Drenaggio e essiccazione delle condotte dopo il test idrostatico: criteri del punto di rugiada per il servizio gas naturale

Il costo di lasciare acqua in una linea gas

Un test idrostatico prova la resistenza, ma lascia la linea piena d'acqua che il servizio gas naturale non può tollerare. L'acqua libera che ristagna nei punti bassi e nelle tasche delle trappole pig, insieme al film sulla parete del tubo, si combina con il gas per formare idrati non appena la pressione sale e il gas si espande attraverso una valvola o un regolatore. I tappi di idrati bloccano le linee, danneggiano la strumentazione e costringono a sfiati di emergenza. Se il gas trasporta CO₂ o H₂S, l'acqua residua alimenta anche la corrosione interna, e questo inizia dal primo giorno. L'acqua che raggiunge le unità di disidratazione o i sistemi di misura per il trasferimento di custodia può portare il sistema downstream fuori specifica.

La parte difficile è che una linea può sembrare asciutta ed essere ancora bagnata. L'acqua in massa esce con i pig, ma un film rimane sulle superfici interne e l'acqua ristagna nelle zone basse. L'essiccazione deve continuare finché non viene soddisfatto il criterio di accettazione. Pertanto, mettete per iscritto tale criterio, misuratelo e concordatelo prima che entri il primo pig.

Contesto normativo e requisiti

Nessun singolo documento stabilisce un unico valore universale di essiccazione. Il codice di riferimento stabilisce il quadro per i test e la messa in servizio. La specifica di progetto o la procedura dell'operatore stabilisce il criterio di umidità.

• ASME B31.8, Gas Transmission and Distribution Piping Systems, copre la progettazione, costruzione, collaudo e gestione dei gasdotti, inclusi i test di pressione.
• CSA Z662, Oil and gas pipeline systems, è il quadro equivalente per i progetti canadesi.
• Negli Stati Uniti, il 49 CFR Part 192 (Transportation of Natural Gas and Other Gas by Pipeline: Minimum Federal Safety Standards) disciplina i test e la messa in servizio delle linee gas regolamentate.

Le procedure dell'operatore completano i dettagli sull'essiccazione. La procedura TD-4137P-03 (2021) di Pacific Gas and Electric, ad esempio, descrive come determinare se una condotta necessita di essiccazione dopo il test idrostatico e quali metodi applicare. Specifiche di progetto come SPC-SPC-011, Hydrostatic Testing, Dewatering and Drying, mostrano come un committente raggruppa questi requisiti in un unico documento. La letteratura tecnica racconta la stessa storia. Il documento dell'International Pipeline Conference How Dry Is Dry? (2018), la panoramica di GATE Energy Gas Pipeline Drying Methods (2013) e la più datata rassegna sullo stato dell'arte dell'essiccazione di gasdotti di grande diametro (1982) affrontano tutti il tema della secchezza accettabile, dibattuto da decenni e dipendente dal servizio.

Drenaggio: rimuovere l'acqua in massa

L'essiccazione non può iniziare finché l'acqua in massa non è stata rimossa. La maggior parte del tempo sprecato nell'essiccazione è riconducibile a un drenaggio scadente.

Corse con pig in schiuma

I pig in schiuma svolgono il lavoro finale di drenaggio nella maggior parte dei casi. Si adattano al diametro interno, superano piccole restrizioni e puliscono la parete. Punti pratici:

• Propellere i pig di drenaggio con aria compressa secca o azoto, mai con aria umida o non trattata. Qualsiasi traccia di umidità nel gas di spinta finisce nella linea che si sta cercando di asciugare.
• Lanciare un treno di pig, non uno solo. Le prime corse espellono l'acqua in massa e le successive puliscono il film residuo. Monitorare l'acqua scaricata al ricevitore e le condizioni di ogni pig. Quando i pig successivi arrivano con poca acqua davanti e ne escono solo umidi, la rimozione della massa è completata.
• Controllare l'usura del pig dopo ogni corsa. Un pig molto usurato ha lasciato passare acqua e la corsa successiva ne trasporterà di più.
• Il profilo altimetrico conta. I pig si fermano o subiscono bypass nei punti bassi, nei cambi di pendenza e nelle transizioni a parete grossa. Esaminare il profilo altimetrico e i raccordi (T, riduzioni, valvole) prima di scegliere il tipo di pig e la pressione di spinta.
• Verificare che le disposizioni per il ricevitore, lo scarico e lo smaltimento possano gestire il volume d'acqua. L'acqua del test richiede spesso uno scarico controllato secondo i permessi del progetto.

Cosa non fa il pigging con schiuma

I pig in schiuma lasciano un film sulla parete. Inoltre, non possono rimuovere l'acqua intrappolata nei rami morti, nelle linee di bypass, nelle prese degli strumenti e nelle cavità delle valvole. È lì che si nasconde l'umidità residua dopo una corsa di drenaggio che sembrava aver avuto successo.

Metodi di essiccazione a confronto

La scelta di un metodo dipende solitamente dalla lunghezza della linea, dal diametro, dalla temperatura ambiente, dal gas secco disponibile, dalla tempistica e dalla quantità di acqua residua che il progetto può tollerare. Molti progetti prevedono il pigging con schiuma seguito da essiccazione con aria secca o azoto, riservando l'essiccazione sottovuoto a tratti brevi o complessi.

Obiettivi del punto di rugiada

L'obiettivo di essiccazione è espresso come punto di rugiada: la temperatura alla quale il vapore acqueo nel gas inizia a condensare. La prassi del settore, come stabilito nella letteratura attuale dei fornitori di servizi, utilizza queste fasce di punto di rugiada in pressione:

Conversione utilizzata: °C = (°F − 32) × 5/9. Ad esempio, −20°F dà (−20 − 32) × 5/9 = −52 × 5/9 = −28.9°C, e −40°F dà (−72) × 5/9 = −40.0°C.

Per i metanodotti, viene comunemente specificato −40°F o inferiore. Non limitarsi a prendere il numero da una tabella. Collegarlo al reale inviluppo operativo:

• Il punto di rugiada deve essere inferiore alla temperatura più bassa che la parete del tubo o il gas raggiungeranno alla pressione operativa. Ciò include tratti interrati, attraversamenti fluviali e tratti fuori terra in inverno.
• La composizione del gas è importante. La temperatura di formazione degli idrati aumenta con la pressione e con determinati componenti. Una linea ad alta pressione con tratti in terreno freddo necessita di un obiettivo più rigoroso rispetto a una rete di distribuzione a bassa pressione.
• La sensibilità downstream è importante. Le linee che alimentano processi criogenici, utenze di aria strumenti o stoccaggi dovrebbero attestarsi sull'estremità più secca dell'intervallo.
• Specificare se l'obiettivo si applica alla pressione di linea o alla pressione atmosferica. Le due differiscono significativamente e la confusione tra appaltatore e proprietario è una fonte comune di controversie in fase di accettazione.

Verifica dell'essiccazione

Confronto del punto di rugiada tra ingresso e uscita

Si verifica l'avanzamento dell'essiccazione misurando il divario tra il punto di rugiada in ingresso e quello in uscita. L'operazione si considera completata quando le letture in uscita si stabilizzano al valore target o al di sotto di esso, con l'uscita che si avvicina all'ingresso. Una singola lettura bassa non costituisce accettazione. Un periodo prolungato di stabilità sì.

Strumenti

• Gli igrometri a specchio raffreddato sono il metodo di riferimento perché misurano direttamente il punto di rugiada. Sono sensibili alla contaminazione, quindi il condizionamento del campione è fondamentale.
• Le sonde capacitive (ossido di alluminio o polimero) sono robuste e comuni sul campo. Verificare la calibrazione e il tempo di risposta prima del lavoro, poiché possono presentare ritardi in gas molto secchi.
• Utilizzare linee di campionamento in materiale idoneo. Tubazioni lunghe o scelte male assorbono e rilasciano umidità. Si ottiene una lettura falsamente umida che scende lentamente, o una falsamente secca quando il campione viene prelevato da un punto morto.

Test di tenuta (statici)

Una volta che il punto di rugiada in uscita raggiunge l'obiettivo, isolare la linea e mantenerla in stasi. L'eventuale acqua residua rievapora nel gas statico e il punto di rugiada sale. Per i tratti essiccati sottovuoto, isolare dalla pompa e monitorare invece la pressione. Un aumento che si stabilizza su un valore basso indica una linea a tenuta con poca acqua. Un aumento continuo indica presenza di acqua o una perdita. Stabilire la durata della prova e la variazione ammissibile nella specifica prima di iniziare. Non deciderli dopo aver visto il risultato.

Sicurezza durante il drenaggio, l'essiccazione e l'immissione di gas

Le stazioni di lancio e ricevimento pig, gli sfiati e gli allacciamenti sono i punti in cui si concentrano i rischi da idrocarburi. Per qualsiasi attività che comporti l'apertura, la depressurizzazione o l'ispezione di apparecchiature contenenti idrocarburi, incluse le linee ripristinate che hanno contenuto gas:

1. Isolare la sezione con isolamento positivo e depressurizzarla attraverso un percorso controllato.
2. Verificare l'assenza di energia (zero energy) presso la trappola, inclusi manometri e punti di spurgo, prima di aprire qualsiasi chiusura. I ricevitori pig possono trattenere pressione intrappolata a monte o a valle di un pig.
3. Applicare le procedure di lock-out/tag-out (LOTO) alle valvole di isolamento e all'alimentazione del gas di spinta.
4. Trattare l'area come area classificata. Utilizzare apparecchiature adeguatamente certificate e controllare le fonti di innesco.
5. Utilizzare rilevatori di gas portatili calibrati per gli idrocarburi e, dove si utilizza azoto, per la carenza di ossigeno.
6. Scaricare in un luogo sicuro, lontano dal personale, con zone di esclusione durante il lancio e il ricevimento del pig. Non sostare mai in linea con il portello di una trappola o nella traiettoria di un pig e del fluido di scarico.

Non immettere mai gas naturale in una sezione che contiene ancora aria senza una fase di spurgo definita. Saltare questo passaggio comporta il rischio di creare una miscela infiammabile.

Scenario illustrativo

Questo è un esempio illustrativo, non un progetto reale. Una nuova linea laterale di gas attraversa un fiume e percorre un terreno esposto. Dopo il test idraulico, l'appaltatore esegue un treno di pig in schiuma con aria secca. I primi pig espellono grandi volumi d'acqua. Con gli ultimi pig, il ricevitore rileva poca acqua. L'appaltatore avvia il flusso di aria secca e il punto di rugiada in uscita scende rapidamente, per poi stabilizzarsi su un valore ben al di sopra del target specificato.

Una fase di stallo (plateau) solitamente indica che l'acqua è nascosta da qualche parte. Il team controlla il profilo e individua il punto basso in corrispondenza dell'attraversamento del fiume. Eseguono un altro pig in schiuma, che espelle un ulteriore tappo di liquido, e il punto di rugiada riprende a scendere. L'uscita si stabilizza al target con solo una piccola differenza rispetto all'ingresso. Il team isola la linea per il test di tenuta (hold test). Il punto di rugiada sale leggermente per poi stabilizzarsi entro il limite indicato nelle specifiche. Il committente accetta il risultato e l'immissione di gas procede secondo la procedura di messa in servizio.

La lezione: un plateau dovrebbe spingere a cercare l'acqua intrappolata, non a prolungare il tempo di essiccazione. Far passare più aria attraverso una sezione che contiene ancora acqua liquida è un processo lento e costoso.

Checklist per l'essiccazione e la messa in servizio

• Confermare il target del punto di rugiada, specificando se riferito alla pressione di linea o alla pressione atmosferica, e i criteri di stabilità e del test di tenuta prima della mobilitazione.
• Basare il target sulla temperatura operativa minima prevista, sulla composizione del gas e sulla pressione operativa.
• Esaminare il profilo altimetrico ed elencare i punti bassi, i rami morti (dead legs), le cavità delle valvole e le connessioni derivate per un'attenzione specifica.
• Specificare gas di spinta secco per tutti i lanci di pig e verificare il relativo punto di rugiada all'uscita del compressore o del generatore.
• Pianificare lo scarico dell'acqua, la gestione e i permessi prima del lancio del primo pig.
• Eseguire i pig in schiuma in un treno e registrare il volume d'acqua e le condizioni del pig per ogni lancio.
• Selezionare il metodo di essiccazione in base a lunghezza, diametro, temperatura, fornitura di gas e cronoprogramma.
• Calibrare gli strumenti per il punto di rugiada e utilizzare una linea di condizionamento del campione adeguata.
• Registrare il punto di rugiada in ingresso e in uscita rispetto al tempo, e confermare che l'uscita si sia stabilizzata al target o al di sotto di esso.
• Eseguire il test di tenuta e registrare il risultato rispetto al limite concordato.
• Verificare l'isolamento, l'assenza di energia, le procedure LOTO, il rilevamento gas e lo sfiato sicuro per ogni operazione su trappole e sfiati.
• Utilizzare una fase di spurgo definita prima di immettere gas naturale e conservare i record del punto di rugiada nel fascicolo di messa in servizio.

Conclusione

L'essiccazione è un criterio di accettazione misurato e concordato. Non si ottiene automaticamente con il pigging. Stabilire il target del punto di rugiada in base all'inviluppo operativo e alla sensibilità del downstream. Drenare accuratamente con un treno di pig in schiuma spinti da gas secco. Scegliere il metodo di essiccazione adatto alla geometria e alla tempistica. Accettare la linea solo in presenza di un punto di rugiada in uscita stabile al target o al di sotto di esso, confermato da un test di tenuta.

Come passo successivo, prendete le vostre attuali specifiche di messa in servizio e verificate tre elementi: se il target del punto di rugiada è legato alla temperatura operativa minima, se specifica la pressione di linea o atmosferica, e se il limite del test di tenuta è definito prima dell'inizio dei lavori. Laddove uno di questi punti risulti vago, risolverlo con l'appaltatore prima della mobilitazione.