Gázellátás. Dr. Fülöp László. főiskolai tanár Földgáz

Átírás

1 Gázellátás Dr. Fülöp László főiskolai tanár Földgáz Kitűnő tüzeléstechnikai tulajdonságai és viszonylag homogén összetétele miatt a legnemesebb primer energiahordozó. A földgáz fűtőértéke MJ/m 3 (101 kpa, 15 C) annál nagyobb, minél nagyobb molekulasúlyú komponensek találhatók a földgázban.

2 Termelés, összetétel A földkéregben található gázelőfordulások összetétele nagyon változatos. Földgáz (energetikai szempontból): a túlnyomóan egyszerű paraffin tartalmú gázok (az éghető gázok fő tömegét metán, etán, propán, normál- és izobután alkotja). Előfordulnak nedves gázok is, amelyekben a normál körülmények között cseppfolyós pentán, hexán, heptán gőz alakban van jelen akár 300 g/m 3 koncentrációig. Tágabb értelemben ide sorolják a meg nem gyújtható komponenseket (nitrogén, szén-dioxid) tartalmazó előfordulásokat is, amelyek energetikai hasznosítása gazdaságtalan. A földgázok vizet is tartalmaznak, amely a gázállapotú szénhidrogénekkel szilárd, kristályos hidrátokat képez, zárványvegyület formájában. (Káros hatásúak, mert kristályok alakjában kiválnak a vezetékekben, a szelepeken, dugulást okozva.) A feldolgozás szempontjából - száraz földgáz: alig tartalmaz olyan komponenseket, amelyek szobahőmérsékleten nyomással cseppfolyósíthatók; összetétele: - metán (CH 4 ) %, - etán (C 2 H 6 ) 1-15 %, - propán (C 3 H 8 ), bután (C 4 H 10 ), pentán (C 5 H 12 ) minimális (<1 %). - nedves földgáz: a kőolajat kísérő nedves gáz legnagyobbrészt az olajban oldva kerül a felszínre, és abból nyomáscsökkentéssel lehet kiléptetni. A nedves gáz a metánon kívül nemcsak etánt, propánt, butánt tartalmaz, amelyek légköri viszonyok között gázneműek, hanem pentánt, hexánt (C 6 H 14 ), heptánt (C 7 H 16 ), stb. is, amelyek a légköri viszonyok között cseppfolyósak. A kőolajból elpárolgott gőzök koncentrációja a 300 g/m 3 -t is elérheti, és - a metán részaránya % alá csökkenhet, - közel ennyi lehet az etán részaránya is, - a propán elérheti a %-ot, - míg a bután és pentán a néhány %-ot.

3 Gáztermelés, szétválasztás Egyes területeken a kőolaj kísérőgázát visszanyomják a kőolajmezőbe a rétegnyomás növelésére. A fogyasztóktól távoli kőolajmezőkön a gázt gyakran elégetik (fáklyázás), a Közel-keleten 2/3-át, Afrikában 1/3-át. A nedves gázt gazolintelepeken fizikai eljárásokkal - száraz gázra és - nyers gazolinra szétválasztják. A szétválasztásnál a hőmérséklet csökkenése mellett a nyomás egyidejű növelésével a C 3 H 8 -nál több C-atomot tartalmazó molekulák folyékony halmazállapotba kerülnek. A nyers gazolint nyomás alatt desztillálják - egyrészt cseppfolyósított propán-bután gázt előállítva, - másrészt a t s = C komponensekből stabilizált gazolin. A gáz összetevői A PB gázt [LPG Liquid Petroleum Gas] nyomás alatt palackokban hozzák forgalomba. PB gázt a kőolaj-finomítás melléktermékeiből is nyernek. MSZ PB gáz = C 2 H 6 -C 5 H 12, hazai fogyasztás 0,4-0,5 Mt/év. A földgázban levő éghetetlen komponensek (N 2, CO 2, H 2 S, He 2 ) néha ipari nyersanyagként is gazdaságosan kinyerhetők, de tüzeléstechnikai szempontból nem kívánatos alkotók. A magyarországi földgázokban főleg CO 2 fordul elő, és a 10 % alatti CO 2 tartalmú kinyert gázt tekintik földgáznak.

4 A gáz kinyerése Száraz kutakból a gáz %-át a rétegnyomás a felszínre hajtja (néha 100 bar, 7,5 km vagy nagyobb mélységből), vízelárasztással % is a felszínre hozható. Újabban alkalmazott módszerek: - a rétegek hidraulikus repesztése, - a szerkezet fellazítása kémiai robbantással; a mélyben levő kis áteresztőképességű szerkezetek fellazítását, áttörését célozza. Előkészítés a szállításhoz A kitermelt földgázt a szállításra elő kell készíteni, ami a mezők közelében telepített földgázüzemekben történik. - szeparálás (a gázhoz keveredett folyadékok leválasztása szeparátorokban), - a szilárd szennyező anyagok leválasztása elektrosztatikus leválasztókkal, - a különbözőképpen hasznosítható frakciók szétválasztása a gazolinüzemben (a szállíthatóság érdekében is fontos, mert a propán és bután t s [1 bar] = - 40 C, amely a nyomás növelésével emelkedik, s a szállítás nagyobb nyomásán e komponensek kondenzálódnak, veszélyeztetve a kompresszorok üzemét), - el kell távolítani a vízgőzt is, mert a gázhidrátok kiválhatnak, a földgáz szárításával vagy hűtésével. Ugyancsak alacsony hőmérsékleten lehet a hidrogént elválasztani, míg a H 2 S és a CO 2 abszorbensekkel (pl. dietalimin oldattal, vas-oxiddal vagy alkálisókkal) távolítható el. (A kénhidrogén nemcsak mérgező, de a kondenzvízzel együtt korrozív hatású is. Ugyanez vonatkozik a szén-dioxidra is nagy nyomáson, nedvesség jelenlétében.)

5 A földgáz termelése, tárolása Földgáz lelőhely: földgáz-lencsék illetve földgáz-mezők m mélységben gyakran olajjal együtt fő alkotórésze: metán (50-90 tf%) Napi illetve évszakos ingadozás: a fogyasztók jellege (ipar, háztartás) időjárás függőség Gáz tárolása: a fogyasztás egyenetlenségeinek illesztése a kitermelés egyenletes terheléséhez építés szerint: természetes mesterséges nyomás szerint: kisnyomású: vizes, száraz nagynyomású Falugáz: helyi tároló, helyi (településen belüli) elosztás

6

7 Föld alatti tároló Tárolás A hazai gázellátás jelenleg megfelelően biztonságos, mert a téli csúcsigény 50 %-át saját forrásból (termelés és tárolók) elégíti ki. A fogyasztás időbeli változásának kiegyenlítése és a csúcsigényeknél kisebb kapacitások kiépítése érdekében tárolják a földgázt. A hazai földgáztárolók jellemző adatait a táblázat tartalmazza. H.Szoboszló Kardoskút Pusztaederics Maros-I Zsana Üzembe helyezés éve Kőzet homokkő homokkő homokkő homokkő mészkő Mélység [m] Nyomás [bar] Aktív gáz [10 6 m 3 ] Kapacitás [10 6 m 3 /nap] 19 3,4 2,9 2,4 18 Névl.kitárolás [egnm 3 /h]

8 Tárolás Hazánk jelenleg kialakított tárolói nem alkalmasak arra, hogy a vezetékrendszerben fellépő pillanatnyi nyomásingadozásokat kiegyenlítsék, hiszen még a legdinamikusabb tárolónknak (Maros-I) is több óra kell ahhoz, hogy átálljon besajtolásról kitárolásra. A tárolók, mint geológiai rendszerek, általában nem tolerálják a hirtelen változásokat. A dinamikus terhelések repedéseket, homokosodást okozhatnak a rendszerben, ami jelentősen csökkenti a tároló élettartamát, így ezeket kerülik az üzemeltetők. A tárolók kizárólagos felhasználási területe a téli, megnövekedett földgázigény kielégítése. Gáztérfogat: Alapfogalmak üzemi (V, m 3 ): üzemi hőmérsékleten és nyomáson városi gáznál vízgőztartalommal együtt fizikai normáltérfogat (Vn, Nm 3 ): 0 C, 1 atm, száraz gáztechnikai normáltérfogat (Vgn, gnm 3 ): 15 C, 1 atm, vízgőzzel Cseppfolyósított földgáz: -161 C hőmérsékleten 1m Nm 3 Relatív gázsűrűség: azonos állapotú gáz és levegő sűrűségének viszonya

9 Alapfogalmak Égéshő, fűtőérték. Mérése: kaloriméterben az égőteret vízköpeny veszi körül, a víz áramoltatható mérik: víztömeg, ki- és belépő víz hőfoka Égéshő (felső fűtőérték): az égéslevegő kezdeti és véghőmérséklete azonos a víztartalom folyékony a levegő nitrogéntartalma nem oxidálódik Fűtőérték: vízgőztartalom gőz halmazállapotú Levegőszükséglet, légellátási tényező: a tökéletes égéshez szükséges légszükséglet, illetve a gyakorlatban szükséges többlet a keveredés tökéletlensége miatt Alapfogalmak Gázfogyasztás: időtartam alatt V, Vn vagy Vgn Hőfogyasztás: a gázfogyasztás és a fűtőérték szorzata Gázterhelés (térfogatáram): a készülékben időegység alatt eltüzelt gáz térfogata Hőterhelés: a készülékben időegység alatt eltüzelt gáz térfogatának és a fűtőértéknek a szorzata Hőteljesítmény: a hőtermelés és a hatásfok szorzata

10 Gázszállítás, gázelosztás Gázvezeték terhelése: a szállított gáz térfogatárama a megengedett nyomásesés mellett Szállítóképesség: a terhelés és az idő szorzata (többnyire év) Terhelési tényező: a ténylegesen szállított mennyiség és a szállítóképesség hányadosa Egyidejűségi tényező: a gázvezeték szakaszra kapcsolt fogyasztók várható, valószínű egy időben fellépő gázterhelésének és a fogyasztók összegzett névleges gázterhelésének hányadosa A gázvezetékek csoportosítása Nyomás szerint: kis nyomású: kisebb, mint 50 mbar középnyomású: 50 mbar és 6 bar között nagyközép nyomású: 6 bar és 25 bar között nagynyomású: 25 bar felett (nem lehet műanyag)

11 A gázvezetékek csoportosítása Rendeltetés szerint: távvezeték: termelési helytől a rendeltetési helyig elosztóhálózat: zárt gázelosztási közterületen csatlakozó hálózat: elosztóhálózattól a gázmérőig közterületen: bekötővezeték telekhatáron belül: alapvezeték fogyasztói: a gázmérőtől a készülék csatlakozásáig felszállóvezeték: függőleges vezetékszakasz A gázvezetékek csoportosítása Elhelyezkedés és egyéb szempontok szerint: földbe fektetve vagy szabadon elosztóhálózat: sugaras vagy körvezeték épületen belül vagy kívül szabadon vagy horonyba szerelt

12 Gázvezetékek nyomvonala Távvezeték: könnyen megközelíthető (építés, ellenőrzés, karbantartás) egyeztetni kell utak, vasutak, erős-és gyenge áramú kábelek, csatornák, víz-és egyéb vezetékek, vízfolyások és egyéb vízügyi létesítmények keresztezésekor az illetékes hatóságokkal tolózárak beépítése 10 km-ként és a leágazásokba tolózárak mellett kilevegőző és nyomáskiegyenlítő szakasz tisztíthatóság biztosítása nedves gáz: folyásirányú lejtés, csapadékgyűjtő edények Gázvezetékek nyomvonala Nagynyomású távvezetékek: lakott területen átvezetni tilos emberi tartózkodásra szánt épülettől min. 30 m távolság vagy szigorító rendszabályok alkalmazása hidaktól min. 100 m távolság nagyobb vízfolyások keresztezése: csőhíd vagy mederben

13 Gázvezetékek nyomvonala Nagyközépnyomású távvezeték: közúti vagy vasúti hídon is átvezethető ( külön dilatáció) épülettel párhuzamosan min. 5 m távolság Középnyomású vezeték: lakóépületben csak nyomásszabályozóig Elosztóhálózat: közút alatt: árnyékos oldalon, járdától 1-1,5 m-re távolság más vezetékektől, fektetési mélység szabályozott Kisnyomású vezeték: épülettel párhuzamosan min. 3,6 m, burokcsőben min. 2 m épületen belül: részletes szabályozás a vonatkozó előírások szerint Gázvezetékek átvétele szolgáltató, beruházó, kivitelező, tervező szilárdsági és tömörségi nyomáspróba

14 Gázfogadó és nyomásszabályozó állomások Nyomásszabályozók: a nyomócsőhálózat és a kisnyomású elosztóhálózat szétválasztása minden fokozat közé kell ilyent építeni Nyomásszabályozók osztályozása: rendeltetés szerint: gázfogadó: nagyról nagyközépnyomásra körzeti: nagyközépnyomásról középnyomásra ipari nyomás szerint: földgáz távvezeték: bar ágvezeték rendszer: 6 bar elosztóhálózat: bar Gázfogadó és nyomásszabályozó állomások Gázfogadó állomás: védőtávolság a környező épületek tűzállósági fokozatának figyelembe vételével Mérőállomás: a fogadóállomással egy épületben vagy külön épületben, lemezszekrényben, külön helyiségben Helyi nyomásszabályozó állomás: mint a gázfogadó állomás Nyomásfokozó állomás: távvezeték nyomásveszteségének kompenzálására

15 A hazai földgáz-rendszer A földgáz-iparon belül hagyományosan három alapvető funkciót különítenek el: a termelést az importtal együtt, a szállítást a tárolással együtt és a szolgáltatást. Ezt a feladatmegosztást tükrözi a magyar gázszolgáltatási törvény (1994. évi XLI. törvény), amely e funkciók szervezeti és elszámolási elkülönítését írja elő EU harmonizáció: évi XLII. törvény a földgázellátásról évi XLII. törvény a földgázellátásról a) az e törvény 9. -ának (1) bekezdésében meghatározott működési engedéllyel rendelkezőre (a továbbiakban: engedélyes), illetőleg az e törvény 7. -ában meghatározott tevékenységek végzőjére, a földgázfogyasztóra, valamint az engedélyesek egymás közötti és a fogyasztókkal fennálló jogviszonyára, b) a földgáz, a biogáz és a biomasszából származó gázok, valamint egyéb gázfajták vezetéken történő szállítására, elosztására, tárolására, kereskedelmére, közüzemi nagykereskedelmére, közüzemi szolgáltatására, a rendszerirányításra és ezen gázok felhasználására, c) a szállítóvezetékhez, az elosztóvezetékhez, a földgáztárolókhoz való hozzáférésre, d) a csatlakozóvezeték, fogyasztói berendezés tervezésére, létesítésére, üzemeltetésére, megszüntetésére, e) a szállító-, az elosztóvezeték és a tároló tulajdonosaira, f) a cseppfolyós propán-, butángázok és ezek elegyeinek vezetéken történő szolgáltatására, tartályban vagy palackban történő forgalmazására és hatósági felügyeletére, g) a földgáztermelőre e törvény pontja, 30., , és 50. -ai vonatkozásában, h) a földgázszállítás (a tranzit kivételével), -elosztás, a közüzemi célú tárolás díjának, továbbá a közüzemi nagykereskedő és a közüzemi szolgáltató közötti kereskedelem, valamint a közüzemi fogyasztó részére értékesített földgáz hatósági árának az árszabályozási és az áralkalmazási feltételek megállapítására.

16 A földgáz-rendszer működési modellje Magyarország nagy- és nagyközépnyomású gázvezeték hálózata [MOL]

17