FUNDAMENTOS DE TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS

AGOSTO 2015

EMI-COCHABAMBA

PETROLEO

Mezcla en proporciones variables de hidrocarburos sólidos, líquidos o gaseosos que se encuentran en los yacimientos bajo presiones y temperaturas mas o menos elevadas.

Los petróleos crudos pueden ser de base parafínica, asfáltica o mixta.

Los crudos de petróleo, según la densidad, se clasifican en:

a) Pesados (10° a 23,3° API).

b) Medios (23,3° a 31,1° API).

c) Livianos (superiores a los 31,3° API).

El grado API se fija mediante una escala adoptada por el American Petroleum Institute para medir la densidad de los petróleos brutos.

La escala varía generalmente entre 10° (equivalente a una densidad de 1,0000) y 100° (equivalente a una densidad de 0,6112) con relación al agua a 4° C de temperatura.

COMPOSICION DE UN PETROLEO CRUDOPAIS Gravedad API Sulfuro% USA,Oklahoma 37,3 0,11(dulce)MEXICO, Poza Rica 30,7 1,67 (amargo)

IRAK, Kirkuk 36,6 (ligero) 1,93 (amargo)VENEZUELA,La Rosa 25,3 (pesado) 1,76 (amargo)BOLIVIA, 55 (muy ligero) 0,4 (dulce)

FarelativaDensidad

APIGravedad

or

r

60

5,1315,141

• GAS NATURAL

• También llamado gas metano es una mezcla de gases donde el metano representa un porcentaje alto entre 70 – 90 % del total de hidrocarburos que se encuentran.

• Su origen se remonta a millones de años atrás, con la, muerte y descomposición de distintos organismos como animales y plantas, que quedaron sepultados bajo lodo y arena.

• La presión que la tierra ejerció sobre estos cuerpos y el intenso calor del magma, permutó estos cuerpos en petróleo crudo y gas natural.

• Según se encuentre junto al petróleo o no, se habla de gas asociado o libre (no asociado).

• Los yacimientos de gas generalmente son independientes y se formaron en etapas geológicas mas recientes.

La composición del gas natural esta determinada por la influencia de los siguientes factores: Condiciones de temperatura y presión del yacimiento, estructura geológica de la zona de extracción, el grado de saturación del gas a la temperatura de salida del gas del pozo, etc.

El Gas Natural, generalmente contiene impurezas como vapor de agua, gas carbónico, nitrógeno, sulfuro de hidrogeno y helio.

Es estratégico como materia prima para un sin fin de actividades industriales, particularmente de la petroquímica que es la base de muchas otras de alta tecnologías

• GAS NATURAL

• Gas acido: Contiene mas de 6 mg/m3 de H2S.

• Gas dulce: Contiene menos de 6 mg de H2S/m3 de GN.

• Gas húmedo: Contenido de humedad mayor a 14 cm3 de agua/m3 de gas.

• Gas seco: Contenido menor a 14 cm3 de agua/m3 de gas.

• Gas rico: Contiene una cantidad significativa de compuestos mas pesados que el etano, alrededor de 95 cm3 de C3+ /m3 de gas.

• Gas pobre: Contiene pocas cantidades de propano y pesados.

CAMPO: Monteagudo 01-ene-14 08-ene-14 15-ene-14 22-ene-14 29-ene-14 PROMEDIO

PRESION: (PSIG) 609 609 597 604 MENSUAL

TEMPERATURA: (°F) 68 98 100 85

% MOL % MOL % MOL % MOL % MOL % MOL

N2 0,98 1,00 0,98 0,98 0,99

CO2 0,26 0,22 0,22 0,31 0,25

C1 82,17 81,94 81,07 82,01 81,78

C2 9,40 9,59 9,64 9,24 9,47

C3 4,31 4,52 4,74 4,38 4,49

iC4 0,64 0,63 0,77 0,71 0,69

nC4 1,18 1,21 1,51 1,40 1,33

iC5 0,40 0,33 0,41 0,37 0,38

nC5 0,37 0,31 0,34 0,31 0,33

C6 0,29 0,25 0,32 0,29 0,29

TOTAL 100,00 100,00 100,00 100,00 0,00 100,00

GRAVEDAD ESPECIFICA 0,699 0,698 0,711 0,701 0,000 0,702

PODER CALORIF.SATURADO A 60 °F(BTU/PC) 1.192,0 1.191,8 1.211,4 1.195,2 0,0 1.197,8

PUNTO DE ROCIO HC °F #¡DIV/ 0!

PUNTO DE ROCIO H2O °F #¡DIV/ 0!

VAPOR DE AGUA Lbs/MMpc #¡DIV/ 0!

COMPONENTES

CROMATOGRAFIA DE GASES

CAMPO: Caigua 01-ene-14 08-ene-14 15-ene-14 22-ene-14 29-ene-14 PROMEDIO

PRESION: (PSIG) 912 852 800 840 MENSUAL

TEMPERATURA: (°F) 83 83 57 80

% MOL % MOL % MOL % MOL % MOL % MOL

N2 0,61 0,68 0,63 0,62 0,64

CO2 1,52 1,51 1,52 1,53 1,52

C1 88,13 88,05 88,11 88,22 88,11

C2 6,24 6,17 6,22 6,22 6,21

C3 2,25 2,29 2,30 2,22 2,27

iC4 0,38 0,40 0,37 0,35 0,38

nC4 0,51 0,53 0,50 0,49 0,51

iC5 0,15 0,16 0,15 0,15 0,15

nC5 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10

C6 0,11 0,11 0,10 0,10 0,11

TOTAL 100,00 100,00 100,00 100,00 0,00 100,00

GRAVEDAD ESPECIFICA 0,645 0,646 0,645 0,644 0,000 0,645

PODER CALORIF.SATURADO A 60 °F(BTU/PC) 1.085,2 1.086,1 1.084,9 1.083,1 0,0 1.085,0

PUNTO DE ROCIO HC °F #¡DIV/ 0!

PUNTO DE ROCIO H2O °F #¡DIV/ 0!

VAPOR DE AGUA Lbs/MMpc #¡DIV/ 0!

COMPONENTES

CROMATOGRAFIA DE GASES

Consumidor Final

CADENA DE LA INDUSTRIA DE HIDROCARBUROS

Transporte de Gas Natural

• Densidad Absoluta : Nos indica la relación existente entre la masa por unidad de volumen:

• Unidades en el SI• (kg/m3).• (g/cm3).• Para los gases suele usarse el gramo entre decímetro cúbico (g/dm3)

o gramo por litro (g/L), • Unidades en el Sistema Inglés• (oz/in3)• (lb/in3)• (lb/ft3)

Densidad

PROPIEDADES DE LOS GASES

• La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; es una magnitud adimensional (sin unidades)

• donde  es la densidad relativa,   es la densidad de la sustancia,     es la densidad de referencia o absoluta.

• Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C (1000 kg/m3 ó 1 kg/lt).

• Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C. En estas condiciones la densidad del aire es 1.

• Densidad relativa = gravedad especifica (SG)

En la industria petrolera se utiliza el término gravedad específica para referirse a la Densidad relativa.

TIPO DE COMBUSTIBLE Sg @ condiciones ambiente

Gas Natural 0.6Propano 1.5Butano 2.0

Gasolina 3.0Acetileno 0.9

La Gravedad Especifica (Sg) es una medida de la densidad de un gas cualquiera relativa a la del aire (Aire = 1.0)

Los gases con Sg mas cerca de 1.0, se mezclan mas fácilmente con el aire.

GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS GASES

El propano tiene una gravedad especifica de 1.5, por tanto es más pesado que el aire

GLP

• El propano siempre fluirá hacia abajo. • Revisar acumulaciones en lugares

bajos como drenajes, sótanos, zanjas, etc.

• Se debe ventilar por las aberturas mas bajas posibles.

GRAVEDAD ESPECIFICA DEL GLP

El gas natural tiene una gravedad especifica de 0.6, por tanto es mas ligero que el aire.

• El gas natural tiende a subir y disiparse rápidamente. No se concentra en el aire libre. (El GNL es una excepción)

• Las acumulaciones deben ser revisadas en la parte alta de los espacios cerrados

• Se debe ventilar a través de las aberturas mas altas posibles.

GasNatural

GRAVEDAD ESPECIFICA DEL GAS NATURAL

Fluido se denomina a la sustancia que se deforma continuamente al aplicarle un esfuerzo cortante y cuando cese este esfuerzo la deformación seguirá aumentando progresivamente.

Fluido Newtoniano se denomina así porque sigue la Ley de Newton de la viscosidad, donde la tensión cortante es directamente proporcional a la deformación de fluido.

Viscosidad es la propiedad que tienen los fluidos a oponerse a ser movidos, es decir, una resistencia que presentan los fluidos a fluir. Esta resistencia obedece a dos fenómenos.– La cohesión molecular– La transferencia molecular de una capa a otra con la cual se establece

una fuerza tangencial. La ley de Newton establece que para ciertos fluidos el esfuerzo cortante

sobre una interfaz tangente a la dirección de flujo, es proporcional a la tasa de cambio de la velocidad con respecto a la distancia, donde la diferenciación se toma en una dirección normal a la interfaz.

VISCOCIDAD

• Esfuerzo Cortante es la fuera tangencial dividida entre el área.

La ecuación de Newton nos dice que la constante de proporcionalidad entre ambos será la viscosidad.

VISCOCIDAD

• El poder calorífico es la cantidad de energía que la unidad de masa o volúmen de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación (Combustión)

• UNIDADES– (kcal/kg) ; (kcal/m3) – (BTU/lb) ; (BTU/pie3)

• Se utiliza la denominación poder calorífico superior para el calor verdaderamente producido en la reacción de combustión y poder calorífico inferior para el calor realmente aprovechable, el producido sin aprovechar la energía de la condensación del agua y otros procesos de pequeña importancia.

PODER CALORÍFICO

PODER CALORÍFICO SUPERIOR:

• Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una unidad de volumen de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión se ha condensado y se contabiliza, el calor desprendido en este cambio de fase.

• El poder calorífico de una muestra de combustible se mide en una bomba calorimétrica. La muestra de combustible y un exceso de oxígeno se inflama en la bomba y tras la combustión, se mide la cantidad de calor. La bomba se enfría con este fin a temperatura ambiente. el vapor de agua se condensa y este calor de condensación del agua está incluido en el calor resultante.

PODER CALORÍFICO

PODER CALORÍFICO INFERIOR

• Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una unidad de volumen de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua generado en la combustión, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor.

Es  el  valor  que  interesa  en  los  usos  industriales, por ejemplo hornos o turbinas, porque los gases de combustión que salen por la chimenea están a temperaturas elevadas, y el agua en fase vapor no condensa. También es llamado poder calórico neto, ya que al poder calorífico superior se resta el calor latente de condensación.

PODER CALORÍFICO

TIPO DE COMBUSTIBLE BTU/pie3

Gas Natural 1,000Propano 2,500Butano 3,250

Gasolina 4,750Acetileno 1,470

1 BTU = 0.25 kCal

La comparación de precios de los diferentes combustibles debe ser sobre la base de BTU, y no en forma volumétrica.

PODER CALORÍFICO DE HIDROCARBUROSPODER CALORÍFICO DE HIDROCARBUROS

TIPO DE COMBUSTIBLE TEMPERATURA DE INGNICION

Gas Natural 650 Grados CentigradosPropano 482 Grados CentigradosButano 404 Grados Centigrados

Gasolina ~315 Grados CentigradosAcetileno 304 Grados Centigrados

Es la temperatura requerida para la ignición de un combustible en una mezcla con el aire.Gases combustibles con baja temperatura de ignición son menos estables.

TEMPERATURAS DE IGNICION DE HIDROCARBUROS

TEMPERATURAS DE IGNICION DE HIDROCARBUROS

TEMPERATURA DE IGNICION

LEL = Limite Inferior de Explosividad (Lower Explosive Limit)– La mezcla mas pobre posible de combustible y aire que permite el

inicio de la combustión.– La menor concentración de un gas combustible en el aire que permite

el inicio de la combustiónUEL = Limite Superior de Explosividad (Upper Explosive Limit)

– La mezcla mas rica posible de combustible y aire que permite el inicio de la combustión

– La mayor concentración de un gas combustible en el aire que permite el inicio de la combustión.

El LEL & UEL son expresados como “% de gas en aire” por volumen.Concentraciones de gas en aire, menores que el LEL, y mayores que el UEL, no

permiten el inicio de la combustión.

LIMITES DE INFLAMABILIDAD

TIPO DE COMBUSTIBLE LEL UEL

Gas Natural 4.5% 14.5%Propano 2.0% 9.5%Butano 1.5% 9.0%

Gasolina 1.3% 8.0%Acetileno 2.5% 80% +

El LEL del gas natural es dos veces mayor que el de otros combustibles

LIMITES DE INFLAMABILIDAD

• Evitar la presencia de fuentes de calor (chistas eléctricas, fuentes de calor, fuego) cerca de lugares que se tiene riesgo de presencia de mezcla explosiva. Evitar chis

INERTIZACION DE SISTEMAS• Un gas inerte es un gas con un contenido muy bajo de oxigeno en

cuya atmósfera no puede tener ninguna combustión.• Este gas inerte desplaza el aire neutralizando la atmósfera explosiva

PREVENSIÓN DE INCENDIOS

Relaciones físicas de los gases

• La teoría de los gases perfectos supone que existe un movimiento caótico y desordenado de las moléculas salvo que entre ellas no se produzcan ningún tipo de interacción, es decir, entre las moléculas de los gases perfectos no ejercen fuerzas de atracción ni de repulsión y sus choques son puntuales y perfectamente elásticos.

• La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).

• La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal. Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.

LEY DE BOYLE Y MARIOTTE A temperatura constante el volumen del gas varia en forma inversa

a la variación de presión

P1 x V1 = P2 x V2 = constante

Relaciones físicas de los gases

Ejercicio 1: Un recipiente de 1.5 m3 contiene gas a 100 psig y a 20 °C ¿Cual es el volumen final cuando se incrementa la presión a 1000 psig?

Ejercicio 2: Un recipiente de 25 pie3 contiene aire a 1500 psig ¿Cual es el volumen final cuando se disminuye la presión a 300 psig?

LEY DE GAY LUSSAC

Manteniendo un volumen constante, la presión varia en forma directa a la variación de temperatura

P1 / T1 = P2 / T2

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:

•Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.•Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

Ejercicio 1: Un recipiente de 200 ml contiene gas a 585 mmHg y a 20 °C ¿Cual es la presión que se genera en su

interior cuando se incrementa la temperatura a 700 °C?

Ejercicio 2: Un recipiente de 200 ml contiene gas a 150 psig y a 180 °F ¿Cual es la presión que se genera en su

interior cuando se disminuye la temperatura a 60 °F?

• La ecuación general determina el estado de un gas en función de sus tres variables: presión, temperatura y volumen

P1 X V1 = P2 X V2 = Constante T1 T2

Pero el comportamiento de los gases reales tiene una desviación del comportamiento de los gases ideales.

Esta desviación se conoce como el factor de compresibilidad «Z»

Ecuación General de de los gases

• El gas real es mas compresible que el gas perfecto, debido a que las moléculas de los gases reales tienen dos tendencias :

1) se apartan entre si por su constante movimiento cinético 2) se atraen por fuerzas eléctricas

• Esta disminución del volumen a menos de la mitad si se dobla la presión , se dice que el gas es súper compresible y el causante es el factor de compresibilidad Z

• La ley de los gases reales expresa:

112

22112 ZTP

ZTPVV

Los gases reales

Volumen Normal y Estándar

• Para numerosos cálculos de ingeniería, conviene determinar el volumen de gas con referencia a una presión y temperatura dadas:

Condición estándar:

P = 14.7 psia y T = 60° F P = 1 atm y T = 15º C

Condiciones normales:

P = 1 atm y T = 0º CP = 14.7 psia y T = 32º F

Transporte y Comercialización de Gas Natural en el Mundo

Tipos de Sistemas de Transporte

Sistema de Transporte por ductos

Aprovisionamiento seguro, economicamente competitivo en líquidos y gases, el más utilizado en la indústria de hidrocarburos y baja probabilidad de pérdidas.

Sistema de Transporte por camiones cisternas.

Probable intermitencia en el aprovisionamiento, competitivo en el transporte de líquidos y gran propabilidad de pérdidas.

Sistema de Transporte por línea férrea.

Aprovisionamiento seguro, necesidad de grandes unidades de almacenamiento, competitivo en el transporte de líquidos y gran probabilidad de pérdidas.

Sistema de Transporte Marítimo

Aprovisionamiento seguro, necesidad de grandes unidades de almacenamiento, competitivo a distancias muy largas para líquidos y gases, gran probabilidad de pérdidas.

Red Nacional de Gasoductos

Red Nacional de Oleoductos

Red Nacional de Poliductos

TRANSPORTE DE GAS NATURAL

• EL GAS NATURAL PUEDE SER TRANSPORTADO EN FORMA GASEOSA O LIQUIDA

Gasoductos: Para grandes volúmenes y régimen operativo constante lo ideal es utilizar gasoductos a altas presiones, normalmente hasta 100 kgf/cm2 (1440 psig) por ser económico y confiable.

LNG (Licued Natural Gas): atractivo para largas distancias, principalmente en lugares donde no existe un sistema de gasoductos, utilizando grandes navíos llamados “metaneros”.

Gasoducto Virtual: transporte en fase gaseosa puede ser realizado a alta presión 230 kgf/cm2 (3300 psig), a temperatura ambiente, a través de cisternas, cuando el volumen es pequeño y la distancia relativamente corta.

TRANSPORTE POR GASODUCTOS

• Gasoducto:– Tubería para el transporte de gas

natural a alta presión y grandes distancias.Los gasoductos pueden ser nacionales e internacionales, y suministran a una sola o varias regiones.

• Red de gasoductos:• Sistema integrado de gasoductos

de un país, región o provincia.

Red Troncal4167 km

RED NACIONAL DE GASODUCTOS

LONGITUD 3652 KM

RED NACIONAL DE OLEODUCTOS

LONGITUD 2574 KM

Red Troncal1512 km

GASODUCTO AL ALTIPLANO (GAA)

W. Gonzales M.

CBBA

ORURO

LA PAZ

EL ALTO

GAA permite el abastecimiento a:

Tramo Rio Grande- ParotaniCapacidad = 75.00 MMscfd

Tramo Parotani - OruroCapacidad = 28.40 MMscfd

Tramo Oruro - SenkataCapacidad = 24.60 MMscfd

GAA-II GAA-I

1 MMscf = 0,28317 MMm3N

GASODUCTOSYABOG Y GASYRG

W. Gonzales M.

GASODUCTOS DEL NORTE

GASODUCTOS SUR / CENTRO-OESTE

GASODUCTOSDEL SUR

1 Mbpd = 0,158987 Mcmd

OLEODUCTOS DEL NORTE

POLIDUCTO DEL SUR

Cadena Integrada del LNG

TRANSPORTE DE GAS NATURAL EN FORMA LIQUIDA

ESQUEMA DE UN BARCO METANERO.

• Un metanero es un buque dedicado al transporte de Gas Natural Licuado,

desde los países productores de gas natural a los países consumidores.

Las características tecnológicas de estos barcos son muy sofisticadas, ya

que el gas debe mantenerse a una temperatura de -160 °C para largos

recorridos. Son barcos con una capacidad de carga de entre 30.000 y

150.000 m3.

• En terminología marítima internacional se conocen como LNG (Liquified

Natural Gas). Son buques construidos expresamente para este transporte y

que no pueden dedicarse a otro tipo de carga. Los primeros se construían

con la posibilidad de transportar también GLP, Gas Licuado del Petróleo

ante la incertidumbre del transporte de GNL.

PREGUNTAS?