CAPITULO IV

VEHÍCULOS PARA LA INVESTIGACIÓN DE FUGAS DE GAS A GRAN VELOCIDAD

INTRODUCCIÓN

La investigación de fugas ha sido siempre uno de los problemas más importantes en la comercialización del gas natural, ya que la misma trae aparejado problemas de índole económico y de seguridad. De los dos, el segundo es el que ha preocupado siempre al personal técnico de las empresas dedicadas a la explotación y comercialización de este combustible.

Imbuido en esta hipótesis, se infiere que el camino estuvo siempre orientado en la idea matriz de poder efectuar periódicamente una evaluación del estado de la cañería enterrada. Este sistema de control se realizó en los primeros tiempos en forma personal, caminando por sobre las líneas y detectando presuntos problemas que luego eran observados en detalle y, si el caso lo requería, se procedía el excavado para determinar si existía algún problema.

Con el tiempo, la magnitud de la línea de gas, tomó un notable incremento. Se hacía necesario entonces mecanizar la inspección, para lo cual lo ideal era contar con una unidad móvil apropiada que permitiera inspeccionar extensas longitudes de línea por jornada.

La inspección del control de escapes de gas en cañerías enterradas desde un vehículo en movimiento, ha sido la meta de los técnicos dedicados a realizar estos tipos de localización durante más de 20 años. Los primeros intentos se realizaron con aparatos comunes para detectar gas combustible, los cuales eran colocados sobre tractores. La muestra era extraída mediante la aspiración del motor desde una cuchilla de arado, ubicada varias pulgadas por debajo de la superficie del terreno. En otros intentos se utilizaron registradores comunes de gas combustible equipados con amplificadores colocados en vehículos de pasajeros con toma-muestras montadas en la parte frontal o al lado de los mismos, para controlar los vapores combustibles existentes en la atmósfera.

En la mayoría de los casos, dificultades técnicas y operativas limitaron seriamente la aplicación práctica de estas unidades. Sin embargo, a mediados de la década del 50, la disponibilidad de instrumentos infrarrojos capaces de detectar “metano” a niveles de umbral de 5 a 10 partes por millón (ppm.) (0,0005 a 0,0010 %), en aire, generó una nueva perspectiva en el desarrollo de las investigaciones.

Las primeras unidades móviles de inspección disponibles en forma comercial fueron ofrecidas en 1.956. A pesar de muchas dificultades técnicas, la habilidad para obtener muestras representativas de la atmósfera desde un vehículo en movimiento y el desarrollo de técnicas de registro prácticas, dispositivos de muestreo a distancia (remoto), y equipos de filtración, continuaron hasta el año 1.961. Sin embargo, algunas de las características inherentes al propio analizador infrarrojo que utiliza las radiaciones calóricas visibles, continuaron siendo un obstáculo importante para el desarrollo posterior y la aplicación práctica de las inspecciones con vehículos en movimiento. La sensibilidad que existía en los artefactos de registro a la vibración, a las variaciones en la unidad de la muestra atmosférica y a la contaminación acumulativa de la atmósfera, hicieron casi imposible operar a la sensibilidad máxima requerida cuando se realizaron estos tipos de registros en condiciones de campo. Además, los aparatos eran muy delicados y costosos de mantener.

El avance tendiente a incrementar la observación longitudinal de la cañería enterrada por unidad de tiempo, dependía ahora, exclusivamente de la posibilidad de lograr perfeccionar un instrumento de control de alta sensibilidad, capaz de suministrar información confiable cuando fuera montado en una unidad móvil. Con este propósito, los técnicos especialistas pusieron a punto aparatos a ionización de llama que permitirían la detección sistemática de fugas, a pie o en vehículos.

Este procedimiento se puso en práctica en la década del 60, en los Estados Unidos, y poco tiempo después en Gran Bretaña. En 1.979, Gaz France incorporó esta técnica y un vehículo experimental fue puesto a punto por la Dirección de Estudios y técnicas nuevas y ensayos sobre ruedas de la Dirección de Distribución, entre Abril de 1.981 y Marzo de 1.983. Sobre este particular, también cabe agregar que, en la actualidad (1.985), la industria japonesa se ha convertido en uno de los principales fabricantes de instrumentos de medición, entre los cuales se encuentran aparatos a ionización de llama para gas natural.

EL PRINCIPIO DE LA IONIZACION DE LLAMA

El principio de la ionización de llama fue desarrollado y patentado originalmente en Sud Africa, en 1.957. Desde esa época se ha trabajado mucho en el perfeccionamiento de este sistema de detección y se han desarrollado diferentes tipos de instrumentos. Se observó entonces que, aquéllos disponibles para un trabajo experimental original, no resultaban apropiados para la detección de pérdidas de gas mediante unidades móviles. Como resultado de ello, los instrumentos de las unidades en prueba eran fabricados según las especificaciones de la firma que realizaba los experimentos.

CARACTERÍSTICAS DEL DETECTOR

Según la información existente, el detector por ionización de llama es una pequeña y robusta unidad portátil para el análisis contínuo de un flujo de muestra en búsqueda de vestigios de hidrocarburos. El analizador obtenido no es afectado por la vibración, la inclinación, los golpes, las variaciones en la temperatura o contenido de humedad de la muestra. La velocidad de respuesta para una muestra inyectada en el instrumento es menor que un segundo. Los instrumentos están equipados usualmente para un rango de sensibilidad especialmente calibrado con el propósito de detectar “metano”. Cuando son operados en el rango de mayor sensibilidad, la deflexión máxima indica menos de 10 ppm., ( 0,001 %) de metano en aire.

La señal de la salida del detector puede observarse en un medidor indicativo o en un registro gráfico continuo. La cinta para el registro normal en el gráfico, está dividida en una escala de cien divisiones, y en ella pueden ser detectadas concentraciones de 1/10 de metano por millón de partes de aire.

EL PRINCIPIO DE OPERACIÓN

El detector por ionización de llama utiliza la concentración de electrones producida cuando se inyecta hidrocarburo en una llama de hidrógeno. Una característica particular en este tipo de experimentos es la insensibilidad del aparato a los gases inorgánicos, tales como: hidrógeno, nitrógeno, CO2 y vapor de agua. Estos gases tienen potencialidades de ionización alto, y no son ionizados a la temperatura de la llama del hidrógeno.

Según los especialistas, la ionización de hidrocarburos en una llama de hidrógeno, no está completamente develada. Se cree que el hidrocarburo es crackeado en el calor de la llama formando acetileno y partículas de carbono que actúan en forma similar al carbono sólido y emiten electrones. Como resultado de este proceso, los iones de carbono están presentes en la llama. Un potencial eléctrico es suministrado a través de la llama mediante electrones ubicados por encima de la misma, en la corriente del producto de combustión. Un circuito medidor de electrones (un contador de átomos de carbono), mide el flujo de corriente iónica. La señal de salida, que es proporcional al número de átomos de carbono presentes, activa un medidor indicador y un gráfico registrador tipo cinta.

EL OXIDANTE

Como se utiliza un detector a llama de hidrógeno, sensible a los átomos de carbono contenidos en los hidrocarburos, y dado que el objetivo es detectar únicamente metano, es necesario incorporar un medio para eliminar otros hidrocarburos. Por esta razón, la muestra se hace pasar a través de un oxidante en su ruta hacia el detector de ionización de llama. Todos los otros hidrocarburos que se pueden hallar en la atmósfera inspeccionada, tienen menores puntos de ignición que el metano y pueden, por lo tanto, ser eliminados, o quemados completamente en el sistema oxidante incorporado. Esta solución técnica en el instrumento permite que se logren mediciones sensibles de metano (Ver Tabla I)

TABLA I

Hidrocarburos detectados y sus puntos de ignición

METANO 1193 °F PROPILENO 856 °F a 923 °FETANO 933 °F a 1101 °F BUTANO 912 °F a 1056 °FETILENO 914 °F GASOLINA 632 °FPROPANO 952 °F a 1090 °F KEROSENE 482 °F a 563 °F

COMPONENTES BÁSICOS DE UNA UNIDAD MOVÍL

A. El sistema de recolección de muestras

El sistema empleado es el resultado de más de 12 años de estudios basados en experiencias de campo. Contiene tres etapas para proveer una muestra representativa y continua al detector, tan rápida como sea posible. La velocidad y el volumen del flujo de dos de estas etapas, son variables y pueden ser ajustadas por el técnico para acomodarlas a las condiciones reales del momento.

La muestra primaria se recoge a través de numerosas tomas de aspiración colocadas en la parte frontal de la unidad. Según las condiciones, éstas tomas pueden ser operadas en forma simultánea o independiente. Para operarlas en forma conveniente y eficiente, los tubos de admisión de la derecha e izquierda son operados eléctricamente y controlados remotamente a distancia por el técnico desde el interior del vehículo. Esto permite que la muestra se recoja desde la misma posición relativa sobre el terreno, bajo las condiciones variables que se presentan.

B. Cabezal remoto

Por su conveniencia, para la inspección de áreas alejadas de la cañería, existe una manguera montada sobre la parte frontal del vehículo. Uno de los extremos de la misma está conectado al sistema de admisión; el otro está equipado con un cabezal portátil que permite al técnico tomar muestras de atmósfera hasta 60 (sesenta) metros del vehículo.

C. Un oxidante

Para suprimir otros hidrocarburos que no sean metano, de la muestra tomada.

D. El detector por ionización de llama H 2

E. Una quinta rueda montada debajo del vehículo

Esta puede ser elevada o bajada por el técnico y tiene un doble propósito: activar un medidor registrador, visible para el conductor, que indica la velocidad de avance, así como también la distancia total recorrida. La quinta rueda también comanda un dispositivo electrónico que provee una escala de auto-ajuste automática para el gráfico de cinta, en el cual son registrados los resultados de la inspección. Esta escala de auto-ajuste, permite que la unidad pueda ser operada a la velocidad de avance más conveniente para las condiciones de campo existentes y posibilita al operador aminorar o detener la marcha en cualquier momento durante la inspección, para indicar el escape correctamente en relación con puntos de referencias conocidos, sin afectar la validez del registro gráfico. Una singular característica de la quinta rueda es un dispositivo de seguridad que previene la posibilidad de retroceder o conducir a elevadas velocidades cuando la rueda es descendida.

F. El gráfico de cinta registradora

Es una unidad de velocidad variable que está convenientemente montada para la atenta observación y marcado del punto donde puede existir una pérdida de gas. Está equipada con canales duales para facilitar el registro de salida del detector y la escala de auto-ajuste para el gráfico. Además, está acondicionada con un contacto remoto accionado con el pie que permite al operador registrar y trazar marcas de referencia, que él identifica con símbolos sobre el gráfico, etc. De la información registrada en el gráfico de la cinta, el técnico a cargo prepara un listado detallado de cada ubicación de escape positiva para uso del personal de la compañía de gas, en su trabajo de seguimiento y localización de la pérdida en el gasoducto.

G. La energía eléctrica

Es provista por un generador eléctrico a nafta. Este proporciona una fuente de energía estable para los aspiradores, bombas, oxidantes y registrador, así como también, para válvulas a solenoide que controlan el flujo de la muestra y la selección del punto de muestreo.

H. Suministro de concentración conocida de metano en nitrógeno

Permite a los técnicos probar la operación y sensibilidad del equipo y ajustar el rango del analizador de ionización de llama, en cualquier momento durante el trabajo de inspección.

I. Suministro de gas hidrógeno

Utilizado como combustible para la unidad ionizadora.

PERSONAL DE OPERACIONES

Como en el caso de la mayoría de los equipos técnicos altamente especializados, los resultados del mismo son tan buenos como lo sean los hombres designados para operarlos.

Las dotaciones están compuestas por dos personas: el técnico a cargo y su operador. El técnico es elegido entre un grupo de especialistas experimentados en inspecciones de escapes de gas. El debe tener un conocimiento práctico de todas las fases del trabajo de inspección de escapes, de la construcción de instalaciones o redes de gas, de las posibles causas de los escapes, de los factores que afectan a la dispersión del gas bajo todo tipo de suelos y sus condiciones ambientales, y de la clasificación de escapes establecida. Debe estar calificado para evaluar los resultados de una inspección de una unidad móvil. El operador debe poseer formación en electromecánica y estar familiarizado con la operación y mantenimiento de todos los componentes del equipo.

PROCEDIMIENTOS DE LA INSPECCION

El método básico para operar con este equipo es conducir la unidad por encima, a lo largo y en las adyacencias de la cañería enterrada a inspeccionar. La toma de muestra se ajusta a maniobra de manera tal de obtener una que sea lo más representativa posible de la atmósfera inspeccionada. Debido a que el metano es más liviano que el aire, se desparrama desde el origen del escape a través de los intersticios del suelo hacia la superficie y busca el camino de menor resistencia para salir a la atmósfera. La toma, al pasar sobre una cañería en la que existe un escape de gas, recoge una muestra representativa de la atmósfera, la que es trasladada al detector por ionización de llama, donde se analiza con la mayor minuciosidad el contenido del metano de la misma.

ALCANCE DE LA INSPECCION

Las unidades que registran gráficamente escapes, están montadas en vehículos especialmente equipados y con una robusta doble tracción capaz de operar continuamente a diversas velocidades de avance sobre cualquier terreno donde un vehículo con ruedas pueda ser conducido. Dicha unidad puede ser utilizada para inspeccionar gasoductos, líneas de distribución, así como también servicios domiciliarios.

Cuando la unidad no pueda ser conducida por encima, o en las adyacencias de la cañería bajo control, la inspección puede realizarse utilizando el cabezal remoto. El uso del equipo registrador de escapes se recomienda donde el mismo produzca resultados iguales o mejores a un costo menor por kilómetro que otro tipo de inspección. Específicamente se cree que ofrece la mayor ventaja en aquellas áreas del sistema donde la vegetación es rala o inexistente, y como un medio para patrullar regularmente con un programa cíclico en zonas de alto riesgo.

RAPIDEZ DE COBERTURA

Las características específicas de un detector por ionización de llama, junto con el sistema de muestreo adoptado, hacen posible operarlo a la velocidad más conveniente para las condiciones ambientales prevalecientes en la zona inspeccionada. Por ejemplo, en áreas congestionadas donde el tránsito es un problema y los vehículos estacionados hacen necesario el uso intermitente del cabezal remoto, se recomienda una velocidad de 4 km/hora. En zonas donde el tránsito causa menor problema y no se necesita el cabezal remoto, el vehículo puede fácilmente operar de 6 a 8 km/hora, dependiendo esto de condiciones tales como el tiempo, condiciones del suelo y diseño del gasoducto.

RESULTADOS

El siguiente ejemplo indicará que es lo que puede llevarse a cabo cuando se utiliza la unidad de detección móvil.

En una inspección de una red de distribución de tamaño mediano, los escapes fueron registrados sobre la cinta registradora en 61 lugares. Cuando se verificaron con un indicador de combustibles, 50 de las indicaciones de escapes resultaron ser positivas y reparables económicamente. Con la excepción de escapes en las intersecciones, todas las fugas se hallaron dentro de los 2 metros del punto indicado en el gráfico. En intersecciones, la variación promedio entre el gráfico y las reales ubicaciones de escapes, fueron de 5 metros. Todos los escapes fueron clasificados durante la inspección móvil basándose en el gráfico de la cinta registradora. Treinta y dos (32), o sea el 64 %, fueron clasificados en forma apropiada. Cinco (5), o sea el 10 %, fueron subsecuentemente elevados de grado a una clasificación superior,

mientras que trece (13), o sea el 26 %, fueron considerados sobreclasificados por la compañía de gas.

CONCLUSIÓN

Desde enero de 1.963, cuando la primer unidad de registro gráfico de pérdida por ionización de llama completó su prueba de campo y fue puesta a trabajar por contrato, los resultados han sido tan satisfactorios que se han construido más de veinte (20) unidades adicionales y están inspeccionando propiedades en todas partes de Norte América. También se encuentran unidades operando en Inglaterra y en otros países de Europa.

Las inspecciones móviles están definitivamente aceptadas hoy en día como parte integral de los programas de control de pérdidas de gas en varios países.

La flexibilidad de las unidades del tipo registradora gráfica de escapes es casi ilimitado, y el hecho de que a través de este medio más rápido se pueda realizar más regularmente inspecciones y estudios de grandes redes y gasoductos, significa mayor seguridad y un mejor rédito económico para las compañías dedicadas al comercio del gas.

TABLA II

Ventajas de los detectores de ionización de llama sobre otros tipos de detectores

a) Sensibilidad incrementada a la muestra.b) Operación simple y libre de problemas.c) No lo afectan golpes o vibraciones, o la humedad contenida en la muestra.d) Excelente estabilidad.e) Eliminación de la necesidad de amplificación de señal.f) Rápida y conveniente conexión de las distintas sensibilidades del sistema.g) Velocidad de respuesta aumentada.h) Requiere un pequeño volumen de muestra, lo que permite un amplio rango de velocidad

de operación.