Tema3.1-Sistemas de Tranporte y Distribución

SISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE

GAS NATURAL

La distribución de gas natural desde los centros de producción: pozos de extracción o plantas de regasificación, hasta los diferentes centros de consumo, requiere la instalación de una red de tuberías, tendidas sobre y bajo tierra, que lo transporte hasta las distintas regiones y lo distribuya después en cada región hasta los puntos de consumo. Antes de la distribución se hace una purificación necesaria, que nos hace ver que además del propano y butano, valiosos desde del punto de vista de la industria, el gas natural crudo contiene H2O, CO2 y H2S; los cuales se eliminarán antes de colocar el gas en las líneas de transmisión.

INTRODUCCION

INTRODUCCION

Cadena del Gas Natural

INTRODUCCION Sistema de transporte y distribución de gas natural

El cálculo hidráulico y dimensionamiento de redes es uno de los problemas que se dan en refinería y plantas similares y en el sistema de distribución domiciliaria. El costo que supone este transporte puede llegar a ser una partida presupuestaria muy importante no en vano, los sistemas de tuberías representan aproximadamente en una planta el 30% del costo del material, el 30-40% del trabajo del montaje , el 40-50% de horas hombre de ingeniería y el 60% del volumen del material de la planta.

INTRODUCCION

Los sistemas de distribución y transporte de gas natural, se caracterizan porque estos sistemas pueden formar sistemas de tuberías en: serie, paralelo, ramificado y redes de tuberías propiamente.

• Los sistemas de distribución domiciliaria e industrial (a quemadores), manejan una presión de hasta 60 psig.

• Los sistemas de transporte generalmente manejan presiones altas (hasta 1000 psig) y estos son propios de los gasoductos.

Los sistemas de transporte y distribución de gas están constituidas por una serie de elementos llamado líneas, a través de las cuales circula gas (tuberías, estaciones de compresión, válvulas de regulación, control y almacenamientos) .

CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN


Características del Sistema de Distribución de Gas Natural

Alta Presión B P≤16 bar

Alta Presión A 4 bar ≤ P < 16 bar

Media Presión B 0.4 bar ≤ P < 4 bar

Media Presión A 0.05 bar ≤ P < 0.4 bar

Baja Presión P<0.05 bar

Ecuación de Continuidad:Flujo másico:

m = m1=m2=m3

m = oQ1 = o Q2 = o Q3

Flujo volumétrico :Q = Q1= Q2 = Q3 ; En condiciones standar a Po y

To

SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE

P1

P2

L1,D1

m1,Q1

L2,D2L3,D3

m2,Q2 m3,Q3BA

Ecuación de Flujo:Ecuación analítica:

Ecuación Semiempírica:

SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE

P1

P2

L1,D1

m1,Q1

L2,D2L3,D3

m2,Q2 m3,Q3BA

1/ 22 2

21 2

1

2

( )

21

ln2 i

M P Pg zm ZRT

A Lf kD

2 21 2 ; Ecuación general

aSbP e P

Q C DL

2 2

1 2

1 1; donde: ; ;

nS

m n

KLQ bP e P n m K

D a a C

Para ecuaciones Analíticas de Flujo:Condición: hp Tub1= hpTub2

SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE CRITERIO LONGITUD EQUIVALENTE

ºP1 P2

L1,D1L2,D2

P1 P2

m1,Q1 m2,Q2

2 21 1 2 2

1 21 22 2

L v L vf fD g D g

5

22 1

1

DL L

D

Para ecuaciones Semiempíricas de Flujo:

Condición: 2 2 2 21 2 1 21 2Tub TubP P P P

1 1 2 2

1 2

n n

m m

KLQ KL Q

D D

22 1

1

mD

L LD

m=b/a depende de la ecuación de flujo semiempírica

SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE CRITERIO LONGITUD EQUIVALENTE

Ejemplo: Exprese el siguiente sistemas de tubería a una tubería equivalente de 4”

1 3 2 8”, 5000 pies 4” , 3000pies 6”, 6000 pies

Ecuaciones Analíticas:LTOTAL= L1eq + L2 + L3eq = L1(D2/D1)5 + L2 + L3(D2/D3)5

LTOTAL= 5000 (4/8)5 + 3000 + 6000 (4/6)5

LTOTAL= 3946, 37 pies de tubería de 4” de diámetroEcuaciones Semiempíricas: Aplicando ecuación de Weymouth: m=5.334

LTOTAL= L1eq + L2 + L3eq = L1(D2/D1)5.334 + L2 + L3(D2/D3)5.334

LTOTAL= 5000 (4/8)5.334 + 3000 + 6000 (4/6)5.334

LTOTAL= 3814.01 pies de tubería de 4” de diámetroUna vez hecha esta conversión se puede trabajar como si fuese una sola tubería de 4”

Ecuación de Continuidad:Nodo A:

m3 = m1+m2

oQ3 = oQ1 + oQ2 Q3 = Q1 + Q2

Condición o Criterio de Tuberías en Paralelo:

SISTEMAS DE TUBERIAS EN PARALELO

Estación 1 Estación 2

L1,D1

m1,Q1

L2,D2

m2,Q2

L3,D3

m3,Q3P1 P2

A

1 11 2A ATub TubP P P P



SISTEMAS DE TUBERIAS EN PARALELO

1/ 22 2

21 2

1

2

( )

21

ln2 i

M P Pg zm ZRT

A Lf kD


aSbP e P

Q C DL

2 2

1 2

1 1; donde: ; ;

nS

m n

KLQ bP e P n m K

D a a C

Estación 1 Estación 2

L1,D1

m1,Q1

L2,D2

m2,Q2

L3,D3

m3,Q3P1 P2

A

Ecuación de Continuidad:Nodo C:

m4 = m1+m2 + m3

oQ4 = oQ1 + oQ2 + oQ3 Q4 = Q1 + Q2 + Q3

SISTEMAS DE TUBERIAS RAMIFICADAS

Planta deGas

Pozo A

Pozo B

Pozo C

C

D

L1 ,D

1m

1 ,Q1

L2,D2

m2,Q2

L3,D3

m3,Q3

L4,D4

m4,Q4



SISTEMAS DE TUBERIAS RAMIFICADAS

1/ 22 2

21 2

1

2

( )

21

ln2 i

M P Pg zm ZRT

A Lf kD


aSbP e P

Q C DL

2 2

1 2

1 1; donde: ; ;

nS

m n

KLQ bP e P n m K

D a a C

Planta deGas

Pozo A

Pozo B

Pozo C

C

D

L1 ,D

1m

1 ,Q1

L2,D2

m2,Q2

L3,D3

m3,Q3

L4,D4

m4,Q4

La resolución de estos sistemas, se puede resolver por diferentes métodos como ser: Hardy – Cross, Newton – Rapshon, linearización y otros.

SISTEMAS DE TUBERIAS TIPO RED

A

B

C

D

1

25

4

3m,Q

mB,QB

mC,QC

mD,QD

III

CRITERIOS PARA LA RESOLOCION DE REDES

SISTEMAS DE TUBERIAS TIPO RED – METODO DE HARDY - CROSS

1. Caída de Presión. Considerando tubería horizontal, en ec. semiempírica, s=0

2 21 2

1 1; donde: ; ;

k

nn

km n

KLQ bP P r Q n m K

D a a C

2. Ley de Nodos. En condiciones estandar a Po y To

Qi=0 Donde: Qi= (+) salidas Qi= (-) entradas 3. Ley de Mallas ó Circuitos. :

2 21 2 0

i i

P P

2 21 2

i

i

nn

imi i ii i

KLQP P rQ

D

( )i

nirQ

( )i

nirQ

Sentido del FlujoDonde:

Ejemplo:Ley de Nodos

Ley de Mallas


CRITERIOS PARA LA RESOLOCION DE REDES


Condición Básica. Para cualquier tubería Q= Qo + Q Donde: Qo caudal supuesto Q Corrección del caudal (0)

Sentido del FlujoDonde:

1

1

1

1

m n

i oi oii

m n

i oii

rQ QQ

n r Q

Ecuación de Corrección del Caudal (Q).

1( )

i

n

i o oirQ Q

1( )

oi

n

i oirQ Q

Ejemplo:Ec. de Q :


1 1 1

1 1 1 3 3 3 2 2 2

1 1 2 1

1 1 2 2 3 3( )

n n n

o o o o o o

n n n

o o o

rQ Q rQ Q r Q QQ

n r Q r Q r Q

1 1 1

4 4 4 3 3 3 5 5 5

2 1 2 1

3 3 4 4 5 5( )

n n n

o o o o o o

n n n

o o o

r Q Q rQ Q rQ QQ

n r Q r Q r Q

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