NaturaGas
EPA POLLUTION PREVENTER
Lecciones
Aprendidas
De los participantes de Natural Gas STAR
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FORRO COMPUESTO PARA REPARACION DE DEFECTOS
DE TUBERfA QUE NO IMPLIQUEN FUGAS
(Composite Wrap For Non-Leaking Pipeline Defects)
Resumen gerencial
El forro compuesto es una tecnologia de reparacion de tuberias que es permanente y economica, adecuada para los
defectos que no impliquen fugas tales como picaduras, abolladuras, estrias y corrosion externa. El forrado compuesto
puede llevarse a cabo en tuberias que estan en operacion sin tener que retirarlas de servicio. Esta tecnica de reparacion
es rapida y generalmente menos costosa que otras opciones, y restaura permanentemente la capacidad de contencion
de la presion de la tuberia cuando se instala correctamente.
El forro compuesto puede servir como alternativa a las practicas tradicionales de reparacion de tuberias como el reemplazo
de la tuberia o la instalacion de mangas divididas de acero de envoltura completa. En comparacion con estas practicas
tradicionales, las reparaciones con forro compuesto generalmente son mas economicas, requieren menos tiempo y una
mano de obra menos intensa. En el caso del reemplazo de una tuberia, la reparacion del forro compuesto tiene ventajas
adicionales ya que evita las interrupciones de servicio al cliente y elimina las emisiones de metano asociadas con la
ventilacion de las tuberias danadas.
Usar los forros compuestos como una alternativa al reemplazo de la tuberia con frecuencia ahorra el suficiente gas como
para recuperar el costo de la reparacion de inmediato. Un participante de Natural Gas STAR informo haber realizado de 2 a
65 reparaciones con forros compuestos al ano en tuberias de 10" o mayores, con un ahorro de 526 mil pies cubicos (Mcf)
a 27,500 Mcf en metano por cada reparacion. Entre 1993 y 1999, este participante ahorro 106,133 Mcf al elegir los forros
compuestos en lugar de reemplazar la tuberia.
Metodo para reducir
la perdida de gas
Reparacion con
forro compuesto1
Volumen de
los ahorros de
gas natural (Mcf)
3,960
Valor de los ahorros
de gas natural2
$11,880
Costo de
la ejecucion3
$3,963
Perfodo de
recuperation
de la inversion
Inmediatamente
1 Reparacion de un defecto de 6" en una tuberfa de 24" de diametro operada a 350 psig con 10 millas entre las valvulas de cierre.
2Supone un precio de gas natural de $3.00/Mcf.
3lncluye la mano de obra, el equipoy los materiales, y los costos indirectos. Observe que el costo del reemplazo de la tuberfa en este ejemplo
es $22,746, incluyendo los costos de purgado del gas (nitrogeno a $4.00/Mcf). Vea el Cuadro 5 para obtener mas detalles.
Esta publicacion es una de la serie de resumenes de Lecciones Aprendidas preparados por EPA en colaboracion con la industria
de gas natural que tratan acerca de las aplicaciones superiores del Programa de Mejores Practicas Administrativas (BMP, por
sus siglas en ingles) de Natural Gas STAR y Oportunidades Identificadas por los Participantes (PRO, por sus siglas en ingles).
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Antecedentes
tecnologicos
Los defectos que no impliquen fugas en las tuberias como la corrosion, las
abolladuras, las estrias, las picaduras y las grietas pueden causar ruptura de
las tuberias. De acuerdo con el Departamento de Transporte (DOT) de Estados
Unidos, existen tres metodos principales de reparacion de defectos que no
impliquen fugas en las tuberias de acero:
* Cortar el segmento dafiado y reemplazarlo con tuberia nueva.
* Instalar una manga dividida de acero de envoltura completa sobre el
area dafiada.
* Instalar un forro compuesto sobre el area dafiada.
Tanto el reemplazo de la tuberia como la instalacion de la manga de acero son
costosos, prolongados y requieren una mano de obra intensa. El reemplazo de la
tuberia requiere que se cierre la porcion afectada de la linea, lo que con frecuencia
causa una interrupcion de servicio. Despues se purga el gas de la linea, el seg-
mento dafiado se corta y se suelda un nuevo segmento en su lugar. Las mangas
de acero generalmente se usan para reparar tuberias con fugas o debilitadas sin
tener que cerrarlas. Se excava la tuberia dafiada, se lava el exterior de la tuberia y
se coloca la manga dividida de acero en su lugar con pernos o mediante soldadura.
Usar el forro compuesto como medida alternativa al reemplazo de la tuberia puede
reducir los riesgos de seguridad, reducir el tiempo de desuso de la tuberia, ahorrar
gas que se ofrece a la venta y reducir las emisiones de metano a la atmosfera.
Los sistemas de forro compuesto
permiten la reparacion de la tuberia
sin tener que cerrar el flujo de gas,
sin purgado ni cortes en la tuberia.
Los sistemas de forro compuesto
funcionan transfiriendo el esfuerzo
tangencial del defecto a traves de un
material de relleno de alta resistencia a
Dos clases de mangas de envoltura
completa
Tipo A: Las mangas de acero no se sueldan
alrededor de la circunferencia a la
tuberia principal.
Tipo B: Las mangas de acero se sueldan
la compresion a un forro compuesto, el alrededor de la circunferencia.
cual esta envuelto alrededor y adherido
a la tuberia. Las mangas de forro
compuesto se consideran como reparaciones de envoltura completa Tipo A
(vea el cuadro de texto).
Diferentes forros compuestos
Hay una gran variedad de sistemas de forro compuesto disponibles. Los sistemas
de forro compuesto usan materiales diferentes para los forros y los adhesivos, y
algunos sistemas usan polimeros epoxicos y agentes de polimerizacion. Algunos
ejemplos incluyen Clock Spring®, StrongBack, Armor Plate® y PermaWrap™.
Cada uno de ellos tiene ciertas ventajas:
* Clock Spring® es un sistema de tres partes en el cual la manga esta
compuesta de fibras de vidrio y resina de poliester.
* El sistema StrongBack se activa con el agua, y puede aplicarse en superficies
mojadas.
* Armor Plate® produce una variedad de sistemas de forrado que pueden
usarse en una amplia gama de condiciones incluyendo presion alta o baja,
temperaturas altas o por debajo de cero grades, y bajo el agua.
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* PermaWrap™ (fabricado por WrapMaster, Inc.) tiene una caracteristica para
permitir la deteccion de un forro previo mediante un raspatubos inteligente,
para que los operadores no tengan que descubrir segmentos de tuberia que
ya se han reparado.
La mayoria de los fabricantes ofrecen videos de instalacion, ayuda de capacitacion
y software de analisis de defectos de tuberia. La tecnologia de forros compuestos
esta avanzando con rapidez, y se exhorta a los participantes a que busquen el
mejor sistema para sus necesidades una vez que decidan reparar una tuberia que
no tenga fugas usando un forro compuesto. Para obtener una lista parcial de
fabricantes, vea la seccion de Referencias al final de este estudio.
Reparacion con Clock Spring®
Como se indica anteriormente, existen diversas variaciones de sistemas de
reparacion de forro compuesto. Uno que han usado durante muchos afios varies
participantes de Natural Gas STAR es el sistema Clock Spring®.1 Esta seccion
tratara mas en details los materiales, la tecnica de instalacion y las consideraciones
especiales de este sistema.
El forro compuesto Clock Spring®
consta de tres partes:
1. Una estructura de com-
puesto unidireccional de
alta resistencia de fibras de
vidrio y una base de polimero
Fuente: Clock Spring® Company L.P.
2. Un sistema adhesive
de dos partes, de alto
rendimiento y curado
rapido; y
3. Un compuesto de
material de relleno de
transferencia de carga y alta resistencia a la compresion.
La estructura del compuesto. Las capas del laminado del forro compuesto son de
0.062" nominales de espesor y tienen un contenido de fibras de vidrio que fluctua
de 60 a 70 por ciento por peso. Un forro cubrira una longitud de un pie de tuberia.
El forro compuesto se envuelve 8 veces alrededor de la tuberia creando un espesor
de 1/2" de material de refuerzo. El largo de la tira espiral varia segun el diametro de
cada tuberia. El forro compuesto Clock Spring® esta disponible para tuberias de
4" a 56" de diametro.
1Este estudio se concentra en el sistema Clock Spring® para poder simplificar el analisis
economico que se describe mas adelante en este documento. El Programa Natural Gas
STAR no afirma que este sistema de forro compuesto sea mejor o peor que los demas
que estan disponibles en el mercado.
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Adhesive. El adhesive de dos partes es un compuesto de metacrilato de metilo
epoxico, el cual se usa para mantener la reparacion en su lugar.
Transferencia de carga (material de relleno). En la reparacion de tuberias,
el forro compuesto funciona compartiendo la carga tangencial que sostiene la
pared de la tuberia. Esta carga se transfiere eficazmente al compuesto a traves
del material de relleno. El defecto externo se rellena con el material de relleno de
alta resistencia a la compresion para evitar que la pared debilitada de la tuberia
siga cediendo. El material de relleno es un compuesto de metacrilato con una
resistencia a la compresion superior a 800 psi.
Instalacion. Es necesario recibir capacitacion para garantizar la instalacion correcta
de un sistema de forro compuesto. En el sistema de forro compuesto Clock Spring®,
el proceso de rehabilitacion de la tuberia incluye los pasos siguientes:
1. Rellenar el defecto externo con material de relleno.
2. Envolver ocho capas de forro compuesto alrededor del tubo con aplicacion
de adhesive entre las capas.
3. Apretar la manga de forro compuesto al tubo con una correa de tension.
4. Permitir que el adhesive se cure por aproximadamente dos horas.
5. Recubrir la tuberia reparada para evitar la corrosion o el dano por radiacion
ultravioleta (dependiendo de si la tuberia esta enterrada o no).
6. Volver a enterrar la tuberia (si corresponde).
Una vez instalado, el material de relleno, el adhesive y el compuesto se adhieren
para formar una reparacion permanente que segun los calculos del fabricante,
durara por lo menos 50 anos. En algunas situaciones, el proyecto entero, desde
la excavacion hasta volver a enterrar la tuberia, puede realizarse en tan solo 4 horas.
Una cuadrilla de dos personas capacitadas puede realizar la instalacion en hasta
30 minutos, excluyendo el tiempo de curado.
Existen varies puntos importantes que deben tomarse en cuenta cuando se
instala el sistema Clock Spring®:
* La temperatura maxima de operacion para el sistema estandar Clock Spring®
es 130°F en las peores condiciones de tierra completamente saturada.
* Las temperaturas internas de gas de hasta 180°F pueden soportarse en
una version modificada del sistema Clock Spring®.
* Si el sistema Clock Spring® se usa por encima de la tierra, es necesario
ponerle un recubrimiento protector debido a la susceptibilidad del material
a los rayos ultravioleta.
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Beneficios
economicos y
para el medio
ambiente
Proceso
de decision
* Aunque la reparacion de Clock Spring® puede realizarse con la tuberia bajo
presion completa, los fabricantes recomiendan que se reduzca la presion de
la linea durante la reparacion. Al reducir la presion se reduce el esfuerzo en
el area del defecto durante la reparacion. Ya que el area reparada se expande
durante el represurizado, el esfuerzo tangencial se transfiere del acero al
forro compuesto, lo cual causa una transferencia mayor de carga.
* El forro debe sobresalir por lo menos 2" por cada lado del dano cuando se
usa el sistema Clock Spring® para que se adhiera a la tuberia principal. Por
lo tanto, puede usarse una manga sencilla de 12" para reparar un defecto de
hasta 8" de largo. Para reparar defectos de mas de 8", se colocan multiples
mangas de forro compuesto adyacentes una a la otra para cubrir el largo del
dano (puede quedar un espacio libre de 1/2" entre las uniones). En los Estados
Unidos, pueden colocarse hasta 15 mangas de Clock Spring® lado a lado para
reparar defectos de tuberias de 16" a 30" de diametro con 800 a 900 psi.
El uso de los forros compuestos como alternativa al reemplazo de las tuberias
puede rendir importantes beneficios economicos y ambientales:
* Pueden evitarse los costos relacionados con garantizar el servicio sin
interrupciones durante la reparacion, como la instalacion de desviaciones
o lineas temporales de servicio.
* No se ventila metano a la atmosfera. Usar los forros compuestos elimina
la perdida de ingreso causada por las perdidas de metano.
* Tienen una instalacion mas facil y rapida sin necesidad de equipo especial
ni mano de obra altamente calificada, como los soldadores. Una cuadrilla
capacitada de dos personas puede instalar un forro compuesto en
30 minutos. El tiempo de curado es de 2 horas aproximadamente.
* Se pueden realizar las reparaciones con la tuberia bajo presion completa,
aunque los vendedores recomiendan reducir la presion durante la reparacion.
Usando los cinco pasos que se indican a continuacion, los participantes pueden de
terminar los ahorros de metano y los aspectos economicos que existen al elegir
el forro compuesto en lugar de reemplazar la tuberia. El analisis de costo del forro
compuesto descrito en el Paso 2 tambien es util para fines de comparacion con
las reparaciones de mangas de acero, si su empresa practica el uso de mangas.
Paso 1: Determinar la aplicacion adecuada. Los defectos tipicos que no implican
fugas que son adecuados para realizar las reparaciones con forro compuesto
incluyen las abolladuras, las estrias y la corrosion exterior. Los defectos de hasta
el 80 por ciento de perdida del espesor de la pared pueden repararse con un forro
compuesto. No existen limites de presion en el uso del forro compuesto. El forro
compuesto tambien puede usarse para reparar la corrosion interna de manera
temporal. Si se elimina la fuente de corrosion, la reparacion puede considerarse
como permanente.
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Cuando se considere el uso de forros
compuestos, los factores importantes Cinco Pasos Para evaluar la reparation
de decision incluyen la profundidad y el con forro compuesto:
largo de la perdida o la deformacion de
1. Determmar la aphcacion adecuada;
pared, la resistencia a la deformacion
permanente, la profundidad del defecto, 2- Calcular el costo de la reparacion con
. . . , ,., forro compuesto;
la longitud axial del defecto, el diametro
de la tuberia, el espesor de la pared y 3- Calcular los ahorros de metano;
la presion de operacion de la tuberia. 4. Calcular el costo del reemplazo de la tuberia; y
Aunque se necesitan medidas detalladas 5 Eva|uar |os aspectos econ6micos.
de campo para tomar la decision final
de si los forros compuestos restauraran la
tuberia a las normas de la American Society of Mechanical Engineers (ASME),
los programas de software como GRIWrap® pueden ser utiles para determinar
lo adecuado del forro compuesto en determinados trabajos de reparacion. El
forro compuesto puede ser la eleccion ideal para los defectos sin fugas cuando
la reparacion se necesita de urgencia, debe realizarse con rapidez y no hay un
suministro de gas de respaldo disponible.
Si se determina que no es adecuado realizar reparaciones con forros compuestos
y que se hara el corte y reemplazo de la tuberia, los participantes deben considerar
otras tecnicas recomendadas por el Programa Natural Gas STAR para reducir
las emisiones de metano de las reparaciones que se realicen en la tuberia. Vea
el estudio de Lecciones Aprendidas "Uso de tecnicas de bombeo de vacio de
tuberia para baj'ar la presion de la linea de gas antes de darle mantenimiento",
Paso 2: Calcular el costo de la reparacion con forro compuesto. El costo de
la reparacion con forro compuesto puede fluctuar considerablemente dependiendo
de la longitud del defecto y del diametro de la tuberia. Los costos principales para
la instalacion de mangas de forro compuesto son los costos de la mano de obra,
el equipo y materiales, y los costos indirectos como los permisos y los servicios de
inspeccion. De acuerdo con los distribuidores que se consultaron para este estudio,
una cuadrilla de dos personas puede instalar un forro compuesto de Clock Spring®
en media hora. Como calculo general, asigne 21/2 horas por persona por cada forro
compuesto (1/2 hora por instalacion mas las 2 horas de curado). Para obtener
un calculo mas global de lo que tardara realizar la reparacion, incluya el tiempo
necesario para la excavacion, la instalacion del forro compuesto, el tiempo de
curado del adhesive, el tiempo de secado de las capas y el tiempo para volver a
enterrar la tuberia. Otro participate informa que usa aproximadamente 16 horas
desde la excavacion hasta el entierro de la tuberia en las reparaciones de hasta 4
forros compuestos. Los calculos tambien deben incluir los costos de los productos de
consumo de la reparacion (por ejemplo, el juego del forro compuesto y los recubri-
mientos) y los costos indirectos como los servicios de inspeccion y los permisos.
Los juegos de forros compuestos Clock Spring® contienen muchos de los articulos
necesarios para realizar las reparaciones, incluyendo la manga, el adhesive, el
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material de relleno, un aplicador de rodillo y brochas de aplicacion. El costo
puede fluctuar de $432 por un juego de tuberia de 4" a casi $2,000 por un juego
de tuberia de 56". Tambien tendra que comprarse algun equipo adicional, como
una correa y barra de cincho, y un alimentador de carrete. Sin embargo, este
equipo puede usarse para multiples reparaciones y el costo puede distribuirse
a lo largo de la vida util del equipo. Para obtener mas informacion sobre los
juegos de forros compuestos, consulte el apendice.
Los juegos de otros fabricantes contendran equipo diferente. Aunque este estudio
no compara los aspectos economicos de todos los sistemas de forro compuesto
que hay disponibles, el mercado es muy competitivo. El siguiente analisis del
aspecto economico incorpora la informacion de costo provista por Clock Spring®.
Se exhorta a los participantes a buscar el sistema de forro compuesto que cumpla
mejor con sus necesidades, y a usar la metodologia descrita en este estudio de
Lecciones Aprendidas para realizar sus propios analisis de los aspectos economicos.
El Cuadro 1 muestra los costos mas comunes de mano de obra y equipo usados
para el calculo del costo de una reparacion con forro compuesto. Se excluyen los
costos unices de capacitacion y compra de equipo reutilizable ya que se considera
que sera similar o menor que el costo equivalente de un proyecto de reemplazo
de tuberia.
Tenga en cuenta que estas tasas de mano de obra podrian no corresponder a
todos los tipos de reparacion con forros compuestos. Los participantes deben
consultar con los fabricantes de forros compuestos antes de terminar los
presupuestos de costo.
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Cuadro 1: Calculo del costo de instalacion de un forro compuesto
Dada la siguiente information: Para reparar un defecto sin fuga de 6" en una tuberia de
24", que opera a 350 psig, suponga que tomara 16 horas paraterminar el proyecto1 usando
las siguientes categories de mano de obra2. Suponga que los costos para la administracion
y planificacion de ingenieria seran el 25% de la mano de obra en el campo.
Cmano de obra = costo de mano de obra
Tarifa por hora de categoria de mano de obra en el campo
Operador = $34/hora
Instaladorde tuberia =$31/hora
Aprendiz = $21/hora
= cost° de equipo
Costo de equipo individual
Juego de forro compuesto = $878 por 1 juego
Retroexcavadora = $36/hora
Equipo de pulido con chorro de arena = $10/hora
Recubrimientos de tuberia (5% del juego de compuesto) = $44
Cmdirectos = cost°s indirectos como cuadrilla de inspeccion de campo, permisos, etc.
(Suponga el 50% del costo total de equipo y mano de obra3)
(1) Calculo del costo de mano de obra
Cmano de obra = Costo de administration de ingenieria + costo de mano de obra en el campo
Costo de mano de obra en el campo
= tarifa por hora * tiempo necesario para terminar el trabajo
= ($34+ $31 +$21)* 16
= $1,376
Costo de administracion de ingenieria = 0.25 * $1,376 = $344
Cmano de obra = $344 + $1,376 = $1,720
(2) Calculo del costo del equipo
Cequipo = Costo de materiales consumibles (juego de forro compuesto y
recubrimientos) + Costo del alquiler o uso del equipo en la obra
= $878+ $44+ ($36* 16)+ ($10* 16)
= $1,658
(3) Calculo de los costos indirectos
Cmdirectos = Costo de permisos, servicios de inspeccion, gastos relacionados
con el derecho de paso
= 0.5 * (Cmano de obra + Cequipo) = 0.5 * ($1,720 + $1,658)
= $1,689
(4) Calculo del costo total de la reparation
Costo total de reparation = Cmano de obra + Ceqilipo + Cindirectos
= $1,720+ $1,658+ $1,689
= $5,067
1 Informacion provista por el participante.
2 Quick, P. "Economics of Pipeline Repair", The Southern Gas Association Transmission Operating
Conference, New Orleans, LA, Julio de 2001.
3Proviene de Boreman, David. J. et.al. "Repair Technologies for Gas Transmission Pipelines",
Pipeline and Gas Journal, marzo de 2000.
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Paso 3. Calculo del ahorro de metano. La reparacion con forro compuesto no se
usa para solucionar las fugas activas de metano. La cantidad de gas que se ahorra
es la cantidad de gas que se hubiera ventilado en caso de haberse llevado a cabo
el reemplazo de la tuberia. El reemplazo requiere que se cierre la tuberia y se aisle
la porcion danada del tubo con el uso de las valvulas de cierre. La distancia entre
las valvulas de cierre se indica en los reglamentos del Departamento de Transporte
(DOT) y puede ser hasta de 10 millas en lugares remotos. El gas metano que se
aisla en el segmento de la tuberia generalmente se ventila a la atmosfera.
Como se muestra en el Cuadro 2, el volumen de gas que se ahorrara al usar el
forro compuesto en lugar de reemplazar la tuberia puede calcularse con una formula
sencilla que toma en cuenta la presion de la tuberia, la longitud de la seccion aislada
y el area transversal.
Cuadro 2: Calculo del ahorro de metano con la reparacion de forro compuesto
Dada la siguiente informacion: Una compania de tuberfas realiza una reparacion con
forro compuesto en una tuberia de 24", que opera a 350 psig, con 10 millas entre
las valvulas de cierre.
D = Diametro interne de la tuberia (pulgadas)
L = Longitud de la tuberia entre las valvulas de cierre (pies)
P = Presion de la tuberia (psia para presion baja1, psig para presion alta)
Pmetano = Precio actual del metano en el mercado ($3/Mcf)
Vmetano = Volumen de las emisiones de metano
(1) Calculo del volumen de emisiones de metano
Ahorros de metano con forro compuesto = Emisiones de metano que se evitan al
no reemplazar la tuberia
Vmetano = Volumen de ahorros de metano con forro compuesto para Ifneas bajo presion
L
1,000
mamo 1,000
0.372]
1,000
= 3,690 Mcf
(2) Calculo del valor de los ahorros de metano
Valor de los ahorros de metano con forro compuesto = Vmetano * Pme6no
= 3,960 Mcf * $3/Mcf
= $11,880
Fuente: Pipeline Rules of Thumb Handbook, 5° edicion, 2002.
1 La presion de una tuberfa de 50 psi o menor se considera presion baja.
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Paso 4. Calculo del costo de reemplazo de la tuben'a. Calcule el costo del
reemplazo de la tuberia. Los costos relacionados con el reemplazo de la tuberia
pueden agruparse en tres categorias:
* Procedimientos de purgado.
* Costos de mano de obra y equipo.
* Gastos indirectos adicionales relacionados con el reemplazo de la tuberia,
tales como el costo de anunciar que se cerrara el servicio de gas, el volver a
encender los pilotos de los clientes, los servicios de inspeccion y los permisos.
Despues del reemplazo de la tuberia, se tiene que purgar el segmento reparado
antes de volverlo a poner en servicio, lo que requiere la compra y el uso de gases
inertes, como el nitrogeno. El Cuadro 3 muestra como calcular los costos de los
procedimientos de purgado, multiplicando el volumen de gas purgado necesario
por el precio del gas.
Cuadro 3: Calculo del costo del procedimiento de purgado
para el reemplazo de la tuberia
Dada la siguiente information: Suponga que una tuberia de 24" opera a 350 psig,
con valvulas de cierre a 10 millas de distancia.
D = Diametro interne de la tuberia (pulgadas)
L = Longitud de la tuberia entre las valvulas de cierre (pies)
Vp = Volumen del segmento de la tuberia
Ppgas = Precio actual del gas purgado en el mercado ($/Mcf)
Vpgas = Volumen del gas purgado
(1) Calculo del volumen del gas purgado
Vpgas = Volumen del gas purgado1 que se usa durante el procedimiento de
reemplazo de la tuberia
= V, * 1.2 (Ifnea restaurada + 20% de desecho)
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El Cuadro 4 muestra como calcular los costos de mano de obra y equipo de un
proyecto de reemplazo de tuberia. Por lo general, el costo relacionado con el
reemplazo de la tuberia es usualmente mayor que el relacionado con una
reparacion con forro compuesto.
Cuadro 4: Calculo del costo de mano de obra,
equipo y costos indirectos del reemplazo de tuberias
Dada la siguiente informacion: Una companfa de tuberias ha detectado un defecto sin fugas
de 6" en una tuberia de 24" de diametro que opera a 350 psig. Las valvulas de cierre estan a
10 millas de distancia. Se remplazaran 72" de tuberia1.
Suponga que sera un trabajo2 de 40 horas y las siguientes clases de mano de obra y equipo y
tarifas por hora3. Suponga que los costos para la administracion y planificacion de ingenieria
seran el 25% de la mano de obra en el campo.
Tarifa por hora para cada categorfa de mano de obra
Soldador = $35/hora
Operador = $34/hora
Instaladorde tuberia = $31/hora
Aprendiz = $21/hora
Costo del equipo
Grua/Camion con pluma = $36/hora
Equipo de soldadura = $20/hora
Retroexcavadora = $36/hora
Tuberia de acero4 = $50/pie
Recubrimientos5 = $303
(1) Calculo del costo de mano de obra
Costo de mano de obra en el campo = ($35 + $34 + $31 + $21 )/hora * 40 horas
= $4,840
Costo de administracion de ingenieria = 0.25 * $4,840 = $1,210
Costo total de mano de obra, Cmano(leota = $4,840 + $1,210 = $6,050
(2) Calculo del costo del equipo
Costo total de equipo y materiales, Cequipo
= ($36 + $20 + $36)/hora * 40 hora + $50/pie * 6 pies + $303
= $4,283
(3) Calculo de los costos indirectos
Costos indirectos = Costo de permisos, servicios de inspection, gastos relacionados con el
derecho de paso6
Cindirectos = (Suponga el 40% del costo total de equipo y mano de obra)
- U.4 l^mano d
-$4,133
(4) Calculo del costo total
_ p
~~ mano de obr;
= $14,466
Costo total = Cmano de obH + Cequipo + Cin(lirectos
1 Reemplace por lo menos tres veces el diametro del tubo. La informacion se basa en la informacion
reportada por el participante.
2Tiempo requerido para reemplazar la tuberfa desde la excavacion hasta terminar de enterrarla. Esto se
basa en la informacion reportada por el participante. Suponga 1 semana de trabajo (5 dfas, 8 horas/dfa).
Excluye horas extra.
3Quick, P. "Economics of Pipeline Repair", The Southern Gas Association Transmission Operating
Conference, New Orleans, LA, Julio de 2001.
4Supone $50/pie. Informacion reportada por el participante.
5 Bases: Oil and Gas Journal, "Composite Wrap Approved for U.S. Gas-Pipeline Repairs", 9 de octubre
de 1995. Fue tres veces el costo indicado para una manga dividida de 2 pies.
5Proviene de Boreman, David. J. et.al. "Repair Technologies for Gas Transmission Pipelines",
Pipeline and Gas Journal, marzo de 2000.
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Paso 5: Evaluar los aspectos economicos. La comparacion mostrada en el
Cuadro 5 examina el costo de reemplazar un segmento de tuberia danada y el
costo de reparar el defecto con un forro compuesto como dos opciones. En
ambos casos, el defecto se encontro en una tuberia de 24" que opera a 350 psig.
La unica diferencia es la longitud del defecto, en el primer caso, se trata de 6" de
largo, y en el segundo es de 234" de largo. Estos dos ejemplos se seleccionaron
debido a que el primero, un defecto corto, representa la reparacion mas tipica, y
el segundo, el defecto largo, representa una opcion en donde el costo del forro
compuesto sobrepasa el costo del reemplazo de la tuberia.
La excavacion del lugar y el volver a enterrar la tuberia son actividades comunes
en ambas opciones de reparacion. Para simplificar el analisis, el costo de dichas
actividades se supone que es igual y se excluye.
Los costos restantes de mano de obra y materiales son especificos en cada
opcion. El cuadro 5 indica los costos principales de cada reparacion. Las gruas o
los camiones con pluma son especificos en el reemplazo de tuberias y se incluyen
en el analisis basico.
Una vez que el segmento reemplazado se alinee y suelde en su lugar, generalmente
hay que esperar 24 horas para probarlo y garantizar que las soldaduras esten bien
seguras. El analisis del Cuadro 5 supone que las pruebas se realizan durante el
periodo especificado.
Este analisis muestra que la reparacion con forro compuesto brinda ahorros
significativos de metano, nitrogeno y mano de obra. El costo de los juegos de forro
compuesto es bajo para la primera opcion, ya que solamente se necesita un juego
de reparacion para el defecto de 6". En el caso del defecto de 6", el ahorro de
metano por si solo cubre el costo de la reparacion con forro compuesto, y el
periodo de recuperacion de la inversion es inmediato.
12
-------
Cuadro 5: Comparacion de los aspectos economicos
del reemplazo de la tuberia y el f orro compuesto
Dada la siguiente informacion: Una tuberia de 24" de diametro que opera a 350 psig1 con
10 millas entre las valvulas de cierre.
Defecto de 6"
Reparation
con forro
compuesto
Reemplazo
dela
tuberia
Defecto de 234"
Reparation
con forro
compuesto
Reemplazo
dela
tuberia
Perdida de metano
Gas purgado (Mcf)
Numero de juegos
de forro compuesto
Costo de las emisiones
de metano3
Costo del gas purgado4
Mano de obra5
Equipoy
materiales6
Costos indirectos
Costo total de la reparacion
0
3,960
199
0
202
3,960
199
$1,720
$922
$1,321
$3,963
$11,880
$796
$4,350
$2,843
$2,877
$22,746
$3,440
$18,440
$10,940
$32,820
$11,880
$796
$6,525
$7,280
$5,522
$32,003
Opcion mas
economica
1 Equivalente a la presion reducida en donde se realizarfa la reparacion con forro compuesto.
2Se basa en el numero de forros compuestos colocados lado a lado menos las 2" necesarias en
cada extremo de la primera y ultima manga para adherir el forro compuesto a la tuberfa principal.
3Supone que el metano cuesta $3/Mcf.
4Supone que el nitrogeno cuesta $4/Mcf.
5Reemplazo de la tuberfa: Supone 40 horas (sin horas extra) para terminar el proyecto de las 6", 60 horas
(sin horas extra) para el proyecto de 234". Reparacion con forro compuesto: Supone 16 horas para
terminar el proyecto de 6" y 32 horas para terminar el proyecto de 234". Las tarifas de mano de obra
como se muestran en los Cuadros 1 y 4. La mano de obra para el reemplazo de la tuberia excluye al
operador, ya que se supone que la funcion principal del operador sera la excavacion y volver a enterrar
la tuberia. No se hacen ajustes similares para las categorfas de mano de obra para el forro compuesto.
5Excluye el costo de la retroexcavadora y el equipo de pulido con chorro de arena mostrado en los Cuadros 1
y 4. Para el defecto de 234", se suponen 39 pies de tuberia reemplazada (el doble de la longitud del defecto).
Para el caso del defecto de 234", se colocan juntos 20 juegos de forro compuesto y
los costos de equipo suben aproximadamente 20 veces, sobre el caso del defecto
corto, mientras que aumentan en un factor de 2.5 por el reemplazo de la tuberia.
Los ahorros de metano y los costos mas bajos de mano de obra en la reparacion
de compuesto se compensan con los altos costos de materiales; esto causa
que los costos sean mas comparativos en ambas opciones de reparacion.
Es importante notar que en algunas circunstancias (por ejemplo, ciertos defectos
largos), el reemplazo de la tuberia es la opcion mas economica, independientemente
de la perdida de gases. Sin embargo, algunos participantes de Natural Gas STAR
han elegido el forro compuesto en lugar del reemplazo de tuberia en estas circunstan-
cias, resaltando que el costo no es el unico factor que influencia la opcion de
13
-------
reparacion seleccionada. Como indica el siguiente caso de estudio de un partici-
pante de Natural Gas STAR, la urgencia de la reparacion, la disponibilidad de un
suministro de respaldo de gas y la velocidad de la reparacion influencian la decision
final.
Experiencia de un participante con las reparaciones con forro compuesto
Un participante de Natural Gas STAR informo haber realizado mas de 300 reparaciones con
forro compuesto de defectos sin fugas en Ifneas de transmision de mas de 10" desde 1995.
En una ocasion, el participante reparo un defecto de 20" en un tubo colocando juntas dos
mangas de forro compuesto. Ya que la tuberia danada estaba cerca de un arroyo, el no tener
que abrir la tuberia (como hubiera sido en el caso de tener que reemplazar el segmento), se
evito la exposition de agua al interior de la tuberia y todas las complicaciones relacionadas.
Dos miembros capacitados del personal instalaron el forro compuesto y volvieron a enterrar
la tuberia en cuatro horas. La reparacion completa, desde el excavado hasta volver a
enterrarla, se realize en dos dias, y la Imea nunca se retire de servicio.
Para este participante, el costo con frecuencia es una consideration secundaria en la selection
del forro compuesto en lugar del reemplazo de tuberia. Las consideraciones principales
incluyen:
* iPuede realizarse la reparacion sin tener que retirar de servicio la tuberia? Esto es
importante en zonas donde no hay una fuente de gas de respaldo.
* iCon cuanta rapidez puede realizarse la reparacion? La reparacion con forro compuesto
usualmente requiere dos dias, mientras que el reemplazo de tuberfas comunmente
tarda de cinco a siete dias.
* iPuede realizarse la reparacion de manera segura? Los operadores siempre se preocupan
cuando las reparaciones como el forro compuesto o las mangas de acero se llevan a
cabo en la tuberia "trabajando". Los forros compuestos no presentan problemas
de seguridad adicionales en comparacion con la reparacion con mangas de acero.
Lecciones
aprendidas
La reparacion con forro compuesto puede eliminar de manera economica las
emisiones de metano relacionadas con la reparacion de ciertos defectos sin
fugas de las tuberfas. Los participantes ofrecen las siguientes lecciones aprendidas:
* La reparacion con forro compuesto puede usarse como reparacion permanente
de defectos que no impliquen fugas en las tuberfas y reparacion temporal de
defectos causados por la corrosion interna.
* La reparacion con forro compuesto brinda ahorros de metano al eliminar la
necesidad de tener que cerrar la tuberia danada y ventilar el metano a la
atmosfera antes de repararla.
* Los ahorros de metano pueden ser suficientes para cubrir el costo de la
reparacion con forro compuesto y brindar la recuperacion de la inversion
de inmediato.
* El forro compuesto puede ser la eleccion ideal para los defectos sin fugas
cuando la reparacion se necesita de urgencia, debe realizarse con rapidez
y no hay un suministro de gas de respaldo disponible.
* Durante la reparacion, la tuberia generalmente puede operar a presiones de
por lo menos la mitad de la presion completa, lo cual evita las interrupciones
de servicio posibles, las perdidas de ingresos y los costos del gas ventilado.
* El peso ligero del material del forro compuesto hace relativamente facil su
instalacion. Dos tecnicos con poca habilidad pueden realizar la reparacion
en unas cuantas horas sin soldar, cortar ni usar equipo de manejo especial.
14
-------
El forro compuesto elimina las demoras costosas de especificar y conseguir
las mangas de metal o los segmentos de tuberia para reparar la tuberia.
El forro compuesto restaura la capacidad original de presion de la tuberia y
mejora su resistencia contra mayor deterioro estructural.
Las pruebas de los segmentos reparados con forro compuesto indican una
proteccion continua catodica.
Muchas companias ahora proveen sistemas de forro compuesto, cada una
con sus propias ventajas, asi que es importante buscar el adecuado.
Registre las reducciones de emisiones de metano obtenidas mediante este
sistema e incluya las reducciones en los informes del Programa de Natural Gas
STAR si la politica anterior de su compania era reemplazar las secciones de
tuberia dafiada.
Nota: La informacion de costo provista en este documento se basa en calculos para
Estados Unidos. Los costos de equipo, mano de obra y el valor del gas variaran
dependiendo del lugar, y podrian ser mayores o menores que en los Estados
Unidos. La informacion sobre costo presentada en este documento solamente debe
usarse como guia al determinar si las tecnologias y las practicas son convenientes
economicamente para sus operaciones.
Armor Plate, Inc., .
Referencias
ASME B31G, Manual for Determining Remaining Strength of Corroded Pipelines:
Supplement To B31 Code-Pressure Piping, 1991.
Boreman, J. David, et al., Repair Technologies for Gas Transmission Pipelines,
Pipeline and Gas Journal, marzo de 2000.
Columbia Gas Transmission and Columbia Gulf Transmission, contacto personal.
EPA Partnership, Columbia Energy Reports Significant Reduction in Methane
Emissions, noviembre de 2000.
Furrow, M. L, Departamento de Transporte de los Estados Unidos,
contacto personal.
Gas Research Institute, Summary of Validation of Clock Spring® for Permanent
Repair of Pipeline Corrosion Defects, GRI-98/0227.
15
-------
Leewis, Dr. Keith, Gas Technology Institute, contacto personal.
McAllister, E.W., Pipeline Rules of Thumb Handbook, 5° Edition, 2002.
Mohitpour, M. et al., Pipeline Rehab Responding to Regulatory Pressures,
Technological Advances, Oil and Gas Journal, 20 de enero de 2003.
Oil and Gas Journal, Composite Wrap Approved for U.S. Gas-Pipeline
Repairs, 9 de octubre de 1995.
Quick, Porter, Economics of Pipeline Repair, The Southern Gas Association
Transmission Operating Conference, New Orleans, Louisiana, Julio de 2001.
The Clock Spring® Company L.R, .
The StrongBack Corporation, .
Tingley, Kevin, U.S. EPA Natural Gas STAR Program, contacto personal.
Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos. Lecciones
Aprendidas:Uso de tecnicas de evacuacion de tuberia para reducir la presion de
gas de la linea antes del mantenimiento. (Using Pipeline Pump-Down Techniques
to Lower Gas U'ne Pressure Before Maintenance) (EPA430-BOO-007, diciembre
de 2000).
WrapMaster, Inc., .
16
-------
Apendice
Productos de tuberia de forro
compuesto Clock Spring
Tamano de
la tuberia
4"
6"
8"
10"
12"
14"
IB-
IS"
20"
22"
24"
26"
28"
30"
32"
36"
40"
42"
44"
48"
56"
Costo del juego de
forro compuesto (2001)
$432
$402
$466
$508
$549
$599
$649
$717
$794
$859
$878
$924
$969
$998
$1,051
$1,129
$1 ,331
$1 ,386
$1,488
$1 ,668
$1,951
17
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Contenido del juego de f orro compuesto
• Manga de forro compuesto (12" ancho * 1/2" espesor cuando se instala)
• Adhesive
• Material de relleno de transferencia de carga
• Aplicador en rodillo
• Almohadilla inicial de adhesive por ambos lados
• Bloques de alineacion
• Brochas de aplicacion, protectores de bandeja de pintar, varilla de mezclado,
mezcladora Jiffy, bolsas de basura
• Base opcional especialmente disenada para la instalacion
Fuente: The Clock Spring® Company L.P. Clock Spring® es una marca registrada de NCF Industries
Inc. Todos los derechos reservados. Fabricado bajo la licencia de NCF Industries Inc. El sfmbolo
de Clock Spring es una marca registrada de Clock Spring Company L.P.
Equipo miscelaneo
que se compra una vez
(no se incluye en el costo del juego)
Barra y correa de cincho estandar
Barra y correa de cincho H.D.
Correas de cincho
Alimentadorde carrete
Manometro de temperatura con base magnetica
Probador de dureza de tierra Shore "A"
Barra y correa completa de cincho
Capacitacion - Excluyendo los gastos de viaje
$150
$225
$25
$350
$32.50
$350
$150
$750
18
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19
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x>EPA
Agenda de Proteccion del Medic
Ambiente de los Estados Unidos
Aire y Radiacion (6202J)
1200 Pennsylvania Ave., NW
Washington, DC 20460
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