Transport gazu. Prof. dr hab. inż.. Andrzej J. Osiadacz. Gazowniczych Środowiska Politechnika Warszawska

Transkrypt

1 Prof. dr hab. inż.. Andrzej J. Osiadacz Zakład ad Systemów w Ciepłowniczych i Gazowniczych Wydział Inżynierii Środowiska Politechnika Warszawska andrzej.osiadacz@is.pw.edu.pl

2 Podstawowe własnow asności gazów w rozprowadzanych sieciami gazowymi Paliw liwa gazowe oraz ich mieszaniny, rozprowa wadzane e sieciami gazowymi na terenie Polski winny spełnia niać wymagania określone przez normn ormę PN-87/C 87/C Paliwa gazowe rozprowadzane wspóln lną siecią i przeznaczone dla gospodarki komunalnej. Gazy używane u dzieli się na 4 grupy: Grupa I (GS - gazy sztuczne; efekt przetworzenia paliw stałych i ciekłych oraz ich mieszaniny z gazem ziemnym i gazem propan butan), Grupa II (GZ - gazy ziemne; gazy pochodzenia naturalnego,, których głównym g składnikiem jest metan), Grupa III (GPR mieszaniny propan-butan butan) Grupa IV mieszaniny C3 - C4 z powietrzem.

3 Podstawowe własnow asności użytkowe u gazów palnych określaj lają parametry: ciepło spalania lub wartow artość opałowa owa, gęstość właściwa, liczba Wobbego, prędko dkość spalania, granice zapłonu onu.

4 Ciepło spalania gazu (MJ/ MJ/m 3 ) jest ilości cią ciepła jaką otrzymuje się podczas całkowit kowitego spalenia 1m 3 gazu w warunkach normalnych (wartość opałowa owa stanowi ciepc iepło spalania pomniejszone o ciepło o parowania wody wydzielonej z paliwa podczas spalania). Gęstość właściwa (kg/ G/m 3 ) jest stosunkiem masy gazu do jego objęto tości i wyraża a masę 1m 3 gazu w warunkach normalnych.

5 Liczba Wobbego (MJ/ (MJ/m 3 ) jest stosunkiem ilości ciepła gazu do pierwiastka kwadratowego z gęstości względnej gazu (gęsto stość względna gazu jest stosunkiem mas jednakowych objęto tości gazu i powietrza znajdujących się w takich samych warunkach ciśnienia i temperatury). Prędko dkość spalania spalania gazu określa z jaką prędko dkością przesuwa się płomień względem mieszaniny palnej gazu i powietrza. Granice zapłonu onu wyrażaj ają takie graniczne zawartości paliwa gazowego w mieszaninie z powietrzem pomiędzy którymi zachodzi spalanie tej mieszaniny.

6 Gaz ziemny, ropa naftowa oraz węgiel główne surowce energetyczne. Kryterium użytkowania u paliw węglowodorowych emisja dwutlenku węgla. w Przewiduje się dalszy wzrost zużycia gazu ziemnego.

7 Główne przyczyny wzrostu zużycia gazu ziemnego: Wielkość emisji zanieczyszczeń powietrza, powstających w wyniku spalania gazu ziemnego i węgla w kamiennego dla źródła a o mocy 1Mw, przy założeniu średnich parametrów węgla (wartość opałowa owa 22 MJ/kg, zawartość popiołu 20%, zawartość siarki 1%). Emisja w przypadku spalania: gazu węgla SO2 9 (g/h) 4440 (g/h) CO2 240 (g/h) 900 (g/h) CO 30 (g/h) 9900 (g/h) pył (g/h)

8 Emisja dwutlenku węgla w - bezwzględna przewaga gazu ziemnego. Ilości CO2 przy wytworzeniu mocy 1[kWh] z różnych r surowców w naturalnych: - węgiel kamienny 0,33 kg, - węgiel brunatny 0,40 kg, - olej opałowy owy 0,28 kg, - gaz ziemny 0,20 kg.

9 Limit emisji CO2 dla Polski w 2007 r. - do 208,5 mln ton/rok. Zalety gazu ziemnego: 1. wysoki stopień czystości, ci, 2. łatwy transport 3. wygodne użytkowanie. u Znaczący cy wzrost zużycia gazu we wszystkich regionach świata

10 Inne powody wzrostu zużycia gazu ziemnego: Coraz szerzej stosowana technologia kombinowanych cykli wysokie sprawności cykli powyżej 50% (cały y cykl energia elektryczna ciepło ok. 90%), rozwój j technologii skroplonego gazu ziemnego (LNG) powstawanie rynków w gazu ziemnego.

11 Światowe tendencje zwiększenia wykorzystania gazu Europa prognoza zapotrzebowania na gaz (bez państw byłego ZSRR): 1998r 430 mld m 3, 2010r 560 mld m 3, 2030r 650 mld m 3. Struktura pierwotnych nośnik ników energii (tab.1)

12 Struktura zużycia energii pierwotnej

13 Rozprowadzenie zwiększonych ilości gazu zarówno ze źródeł krajowych, jak i z importu, wymaga sukcesywnej rozbudowy gazociągów przesyłowych, tłoczni t gazu, podziemnych magazynów w gazu oraz gazociągów rozprowadzających.. W celu pokrycia sezonowej nierównomierno wnomierności zapotrzebowania na gaz przez odbiorców komunalno - bytowych konieczna będzie b rozbudowa magazynów w podziemnych do minimum 4,5 mld m 3 pojemności magazynowej i zdolności oddania gazu 80 mln m 3 /dobę

14 Dostarczanie gazu do odbiorców w odbywa się za pomocą sieci przesyłowych, rozdzielczych oraz instalacji gazowych w budynkach i obiektach przemysłowych sieci przesyłowe układ gazociągów w wysokiego ciśnienia p > 0.5 MPa, wraz z tłoczniami t i stacjami redukcyjnymi I-go I stopnia, sieci rozdzielcze sieci niskiego ciśnienia kpa oraz sieci średniego ciśnienia kpa oraz kpa wraz ze stacjami redukcyjnymi II-go stopnia. Sieci podwyższonego średniego cisnienia MPa

15 Sieć przesyłowa gazu w Polsce

16 Elementy systemu przesyłowego Gazociągi przesyłowe Stacje gazowe Tłocznie gazu 9900 kmk 970 szt. 16 szt.

17 Struktura systemu przesyłowego

18 Główne źródła dostaw Lwówek Włocławek Lasów Drozdowicze Wysokoje Tietierowka

19 Bilans gazu w Polsce w 2007 r. Import mld m3 Wydobycie własne w 4.4 mld m3 Odbiorcy: Przemysł 60.2% Gospodarstwa domowe 28% Usługi i handel 10.8% Eksport 0.3% OGP Gaz System 0.7%

20 40 Prognozy zapotrzebowania na gaz ziemny Gaz do [m ld m 3 ] Traktatowy Podstawowy - Węglowy Podstawowy - Gazowy Efektywnościowy * Dane za Agencja Rynku Energii SA

21 Prognozy zapotrzebowania na gaz ziemny do 2025 Wariant Traktatowy 14.4 mld m mld m mld m mld m mld m 3 Podstawowy - węglowy 14.3 mld m mld m mld m mld m mld m 3 Podstawowy - gazowy 14.3 mld m mld m mld m mld m mld m 3 Efektywnościowy 14.3 mld m mld m mld m mld m mld m 3 * Dane za Agencja Rynku Energii SA

22 Zadania inwestycyjne umożliwiające przesył gazu z terminalu LNG

23 Schemat rozpływu gazu w rozbudowanym systemie przesyłowym

24 Elementy sieci wysokiego ciśnienia tłocznie, rurociągi, stacje gazowe, PMG.

25 Rurociągi rury stalowe o średnicach wewnętrznych mm, wewnętrzna powierzchnia powlekana najczęś ęściej polietylenem, łączone poprzez spawanie, zewnątrz zabezpieczone przed korozją, max dopuszczalne ciśnienie (8,4 MPa Jamal), 6,5 MPa w Polsce

26 Transport gazu Temperatura gazu na t Temperatura gazu na tłoczeniu oczeniu = m m T T p p T T p p m m =

27 PMG struktury wyeksploatowanych złóżz węglowodorów, w, struktury warstw wodonośnych, nych, kawerny wypłukane w wysadach solnych, wyrobiska górnicze g starych kopalń.

28 Struktury wyeksploatowanych złóżz węglowodorowych najczęś ęściej stosowany (75 % PMG na świecie), kilka lat budowy, (konieczność uzupełnienia instalacji naziemnej do zatłaczania aczania i odbioru gazu), głębokość położenia warstw zbiornika m, złoża a dobrze rozpoznane poprzez proces eksploatacji, koszt budowy PMG w wyeksploatowanych złożach 30 % niższy od warstw wodonośnych, nych,

29 Struktury warstw wodonośnych nych trudniejsza i bardziej ryzykowna budowa zbiornika (trudne rozpoznanie struktury), bardzo kosztowna aparatura i urządzenia naziemne (separatory, filtry, podgrzewacze gazu), około o 15 % PMG tego typu.

30 Kawerny solne stosunkowo drogie, mogą pełni nić rolę magazynów w szczytowych, duże e pojemności przy zajęciu niewielkich terenów, około o 3 % PMG tego typu.

31 Zalety PMG zabezpieczenie pełnych i nieprzerwanych dostaw gazu dla systemu gazowniczego, zmniejszenie jednostkowych kosztów transportu, tworzenie rezerw strategicznych, rozwiązanie zanie problemów w stałych dostaw gazu importowanego.

32 QT = Q Transport gazu min Tłocznia spręż ężarki połą łączone szeregowo, spręż ężarki połą łączone równolegle, r Q T = Q i schemat połą łączeń mieszany.

33 tłokowe, odśrodkowe. Rodzaje spręż ężarek Rodzaje napędu silniki spalinowe gazowe, silniki elektryczne, turbiny gazowe.

34 Zalety turbin gazowych w stosunku do silników w spalinowych osiągni gnięcia dużych mocy w małych zwartych konstrukcjach, większa równomiernor wnomierność pracy wobec zbędno dności mechanizmu korbowego, mniejsze koszty eksploatacji (wyższa sprawność mechaniczna, mniejsze koszty eksploatacji oraz niższe koszty remontów).

35 Transport gazu Podstawowe zale Podstawowe zależno ności spr ci spręż ężarek t arek tłokowych okowych = h m s n V p p C λ λ λ Q S m n T d T Z T Q p Q * * v = ( ) ( ) KM p p α m Q m p N m m = Charakterystyki spr Charakterystyki spręż ężarek arek Cooper Cooper Bessemer Bessemer, Charakterystyka gazoci Charakterystyka gazociągu (odcinka polskiego) gu (odcinka polskiego) Jamal Jamal Europa Europa Zachodnia Zachodnia.

36 Charakterystyka Ne = Ne(Qv *) motosprężarki

37 Charakterystyka Ne = Ne(Qv *) motospręż ężarki

38 Podstawowa charakterystyka SGT System gazociągów w tranzytowych - długość 681 km

39 Lokalizacja tłoczni Kilometr Moc zainstalowana Liczba agregatów [MW] Tłocznia Kondratki Tłocznia Zambrów Tłocznia Ciechanów Tłocznia Włocławek Tłocznia Szamotuły Maksymalne ciśnienie robocze w gazociągu gu nie może przekroczyć 8,4 MPa

40 Charakterystyka turboagregatu spręż ężarkowego GT 35 / 46MB (stacja Kondratki) L n 1 n n p2 = p V 1 s n 1 p 1 1

41 Charakterystyka turboagregatu spręż ężarkowego GT 35 / 46MB (stacja Kondratki)

42 Turbina gazowa GT10B Dane dla napędu mechanicznego Moc wyjściowa, kw Sprawność ść, % Spręż Natęż ężenie masowe przepływu kg/s Temperatura gazu na wlocie turbiny, o C ,5 14,0 79, Temperatura gazu na wylocie z turbiny, o C Prędko dkość obrotowa wału obr/min Emisja NOX (gaz ziemny) ppmv

43 DRESSER RAND DANE O WYROBACH firmy DRESSER-RAND RAND Ciśnienie projektowe Max prędko dkość Zwyżka obrotów Max temperatura projektowa Minim. średnica wału Max średnica wału DANE PODSTAWOWE bar m/s (wsp. mnożą żący) o C mm mm ,5 165,1 ROZMIESZCZENIE POJEDYNCZY TANDEM TANDEM z wew. labiryntem ZDWOJONY DODATKI DO WAŁU Tak Tak Tak opcja materiały Pierścienie lub wieloboki tolerancji

44 Stacja gazowa zesp redukcji, regulacji, pomiarów, rozdziału paliwa gazowego. Transport gazu Stacje gazowe zespół urządze dzeń do: Stacja redukcyjna stacja gazowa, w sk stacja gazowa, w skład której wchodzi zespół urządze dzeń do obniżania ciśnienia wyjściowego dla: Q> 60 m3/h gdy P wej < 0.4 MPa, Q dowolne gdy P wej > 0.4 MPa

45 Stacje gazowe dzielimy na : Stacje gazowe wysokiego ciśnienia (st. I stopnia), Stacje gazowe średniego ciśnienia (st. II stopnia)

46 Stacja gazowa I stopnia

47 Stacja Gazowa I stopnia Podstawowe elementy technologiczne: przewód d wejściowy z zespołem em zaporowo - upustowym, zespół filtrów w na każdym ciągu, podgrzewacze gazu, ciągi redukcyjne, aparatura kontrolno - pomiarowa, przewód d wyjściowy z zespołem em zaporowo upustowym dodatkowo : urządzenia do nawaniania

48 Stacja gazowa II stopnia

49 Podstawowe procesy zachodzące ce w stacjach gazowych: hałas, as, nawanianie, podgrzewanie gazu, pomiary.

50 Hałas: as: Transport gazu rezultat procesu redukcji, rezultat przepływu gazu w przewodach (redukcja ma większy wpływ, bo znacznie większa prędko dkość przepływu), zostaje przeniesiony na przewody częś ęści wylotowej reduktora. Natęż ężenie hałasu asu zależy y od: intensywności źródła a hałasu, asu, geometrii orurowania (L, D, zmiana kierunku).

51 Sposoby redukcji hałasu: asu: aktywne (zmniejszenie hałasu asu w źródle), pasywne ( zabezpieczenie przed rozprzestrzenieniem się hałasu). asu). Pasywne to: tłumiki hałasu asu umieszczone w orurowaniu po stronie wylotowej reduktora, wytłumienie orurowania po stronie wylotowej reduktora.

52 Nawanianie gazu: Transport gazu gaz ziemny wysokometanowy (96% CH4) jest bezwonny, może e powodować objawy niedotlenienia, ze względu na jego właściwow ciwości palne i wybuchowe rozprowadzanie w formie czystej jest niebezpieczne, gaz ziemny z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową : DGW = 4.9% obj. GGW = 15.4 % obj.

53 Środki do nawaniania gazu Tetrahydrotiofen (THT C4H8S): jest cieczą, posiada silny charakterystyczny zapach, szkodliwy dla skóry, oczu, układu oddechowego. Dwa rodzaje urządze dzeń do nawaniania gazu: nawanianie kontaktowe, nawanianie wtryskowe.

54 Podgrzewanie gazu: podczas rozpręż ężania gazu następuje spadek temperatury (zjawisko Joule a Thomsona Thomsona), T p o C bar dla gazu ziemnego spadek ciśnienia o 1 bar powoduje obniżenia temperatury o 0.4, podgrzewanie gazu przed redukcją do takiej temperatury, aby po redukcji temperatura gazu była a w przedziale < 5, 10> o C

55 η Ilość ciep Transport gazu ciepła a potrzebna do podgrzania gazu o objęto tości V ( m 3 / h) Vρ T kj Q= η h - sprawność cieplna urządzenia grzewczego. Najczęś ęściej stosowane sąs podgrzewacze przepływowe : ciecz borygo. Temperatura czynnika grzewczego jest funkcją temperatury gazu za urządzeniem redukcyjnym.

56 Pomiary w stacji redukcyjnej : ciśnienia, temperatury, Przepływu, Ciepła a spalania. Urządzenia do pomiaru przepływu (gazomierze): rotorowe, turbinowe, zwęż ężkowe, Ultradźwiekowe wiekowe, Wirowe.

57 Dziękuj kuję za uwagę