europa en 2009. Las entregas en algunos oleoductos fueron interrumpidas o polémicas después de la invasión rusa de Ucrania de 2022, incluyendo la disputa de 2022 Rusia-Unión Europea.

Este nuevo gas natural suministrado por los EE. UU. desplaza el gas natural que antes se enviaba a Ontario desde el oeste de Canadá en Alberta y Manitoba, lo que reduce los cargos de envío de gasoductos regulados por el gobierno debido a la distancia significativamente más corta desde la fuente de gas hasta el consumidor. Para evitar demoras y la regulación del gobierno de EE. UU., muchos productores de petróleo pequeños, medianos y grandes en Dakota del Norte han decidido instalar un oleoducto al norte de Canadá para encontrarse con un oleoducto canadiense que transporta petróleo de oeste a este. Esto permite que los productores de petróleo de Bakken Basin y Three Forks obtengan precios negociados más altos por su petróleo porque no estarán restringidos a un solo mercado mayorista en los EE. UU. La distancia desde la zona petrolera más grande de Dakota del Norte, en Williston, Dakota del Norte, es de solo 85 millas o 137 kilómetros hasta la frontera entre Canadá y Estados Unidos y Manitoba. Los fondos mutuos y las empresas conjuntas son los mayores inversores en nuevos oleoductos y gasoductos. En el otoño de 2012, EE. UU. comenzó a exportar propano a Europa, conocido como GLP, ya que los precios mayoristas allí son mucho más altos que en América del Norte. Además, actualmente se está construyendo un oleoducto desde Dakota del Norte hasta Illinois, comúnmente conocido como el oleoducto de acceso de Dakota.

A medida que se construyen más gasoductos en América del Norte, se producen aún más exportaciones de GNL, propano, butano y otros productos de gas natural en las tres costas de EE. UU. Para dar una idea, la producción de petróleo de la región Bakken de Dakota del Norte ha crecido un 600 % entre 2007 y 2015. Las compañías petroleras de Dakota del Norte están enviando enormes cantidades de petróleo en vagones cisterna, ya que pueden dirigir el petróleo al mercado que ofrece la mejor precio, y los vagones de ferrocarril se pueden usar para evitar un oleoducto congestionado para llevar el petróleo a un oleoducto diferente a fin de llevar el petróleo al mercado más rápido o a una refinería de petróleo diferente menos concurrida. Sin embargo, los oleoductos proporcionan un medio más económico de transporte por volumen.

Enbridge en Canadá está solicitando revertir un oleoducto que va de este a oeste (Línea 9) y expandirlo y usarlo para enviar petróleo bituminoso del oeste de Canadá hacia el este. De un oleoducto actualmente clasificado de 250.000 barriles equivalentes por día, se ampliará a entre 1,0 y 1,3 millones de barriles por día. Llevará petróleo occidental a refinerías en Ontario, Michigan, Ohio, Pensilvania, Quebec y Nueva York a principios de 2014. New Brunswick también refinará parte de este crudo del oeste de Canadá y exportará algo de petróleo crudo y refinado a Europa desde su ULCC de petróleo de aguas profundas. puerto de carga

Aunque los oleoductos se pueden construir bajo el mar, ese proceso es técnica y económicamente exigente, por lo que la mayoría del petróleo en el mar se transporta en buques cisterna. De manera similar, a menudo es más factible económicamente transportar gas natural en forma de GNL; sin embargo, el punto de equilibrio entre el GNL y los gasoductos dependería del volumen de gas natural y la distancia que recorra.

Crecimiento del mercado

Pipa de gas en la región seca de Antofagasta, Chile.

El tamaño del mercado para la construcción de oleoductos y gasoductos experimentó un enorme crecimiento antes de la recesión económica de 2008. Después de vacilar en 2009, la demanda de expansión y actualización de oleoductos aumentó al año siguiente a medida que crecía la producción de energía. Para 2012, se estaban planificando o construyendo casi 32,000 millas de oleoductos en América del Norte. Cuando las tuberías están restringidas, las opciones adicionales de transporte de productos de tuberías pueden incluir el uso de agentes reductores de arrastre o el transporte del producto por camión o ferrocarril.

Construcción y operación

Los oleoductos están hechos de tubos de acero o plástico con un diámetro interior que suele oscilar entre 4 y 48 pulgadas (100 y 1220 mm). La mayoría de las tuberías suelen estar enterradas a una profundidad de aproximadamente 3 a 6 pies (0,91 a 1,83 m). Para proteger las tuberías del impacto, la abrasión y la corrosión, se utilizan una variedad de métodos. Estos pueden incluir revestimiento de madera (listones de madera), revestimiento de hormigón, protección contra rocas, polietileno de alta densidad, relleno de arena importado, cátodos de sacrificio y máquinas de relleno.

El petróleo crudo contiene cantidades variables de cera de parafina y, en climas más fríos, puede producirse una acumulación de cera dentro de una tubería. A menudo, estas tuberías se inspeccionan y limpian mediante pigging, la práctica de usar dispositivos conocidos como "pigs" para realizar diversas operaciones de mantenimiento en una tubería. Los dispositivos también se conocen como "raspadores" o "Go-devils". "Cerdos inteligentes" (también conocidos como cerdos "inteligentes" o de "inteligencia") se utilizan para detectar anomalías en la tubería, como abolladuras, pérdida de metal causada por corrosión, grietas u otros daños mecánicos. Estos dispositivos se lanzan desde las estaciones de lanzamiento de raspadores y viajan a través de la tubería para ser recibidos en cualquier otra estación aguas abajo, ya sea limpiando depósitos de cera y material que se haya acumulado dentro de la línea o inspeccionando y registrando el estado de la línea.

Para el gas natural, las tuberías están construidas con acero al carbono y varían en tamaño de 2 a 60 pulgadas (51 a 1524 mm) de diámetro, según el tipo de tubería. El gas es presurizado por estaciones compresoras y no tiene olor a menos que se mezcle con un odorante de mercaptano cuando así lo exija una autoridad reguladora.

Amoníaco

El oleoducto de amoníaco más largo del mundo de Rusia a Ucrania

Una importante tubería de amoníaco es la línea ucraniana Transammiak que conecta la instalación de TogliattiAzot en Rusia con el puerto exportador de Odessa en el Mar Negro.

Combustibles alcohólicos

Los oleoductos se han utilizado para el transporte de etanol en Brasil y hay varios proyectos de oleoductos de etanol en Brasil y Estados Unidos. Los principales problemas relacionados con el transporte de etanol por ductos son su naturaleza corrosiva y tendencia a absorber agua e impurezas en los ductos, los cuales no son problemas con el petróleo y el gas natural. Los volúmenes insuficientes y la rentabilidad son otras consideraciones que limitan la construcción de tuberías de etanol. En los EE. UU., cantidades mínimas de etanol se transportan por tubería. La mayor parte del etanol se envía por ferrocarril, siendo las principales alternativas camiones y barcazas. La entrega de etanol por tubería es la opción más deseable, pero la afinidad del etanol por el agua y las propiedades de los solventes requieren el uso de una tubería dedicada o una limpieza significativa de las tuberías existentes.

Carbón y minerales

Los oleoductos a veces se utilizan para transportar carbón o minerales desde las minas. El material a transportar se mezcla estrechamente con agua antes de introducirlo en la tubería; en el otro extremo, el material debe secarse. Un ejemplo es un oleoducto de lodo de 525 kilómetros (326 mi) que se planea transportar mineral de hierro desde la mina Minas-Rio (que produce 26,5 millones de toneladas por año) hasta el Puerto de Açu en Brasil. Un ejemplo existente es el oleoducto Savage River Slurry de 85 kilómetros (53 millas) en Tasmania, Australia, posiblemente el primero del mundo cuando se construyó en 1967. Incluye un tramo de puente de 366 metros (1201 pies) en 167 metros (548 pies) sobre el río Savage.

Hidrógeno

El transporte de hidrógeno por tubería es un transporte de hidrógeno a través de una tubería como parte de la infraestructura de hidrógeno. El transporte de hidrógeno por tubería se utiliza para conectar el punto de producción de hidrógeno o entrega de hidrógeno con el punto de demanda, con costos de transporte similares al GNC, la tecnología está probada. La mayor parte del hidrógeno se produce en el lugar de la demanda con cada 50 a 100 millas (160 km) una instalación de producción industrial. El gasoducto de hidrógeno de 1938 Rin-Ruhr de 240 kilómetros (150 millas) todavía está en funcionamiento. A partir de 2004, hay 900 millas (1400 km) de tuberías de hidrógeno de baja presión en los EE. UU. y 930 millas (1500 km) en Europa.

Agua

El Acueducto de Los Ángeles en Antelope Valley.

Hace dos milenios, los antiguos romanos utilizaron grandes acueductos para transportar agua desde elevaciones más altas al construir los acueductos en segmentos graduados que permitían que la gravedad empujara el agua hasta llegar a su destino. Cientos de estos se construyeron en toda Europa y en otros lugares, y junto con los molinos harineros se consideraban el sustento del Imperio Romano. Los antiguos chinos también hicieron uso de canales y sistemas de tuberías para obras públicas. El famoso eunuco de la corte de la dinastía Han, Zhang Rang (m. 189 d. C.), una vez ordenó al ingeniero Bi Lan que construyera una serie de bombas de cadena de paletas cuadradas en las afueras de la ciudad capital de Luoyang. Estas bombas de cadena daban servicio a los palacios imperiales y las viviendas de la ciudad capital, ya que el agua levantada por las bombas de cadena era traída por un sistema de tuberías de gres.

Las tuberías son útiles para transportar agua para beber o regar a largas distancias cuando necesita pasar por colinas o cuando los canales o canales son malas opciones debido a consideraciones de evaporación, contaminación o impacto ambiental.

El proyecto de suministro de agua Goldfields de 530 km (330 mi) en Australia Occidental, que utilizó tuberías de 750 mm (30 pulgadas) y se completó en 1903, fue el proyecto de suministro de agua más grande de su época.

Ejemplos de tuberías de agua importantes en el sur de Australia son la tubería Morgan-Whyalla (terminada en 1944) y la tubería Mannum-Adelaide (terminada en 1955), ambas parte del plan más grande de Snowy Mountains.

Hay dos acueductos de Los Ángeles, California, el Acueducto de Owens Valley (terminado en 1913) y el Segundo acueducto de Los Ángeles (terminado en 1970) que también incluyen un uso extensivo de tuberías

El Gran Río Artificial de Libia suministra 3 680 000 metros cúbicos (4 810 000 cu yd) de agua cada día a Trípoli, Benghazi, Sirte y varias otras ciudades de Libia. El oleoducto tiene más de 2.800 kilómetros (1.700 mi) de largo y está conectado a pozos que extraen un acuífero a más de 500 metros (1.600 pies) bajo tierra.

Otros sistemas

Calefacción urbana

Gasoducto de calefacción de distrito en Austria con una longitud de 31 km
Los sistemas de

calefacción urbana o telecalefacción consisten en una red de tuberías de alimentación y retorno aisladas que transportan agua caliente, agua caliente a presión o, a veces, vapor hasta el cliente. Si bien el vapor es más caliente y puede usarse en procesos industriales debido a su temperatura más alta, es menos eficiente para producir y transportar debido a las mayores pérdidas de calor. Los aceites de transferencia de calor generalmente no se usan por razones económicas y ecológicas. La pérdida anual típica de energía térmica a través de la distribución es de alrededor del 10%, como se ve en la red de calefacción urbana de Noruega.

Las tuberías de calefacción urbana normalmente se instalan bajo tierra, con algunas excepciones. Dentro del sistema, se puede instalar almacenamiento de calor para igualar las demandas de carga máxima. El calor se transfiere a la calefacción central de las viviendas a través de intercambiadores de calor en las subestaciones de calor, sin mezclar los fluidos en ninguno de los sistemas.

Cerveza

Thor Pipeline in Randers, Denmark
Thor Pipeline in Randers, Denmark

Los bares del Veltins-Arena, un importante campo de fútbol de Gelsenkirchen, Alemania, están interconectados por un conducto de cerveza de 5 kilómetros de largo. En la ciudad de Randers en Dinamarca, se operó el llamado oleoducto Thor Beer. Originalmente, las tuberías de cobre salían directamente de la cervecería, pero cuando la cervecería se mudó de la ciudad en la década de 1990, Thor Beer la reemplazó con un tanque gigante.

En septiembre de 2016 se completó una tubería de cerveza de tres kilómetros en Brujas, Bélgica, para reducir el tráfico de camiones en las calles de la ciudad.

Salmuera

El pueblo de Hallstatt en Austria, conocido por su larga historia de extracción de sal, afirma contener "la tubería industrial más antigua del mundo", que data de 1595. Se construyó a partir de 13 000 tubos huecos -Extraer troncos de árboles para transportar salmuera 40 kilómetros (25 mi) desde Hallstatt hasta Ebensee.

Leche

Entre 1978 y 1994, un oleoducto de 15 km discurrió entre la isla holandesa de Ameland y Holwerd en el continente, de los cuales 8 km bajo el mar de Wadden. Cada día se transportaban 30.000 litros de leche producida en la isla para ser procesada en el continente. En 1994 se abandonó el transporte de leche.

Conductos marinos

En algunos lugares, es posible que una tubería deba cruzar extensiones de agua, como pequeños mares, estrechos y ríos. En muchos casos, yacen completamente en el lecho marino. Estos oleoductos se denominan "marinos" oleoductos (también, oleoductos "submarinos" o "offshore"). Se utilizan principalmente para transportar petróleo o gas, pero también es importante el transporte de agua. En proyectos costa afuera, se hace una distinción entre una "línea de flujo" y una tubería. El primero es un gasoducto intrafield, en el sentido de que se utiliza para conectar bocas de pozos submarinos, colectores y la plataforma dentro de un campo de desarrollo particular. Este último, a veces denominado "tubería de exportación", se utiliza para llevar el recurso a la costa. La construcción y el mantenimiento de oleoductos marinos implican desafíos logísticos diferentes a los terrestres, principalmente por la dinámica de las olas y las corrientes, entre otros peligros geológicos. En Nigeria, los ladrones perforan los oleoductos, en 2022, durante la guerra ruso-ucraniana, los oleoductos submarinos de gas natural Nord Stream I y II fueron destruidos.

Funciones

En general, las tuberías se pueden clasificar en tres categorías según su propósito:

Reunir tuberías
Grupo de oleoductos interconectados más pequeños que forman redes complejas con el propósito de llevar petróleo crudo o gas natural de varios pozos cercanos a una planta de tratamiento o planta de procesamiento. En este grupo, los oleoductos suelen ser cortos un par de cientos de metros y con pequeños diámetros. También se consideran sistemas de recolección de tuberías submarinas para recoger productos de plataformas de producción de agua profunda.
Transporte de tuberías
Principales tuberías con grandes diámetros, productos móviles (oil, gas, productos refinados) entre ciudades, países e incluso continentes. Estas redes de transporte incluyen varias estaciones de compresión en líneas de gas o estaciones de bombeo para tuberías de crudo y multiproductos.
Gasoductos de distribución
Compuesto por varios oleoductos interconectados con pequeños diámetros, utilizados para llevar los productos al consumidor final. Líneas de alimentación para distribuir gas a hogares y negocios en aguas abajo. En estos grupos se incluyen tuberías en terminales para distribuir productos a tanques y almacenes.

Desarrollo y planificación

Cuando se construye una tubería, el proyecto de construcción no solo cubre el trabajo de ingeniería civil para tender la tubería y construir las estaciones de bombeo/compresión, sino que también debe cubrir todo el trabajo relacionado con la instalación de los dispositivos de campo que soportarán Operación remota.

La canalización se enruta a lo largo de lo que se conoce como "derecho de paso". Los gasoductos generalmente se desarrollan y construyen utilizando las siguientes etapas:

  1. Temporada abierta para determinar el interés del mercado: Los clientes potenciales tienen la oportunidad de inscribirse en parte de los derechos de capacidad del nuevo oleoducto.
  2. Selección de rutas (derecho) incluyendo adquisición de tierras (dominio eminente)
  3. Pipeline design: El proyecto de oleoductos puede tomar varias formas, incluyendo la construcción de un nuevo oleoducto, la conversión de oleoducto existente de un tipo de combustible a otro, o mejoras en las instalaciones en una ruta de oleoducto actual.
  4. Obtener la aprobación: Una vez finalizado el diseño y los primeros clientes del gasoducto han adquirido su parte de capacidad, el proyecto debe ser aprobado por los organismos reguladores pertinentes.
  5. Encuesta de la ruta
  6. Limpieza de la ruta
  7. Trenching – Ruta Principal y cruces (carreteras, ferrocarril, otras tuberías, etc.)
  8. Instalación de la tubería
  9. Instalación de válvulas, intersecciones, etc.
  10. Cubrir la tubería y la trinchera
  11. Pruebas: Una vez terminada la construcción, el nuevo gasoducto está sometido a pruebas para garantizar su integridad estructural. Estos pueden incluir pruebas hidrostáticas y embalaje de líneas.

Rusia tiene "Tropas de oleoductos" como parte de los Servicios de Retaguardia, quienes están capacitados para construir y reparar tuberías. Rusia es el único país que tiene tropas de oleoductos.

El gobierno de EE. UU., principalmente a través de la EPA, la FERC y otros, revisa los proyectos de tuberías propuestos para cumplir con la Ley de agua limpia, la Ley de política ambiental nacional, otras leyes y, en algunos casos, las leyes municipales. La administración de Biden ha tratado de permitir que los respectivos estados y grupos tribales evalúen y potencialmente bloqueen los proyectos propuestos.

Operación

Los dispositivos de campo son instrumentación, unidades de recopilación de datos y sistemas de comunicación. La instrumentación de campo incluye medidores/transmisores de flujo, presión y temperatura, y otros dispositivos para medir los datos relevantes requeridos. Estos instrumentos se instalan a lo largo de la tubería en algunos lugares específicos, como estaciones de inyección o entrega, estaciones de bombeo (tuberías de líquidos) o estaciones de compresión (gasoductos) y estaciones de válvulas de bloqueo.

La información medida por estos instrumentos de campo se recopila luego en unidades terminales remotas (RTU) locales que transfieren los datos de campo a una ubicación central en tiempo real mediante sistemas de comunicación, como canales satelitales, enlaces de microondas o conexiones de teléfonos celulares.

Las tuberías se controlan y operan de forma remota, desde lo que generalmente se conoce como "Sala de control principal". En este centro, todos los datos relacionados con la medición de campo se consolidan en una base de datos central. Los datos se reciben de múltiples RTU a lo largo de la tubería. Es común encontrar RTU instaladas en cada estación a lo largo de la tubería.

Sistema SCADA para tuberías.

El sistema SCADA en la sala de control principal recibe todos los datos de campo y se los presenta al operador de la tubería a través de un conjunto de pantallas o interfaz hombre-máquina, mostrando las condiciones operativas de la tubería. El operador puede monitorear las condiciones hidráulicas de la línea, así como enviar comandos operativos (abrir/cerrar válvulas, encender/apagar compresores o bombas, cambiar puntos de ajuste, etc.) a través del sistema SCADA al campo.

Para optimizar y asegurar el funcionamiento de estos activos, algunas empresas de oleoductos están utilizando lo que se denomina "Aplicaciones avanzadas de oleoductos", que son herramientas de software instaladas en la parte superior del sistema SCADA, que proporcionan una funcionalidad ampliada para realizar detección de fugas, ubicación de fugas, seguimiento de lotes (líneas de líquido), seguimiento de raspados, seguimiento de composición, modelado predictivo, modelado anticipado y capacitación de operadores.

Tecnología

Componentes

El cruce Trans Alaska Pipeline bajo el río Delta y sobre la cresta de la cordillera de Alaska

Las redes de tuberías se componen de varios equipos que funcionan juntos para mover productos de un lugar a otro. Los elementos principales de un sistema de tuberías son:

Estación de inyección inicial
Conocido también como estación "supply" o "inlet", es el comienzo del sistema, donde el producto se inyecta en la línea. Las instalaciones de almacenamiento, las bombas o los compresores generalmente se encuentran en estos lugares.
Estaciones de compresión y bomba
Bombas para tuberías y compresores líquidos para gasoductos, se encuentran a lo largo de la línea para mover el producto a través del gasoducto. La ubicación de estas estaciones se define por la topografía del terreno, el tipo de producto que se transporta o las condiciones operativas de la red.
Entrega parcial
Conocido también como "Estaciones intermedias", estas instalaciones permiten al operador de tuberías entregar parte del producto que se transporta.
Estación de válvula de bloque
Estas son las primeras líneas de protección para tuberías. Con estas válvulas el operador puede aislar cualquier segmento de la línea para el trabajo de mantenimiento o aislar una ruptura o fuga. Las estaciones de válvula de bloque se localizan generalmente cada 20 a 30 millas (48 km), dependiendo del tipo de tubería. Aunque no es una regla de diseño, es una práctica muy habitual en tuberías líquidas. La ubicación de estas estaciones depende exclusivamente de la naturaleza del producto que se transporta, la trayectoria del oleoducto y/o las condiciones operativas de la línea.
Estación reguladora
Este es un tipo especial de estación de válvulas, donde el operador puede liberar parte de la presión de la línea. Los reguladores suelen estar situados en la parte baja de un pico.
Estación final de entrega
Conocido también como estaciones "outlet" o terminales, aquí es donde el producto será distribuido al consumidor. Podría ser una terminal de tanques para tuberías líquidas o una conexión a una red de distribución para gasoductos.

Sistemas de detección de fugas

Dado que los oleoductos y gasoductos son un activo importante para el desarrollo económico de casi cualquier país, las regulaciones gubernamentales o las políticas internas han requerido que se garantice la seguridad de los activos, la población y el medio ambiente donde se ejecutan estos oleoductos.

Las empresas de oleoductos enfrentan regulaciones gubernamentales, restricciones ambientales y situaciones sociales. Las regulaciones gubernamentales pueden definir el personal mínimo para ejecutar la operación, los requisitos de capacitación del operador, las instalaciones de la tubería, la tecnología y las aplicaciones requeridas para garantizar la seguridad operativa. Por ejemplo, en el estado de Washington es obligatorio que los operadores de tuberías puedan detectar y localizar fugas del 8 por ciento del flujo máximo en quince minutos o menos. Los factores sociales también afectan la operación de los oleoductos. El robo de productos a veces también es un problema para las empresas de oleoductos. En este caso, los niveles de detección deben estar por debajo del dos por ciento del flujo máximo, con una gran expectativa de precisión de ubicación.

Se han implementado varias tecnologías y estrategias para monitorear tuberías, desde caminar físicamente por las líneas hasta vigilancia satelital. La tecnología más común para proteger las tuberías de fugas ocasionales es el Monitoreo Computacional de Tuberías o CPM. CPM toma información de campo relacionada con presiones, caudales y temperaturas para estimar el comportamiento hidráulico del producto transportado. Una vez que se completa la estimación, los resultados se comparan con otras referencias de campo para detectar la presencia de una anomalía o situación inesperada, que puede estar relacionada con una fuga.

El American Petroleum Institute ha publicado varios artículos relacionados con el desempeño de CPM en tuberías de líquidos. Las publicaciones de la API son:

  • RAM 1130 – Supervisión de tuberías computacionales para tuberías de líquidos
  • API 1149 – Inciertas variables de tuberías " sus efectos en la detectabilidad de fugas

Cuando una tubería que contiene pasa por debajo de una carretera o vía férrea, generalmente se encierra en una cubierta protectora. Esta carcasa se ventila a la atmósfera para evitar la acumulación de gases inflamables o sustancias corrosivas, y para permitir que se tomen muestras del aire dentro de la carcasa para detectar fugas. El ventilación de la carcasa, un tubo que sobresale del suelo, a menudo se dobla como un marcador de advertencia llamado marcador de ventilación de la carcasa.

Implementación

Las tuberías generalmente se colocan bajo tierra porque la temperatura es menos variable. Debido a que las tuberías suelen ser de metal, esto ayuda a reducir la expansión y la contracción que pueden ocurrir con los cambios climáticos. Sin embargo, en algunos casos es necesario cruzar un valle o un río en un puente de tubería. Las tuberías para los sistemas de calefacción centralizados a menudo se colocan sobre el suelo o por encima de la cabeza. Las tuberías de petróleo que atraviesan áreas de permafrost como Trans-Alaska-Pipeline a menudo se ejecutan por encima de la cabeza para evitar que el petróleo caliente derrita el suelo congelado, lo que provocaría el hundimiento de la tubería en el suelo.

Mantenimiento

El mantenimiento de las tuberías incluye la verificación de los niveles de protección catódica para el rango adecuado, la vigilancia de la construcción, la erosión o las fugas a pie, en un vehículo terrestre, en un bote o por aire, y la ejecución de raspadores de limpieza, cuando hay algo transportado en la tubería que corrosivo.

Las reglas de mantenimiento de tuberías de EE. UU. están cubiertas en las secciones del Código de Regulaciones Federales (CFR), 49 CFR 192 para tuberías de gas natural y 49 CFR 195 para tuberías de líquidos de petróleo.

Regulación

Un oleoducto subterráneo que atraviesa un parque

En EE. UU., los oleoductos terrestres y marinos que se utilizan para transportar petróleo y gas están regulados por la Administración de Seguridad de Oleoductos y Materiales Peligrosos (PHMSA). Ciertos oleoductos en alta mar utilizados para producir petróleo y gas están regulados por el Servicio de Gestión de Minerales (MMS). En Canadá, las tuberías están reguladas por los reguladores provinciales o, si cruzan los límites provinciales o la frontera entre Canadá y EE. UU., por la Junta Nacional de Energía (NEB). Las regulaciones gubernamentales en Canadá y los Estados Unidos exigen que las tuberías de combustible enterradas estén protegidas contra la corrosión. A menudo, el método más económico de control de la corrosión es mediante el uso de revestimiento de tuberías junto con protección catódica y tecnología para monitorear la tubería. En la superficie, la protección catódica no es una opción. El revestimiento es la única protección externa.

Conductos y geopolítica

Los oleoductos para los principales recursos energéticos (petróleo y gas natural) no son simplemente un elemento de comercio. También se relacionan con cuestiones de geopolítica y seguridad internacional, y la construcción, colocación y control de oleoductos y gasoductos a menudo ocupan un lugar destacado en los intereses y acciones estatales. Un ejemplo notable de política de oleoductos ocurrió a principios del año 2009, cuando una disputa entre Rusia y Ucrania aparentemente sobre precios condujo a una gran crisis política. La compañía de gas estatal rusa Gazprom cortó el suministro de gas natural a Ucrania después de que fracasaran las conversaciones entre esta y el gobierno ucraniano. Además de cortar los suministros a Ucrania, el gas ruso que fluía a través de Ucrania, que incluía casi todos los suministros a Europa sudoriental y algunos suministros a Europa central y occidental, se cortó, lo que generó una crisis importante en varios países que dependen en gran medida del gas ruso como combustible.. Rusia fue acusada de utilizar la disputa como palanca en su intento de evitar que otras potencias, y en particular la Unión Europea, interfirieran en su 'extranjero cercano'.

Los oleoductos y gasoductos también ocupan un lugar destacado en la política de Asia Central y el Cáucaso.

Identificación de peligros

Debido a que la fracción solvente de dilbit generalmente comprende compuestos aromáticos volátiles como la nafta y el benceno, se puede esperar una vaporización razonablemente rápida del portador después de un derrame sobre el suelo, lo que aparentemente permite una intervención oportuna al dejar solo un residuo viscoso que migra lentamente. Los protocolos efectivos para minimizar la exposición a vapores petroquímicos están bien establecidos, y es poco probable que el petróleo derramado del oleoducto llegue al acuífero a menos que la remediación incompleta fuera seguida por la introducción de otro portador (por ejemplo, una serie de aguaceros torrenciales).

La introducción de benceno y otros compuestos orgánicos volátiles (colectivamente BTEX) en el ambiente subterráneo agrava la amenaza que representa una fuga en una tubería. En particular, si le sigue la lluvia, una brecha en la tubería daría como resultado la disolución de BTEX y el equilibrio del benceno en el agua, seguido de la percolación de la mezcla en el acuífero. El benceno puede causar muchos problemas de salud y es cancerígeno con el Nivel Máximo de Contaminante (MCL) de la EPA establecido en 5 μg/L para el agua potable. Aunque no está bien estudiado, los eventos únicos de exposición al benceno se han relacionado con la carcinogénesis aguda. Además, se ha demostrado que la exposición del ganado, principalmente bovino, al benceno causa muchos problemas de salud, como neurotoxicidad, daño fetal y envenenamiento fatal.

La superficie completa de una tubería sobre el suelo se puede examinar directamente en busca de brechas materiales. El petróleo acumulado no es ambiguo, se detecta fácilmente e indica la ubicación de las reparaciones necesarias. Debido a que la efectividad de la inspección remota está limitada por el costo del equipo de monitoreo, las brechas entre los sensores y los datos que requieren interpretación, las pequeñas fugas en tuberías enterradas a veces pueden pasar desapercibidas.

Los desarrolladores de oleoductos no siempre dan prioridad a la vigilancia eficaz contra fugas. Las tuberías enterradas generan menos quejas. Están aislados de temperaturas ambientales extremas, están protegidos de los rayos ultravioleta y están menos expuestos a la fotodegradación. Las tuberías enterradas están aisladas de escombros transportados por el aire, tormentas eléctricas, tornados, huracanes, granizo y lluvia ácida. Están protegidos de las aves que anidan, los mamíferos en celo y los perdigones perdidos. La tubería enterrada es menos vulnerable a daños por accidentes (por ejemplo, colisiones de automóviles) y menos accesible para vándalos, saboteadores y terroristas.

Exposición

El trabajo anterior ha demostrado que un 'escenario de exposición en el peor de los casos' puede limitarse a un conjunto específico de condiciones. Con base en los métodos de detección avanzados y el SOP de cierre de tuberías desarrollado por TransCanada, el riesgo de una liberación importante o grande durante un corto período de tiempo que contamine las aguas subterráneas con benceno es poco probable. Los procedimientos de detección, cierre y remediación limitarían la disolución y el transporte de benceno. Por lo tanto, la exposición al benceno se limitaría a fugas que estén por debajo del límite de detección y pasen desapercibidas durante largos períodos de tiempo. La detección de fugas se monitorea a través de un sistema SCADA que evalúa la presión y el caudal volumétrico cada 5 segundos. Una fuga estenopeica que libera pequeñas cantidades que el sistema SCADA no puede detectar (<1,5% de flujo) podría acumularse en un derrame importante. La detección de fugas por orificios de alfiler provendría de una inspección visual u olfativa, inspección aérea o inconsistencias en el balance de masa. Se supone que las fugas pequeñas se descubren dentro del intervalo de inspección de 14 días; sin embargo, la capa de nieve y la ubicación (p. ej., remota, profunda) podrían retrasar la detección. El benceno generalmente constituye del 0,1 al 1,0 % del aceite y tendrá diversos grados de volatilidad y disolución según los factores ambientales.

Incluso con volúmenes de fugas en tuberías dentro de los límites de detección de SCADA, a veces los operadores de tuberías malinterpretan las fugas en tuberías como fallas en la bomba u otros problemas. Los operadores en Edmonton pensaron que la falla del oleoducto de petróleo crudo Enbridge Line 6B en Marshall, Michigan el 25 de julio de 2010 se debió a la separación de la columna del dilbit en ese oleoducto. La fuga en los humedales a lo largo del río Kalamazoo solo fue confirmada 17 horas después de que ocurriera por un empleado de la compañía de gas local.

Frecuencia de derrame-volumen

Aunque la Administración de Seguridad de Materiales Peligrosos y Oleoductos (PHMSA, por sus siglas en inglés) tiene frecuencias estándar de incidentes de referencia para estimar la cantidad de derrames, TransCanada modificó estas suposiciones basándose en mejoras en el diseño, la operación y la seguridad de los oleoductos. Es discutible si estos ajustes están justificados, ya que estas suposiciones resultaron en una disminución de casi 10 veces en las estimaciones de derrames. Dado que el oleoducto cruza 247 millas del Acuífero Ogallala, o el 14,5 % de la longitud total del oleoducto, y se espera que la vida útil de 50 años del oleoducto completo tenga entre 11 y 91 derrames, se puede esperar que se produzcan aproximadamente entre 1,6 y 13,2 derrames. ocurren sobre el acuífero. Una estimación de 13,2 derrames sobre el acuífero, cada uno con una duración de 14 días, da como resultado 184 días de exposición potencial durante los 50 años de vida útil del oleoducto. En el peor escenario de exposición de alcance reducido, el volumen de una fuga estenopeica al 1,5 % del caudal máximo durante 14 días se ha estimado en 189 000 barriles o 7,9 millones de galones de petróleo. Según la base de datos de incidentes de PHMSA, solo el 0,5 % de todos los derrames en los últimos 10 años fueron >10 000 barriles.

Destino y transporte del benceno

Escenario para la lixiviación de benceno a las aguas subterráneas

El benceno se considera un hidrocarburo aromático ligero con alta solubilidad y alta volatilidad. No está claro cómo afectarían la temperatura y la profundidad a la volatilidad del benceno, por lo que se han hecho suposiciones de que el benceno en aceite (1 % en peso por volumen) no se volatilizaría antes de equilibrarse con el agua.

Usando el coeficiente de partición octanol-agua y un evento de precipitación de 100 años para el área, se anticipa que fluirá hacia el acuífero una estimación del peor de los casos de 75 mg/L de benceno. El movimiento real de la pluma a través de los sistemas de agua subterránea no está bien descrito, aunque una estimación es que hasta 4,900 millones de galones de agua en el Acuífero Ogallala podrían contaminarse con benceno en concentraciones superiores al MCL. La Declaración Final de Impacto Ambiental del Departamento de Estado no incluye un análisis cuantitativo porque asume que la mayor parte del benceno se volatilizará.

Dificultades anteriores de remediación de derrames de Dilbit

Una de las principales preocupaciones sobre dilbit es la dificultad para limpiarlo. Cuando el oleoducto de petróleo crudo Enbridge Line 6B antes mencionado se rompió en Marshall, Michigan en 2010, se derramaron al menos 843,000 galones de dilbit. Después de la detección de la fuga, se desplegaron barreras y camiones aspiradores. Las fuertes lluvias hicieron que el río desbordara las presas existentes y arrastraron a Dilbit 30 millas río abajo antes de que se contuviera el derrame. El trabajo de remediación recolectó más de 1.1 millones de galones de petróleo y casi 200,000 yardas cúbicas de sedimentos y escombros contaminados con petróleo del sistema del río Kalamazoo. Sin embargo, todavía se encontraba petróleo en las aguas afectadas en octubre de 2012.

Accidentes y peligros

Los oleoductos pueden ayudar a garantizar el bienestar económico de un país y, como tales, presentan un objetivo probable de terroristas o adversarios en tiempos de guerra. Los combustibles fósiles se pueden transportar por tubería, ferrocarril, camión o barco, aunque el gas natural requiere compresión o licuefacción para que el transporte en vehículos sea económico. Para el transporte de petróleo crudo a través de estos cuatro modos, varios informes clasifican a los oleoductos como proporcionalmente causantes de menos muertes humanas y daños a la propiedad que el ferrocarril y los camiones y derraman menos petróleo que los camiones.

Accidentes

Las tuberías que transportan material inflamable o explosivo, como gas natural o petróleo, plantean problemas de seguridad especiales. Si bien la corrosión, la presión y las fallas en los equipos son causas comunes, los daños por excavación también son un tipo importante de accidente que se puede evitar llamando al 811 antes de excavar cerca de tuberías.

  • 1965 – Un oleoducto de transmisión de gas de 32 pulgadas, al norte de Natchitoches, Louisiana, perteneciente a la Pipeline de Gas de Tennessee explotó y se quemó por el fracaso de la corrosión de estrés el 4 de marzo, matando a 17 personas. Al menos 9 resultaron heridos, y 7 hogares a 450 pies de la ruptura fueron destruidos. Este accidente, y otros de la era, llevó al entonces presidente Lyndon B. Johnson a pedir la formación de una agencia nacional de seguridad de tuberías en 1967. El mismo oleoducto también había tenido una explosión el 9 de mayo de 1955, a sólo 930 pies (280 m) del fracaso de 1965.
  • 16 de junio, 1976 – Un gasoducto de gasolina fue roto por un equipo de construcción de carreteras en Los Ángeles, California. Gasolina rociada por toda la zona, y pronto encendida, matando 9, e hiriendo al menos 14 otros. La confusión sobre la profundidad del oleoducto en la zona de construcción parecía ser un factor en el accidente.
  • 4 de junio de 1989 – El desastre del tren Ufa: Sparks de dos trenes que pasan detonaron gas filtrando desde un gasoducto GLP cerca de Ufa, Rusia. Al menos 575 personas fueron reportadas muertas.
  • 17 de octubre de 1998 – 1998 Explosión del oleoducto Jesse: Un oleoducto de petróleo explotó en Jesse en el Delta del Níger en Nigeria, matando a unos 1.200 aldeanos, algunos de los cuales estaban robando gasolina.
  • 10 de junio de 1999 – Una ruptura de oleoductos en un parque Bellingham, Washington llevó a la liberación de 277,200 galones de gasolina. La gasolina fue encendido, causando una explosión que mató a dos niños y un adulto. Se determinó que la falta de funcionamiento del oleoducto y una sección previamente dañada de la tubería que no se detectó antes causaban el fracaso.
  • 19 de agosto de 2000 – Una ruptura de gas natural y fuego cerca de Carlsbad, Nuevo México; esta explosión y fuego mataron a 12 miembros de una familia ampliada. La causa se debió a la severa corrosión interna del oleoducto.
  • 30 de julio de 2004 – Un importante gasoducto explotó en Ghislenghien, Bélgica, cerca de Ath (a 30 kilómetros al suroeste de Bruselas), matando al menos 24 personas y dejando 132 heridos, algunos críticos.
  • 12 de mayo de 2006 – Un oleoducto despegó fuera de Lagos, Nigeria. Puede que hasta 200 personas hayan sido asesinadas. Vea la explosión de petróleo de Nigeria.
  • 1 de noviembre de 2007 – Un gasoducto propano explotó cerca de Carmichael, Mississippi, a unas 30 millas (48 km) al sur de Meridian, Mississippi. Two people were killed Instant and an additional four were injured. Varios hogares fueron destruidos y sesenta familias fueron desplazadas. El gasoducto es propiedad de Enterprise Products Partners LP, y funciona desde Mont Belvieu, Texas, hasta Apex, Carolina del Norte. La incapacidad para encontrar defectos en los defectos de tuberías soldadas antes de 1971 ERW fue un factor que contribuyó al accidente.
  • Septiembre 9, 2010 – 2010 Explosión de tuberías de San Bruno: Un gasoducto de gas natural de alta presión de 30 pulgadas de diámetro propiedad de la Pacific Gas y Electric Company explotó en el barrio residencial Crestmoor 2 mi (3,2 km) al oeste del Aeropuerto Internacional de San Francisco, matando 8, hiriendo 58, y destruyendo 38 viviendas. El control de calidad deficiente de la tubería utilizada " de la construcción se citó como factores en el accidente.
  • 27 de junio de 2014 – Una explosión ocurrió después de una línea de tuberías de gas natural rota en el pueblo de Nagaram, distrito de East Godavari, Andhra Pradesh, India causando 16 muertes y destruyendo "scores de viviendas".
  • 31 de julio de 2014 – En la noche del 31 de julio, se produjo una serie de explosiones originarias de gasoductos subterráneos en la ciudad de Kaohsiung, Taiwán. El gas de plomo llenó las alcantarillas a lo largo de varias vías importantes y las explosiones resultantes convirtieron varios kilómetros de superficie de carretera en trincheras profundas, enviando vehículos y escombros altos en el aire y encendiendo fuegos sobre una gran zona. Al menos 32 personas murieron y 321 resultaron heridas.

Como objetivos

Las tuberías pueden ser objeto de vandalismo, sabotaje o incluso ataques terroristas. Por ejemplo, entre principios de 2011 y julio de 2012, un gasoducto de gas natural que conecta Egipto con Israel y Jordania fue atacado 15 veces. En 2019, una tubería de combustible al norte de la Ciudad de México explotó luego de que los ladrones de combustible aprovecharan la línea. Se informó que al menos sesenta y seis personas murieron. En la guerra, los oleoductos suelen ser el objetivo de los ataques militares, ya que la destrucción de los oleoductos puede perturbar gravemente la logística enemiga. El 26 de septiembre de 2022, se produjeron una serie de explosiones y posteriores fugas de gas importantes en los gasoductos Nord Stream 1 y Nord Stream 2 que van a Europa desde Rusia bajo el Mar Báltico. Se cree que las filtraciones fueron causadas por un acto de sabotaje.

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