FÖLDGÁZSZÁLLÍTÓ RENDSZEREK ÜZEMELTETÉSE

Átírás

1 Tihanyi László Zsuga János FÖLDGÁZSZÁLLÍTÓ RENDSZEREK ÜZEMELTETÉSE Miskolc, 013.

2

3 Tartalomjegyzék 1 Csőtávvezetékek üzembe helyezése Mechanikus víztelenítés Szárítási eljárások A visszamaradó vízmennyiség becslése Metanolos szárítás Szárítás száraz levegővel Szárítás nitrogénnel Szárítás földgázzal Vákuumos szárítás... 0 A gázszállító rendszer irányítása A gázfogyasztás időbeni jellege Lassú tranziensek kialakulása Tranziens gázáramlás szimulálása Rendszerirányítás a földgázpiacon Rendszerkiegyenlítés közbenső nyomásfokozás esetén Állandó indítónyomású szállítási üzemmód Napi kiegyenlítési szállítási üzemmód Órai kiegyenlítési szállítási üzemmód Rendszerkiegyenlítés közös célrendszer esetén Állandó indítónyomású üzemmód Napi kiegyenlítési üzemmód Órai kiegyenlítési üzemmód Rendszeregyensúlyozás nominálási hiány esetén A vezeték-készlet mobilizálása Telemechanikai rendszer A központi irányítás eszközei A rendszer fő feladatai Hazai üzemeltetési tapasztalatok Telemechanikai állomás Informatikai Platform Csőtörés figyelése Csőtörés észlelésének módszerei Nyomásfigyelésre épülő törésdetektálás A vezetéksérülés folyamatának elemzése Elméleti alapok Üzemi kísérletek

4 3.3.3 Szimulációs kísérletek Gázáram változáson alapuló módszerek Törésdetektáló módszer kiválasztása Gázmennyiség mérés Általános áttekintés A mérendő közeg jellemzői A mérési eljárás jellemzői Mérőeszközök, mérési módszerek Mérőturbina Örvényárammérők Ultrahangos mérők Mérőperemes mérő Egyéb mérési módszerek A gázmennyiség meghatározása A mérési adatok bizonytalansága Matematikai statisztikai közelítés Hitelesítés, nullázás Hibaforrások, karbantartás A gázmérleg bizonytalansága Mérlegbizonytalanság véletlen hibák esetén Mérlegbizonytalanság rendszeres hibák esetén Gázmérleg rendszeres hibájának a meghatározása Csőtávvezetékek tisztítása Csőtisztító eszközök A tisztítási művelet tervezése Gélek alkalmazása Szilárd szennyeződések a gáztávvezetékben Porszemcsék mozgása az áramló közegben Fekete por Kondenzátum kiválás távvezetékben Harmatpont és víztartalom Tisztítási műveletek előkészítése és kiértékelése

5 Bevezetés A Földgázszállító rendszerek üzemeltetése c. könyv a Miskolci Egyetemen az olaj- és gázmérnöki szak hallgatói részére tartott azonos című előadások anyagát foglalja össze. Az ismeretanyag lehatárolásánál azt az elvet követtük, hogy a csőtávvezetékek és a kapcsolódó technológiai létesítmények üzemeltetésével kapcsolatos ismereteket foglaltuk össze. A könyv összeállítása során arra törekedtünk, hogy az egyes témakörökkel kapcsolatban az olvasó nemzetközi kitekintést kapjon, és ehhez kapcsolódva megismerje a hazai gyakorlatot is. Nehezítette munkánkat, hogy a 90-es évektől a magyar gázipar alapvető változásokon ment keresztül. Ebben a folyamatban a műszaki-biztonsági szabályozás a keret-szabályozás irányába tolódott el. A gázipari társaságok tulajdonosai különböző európai országok műszaki-biztonsági szabályozását tekintették irányadónak, ami az iparágon belül is egy színes kép kialakulásához vezetett. Az elmúlt évekre esett az európai földgázpiac liberalizációja is, ami számos területen paradigma váltással járt. A nehézségek ellenére őszintén reméljük, hogy a könyvben összefoglalt ismeretek segítik a gázipari folyamatok megértését, és hozzájárulnak a hazai gázszállító rendszer üzemeltetési feladatainak biztonságos és hatékony megoldásához. Szeretnénk, ha az összegyűjtött ismeretanyag hozzájárulna a gázipar további kiegyensúlyozott fejlődéséhez. 008 óta az OECD országok, ezen belül az Európai Unió tagországai is gazdasági és pénzügyi válsággal küzdenek. Úgy tűnik, hogy a 1. század elején egy technológiai forradalomra van szükség a kilábaláshoz. Az energetikában is láthatók azok a jelek és kezdeményezések, amelyek új, esetenként forradalmian új megoldásokat fognak eredményezni. Az elmúlt évtizedben a földgáziparban is jelentős változások mentek végbe, és láthatók a törekvések ezek folytatására, és áttérésre új fejlődési pályára. Az energetikai hatékonyság szükségszerű javításához a gázipar is hozzá kíván járulni technikai-technológiai fejlesztésekkel, új rendszerirányítási módszerek alkalmazásával, és a földgáz felhasználási területeinek diverzifikálásával. Természetesen a merész tervek realizálásához a jogszabályi környezet folyamatos változása is szükséges. Meggyőződésünk, hogy az előttünk álló évtizedekben minden korábbinál több technikai-technológiai újdonsággal lehet számolni a gázipar területén. Nem érezzük túlzónak, hogy egy földgáz-aranykorra kell felkészülni. Ehhez szeretnénk hozzájárulni a korszerű ismeretek rendszerezett összefoglalásával és közreadásával. A kézirat elkészítésében értékes tanácsokkal segítették munkánkat a Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézetének munkatársai. A tananyag fejlesztésében 5

6 hosszú évek óta jelentős segítséget nyújtottak az FGSZ Földgázszállító Zrt. munkatársai. Az intézeti kollégáknak és az ipari szakembereknek ezúton is köszönetet mondunk hasznos tanácsaikért és a szakmai anyagokért. Őszintén reméljük, hogy a könyvben összefoglalt szakmai ismeretanyag hasznos lesz azok számára, akik csak most ismerkednek ezzel a szakterülettel, de hasznos lesz a gyakorló mérnökök számára is. Miskolc, 013. január A szerzők 6

7 Jelölések Jelölés Megnevezés Mértékegység A áramlási keresztmetszet m a, a 0 nyugalmi állapotra vonatkozó hangsebesség m/s C sebességi tényező mérőperemes mérőnél - C d kiömlési tényező - C 1, c a metanol koncentrációja m/m% D a mérőszakasz átmérője mérőperemes mérőnél m D vezetékátmérő m d i belső átmérő m d c a szűkítőnyílás átmérője mérőperemes mérőnél m e i mérőhely mérési bizonytalansága - f, f D Darcy-Weisbach súrlódási tényező - g nehézségi gyorsulás m/s L távolság, vezetékhossz m M g moláris tömeg g/mól, kg/kmól N Re Reynolds-szám - m g adott térfogatban lévő gáz tömege kg m w adott térfogatban lévő víz tömege kg n fordulatszám mérőturbinánál 1/s p nyomás Pa, bar p n normál nyomás Pa, bar q n normálállapotra vonatkozó gázáram m 3 /s, m 3 /d q an a szárító levegő térfogatárama m 3 /s, m 3 /h q m tömegáram kg/s, kg/h q v térfogatáram adott nyomáson és hőmérsékleten m 3 /s R gázállandó J/(kmól K) s csővezeték falvastagsága mm T hőmérséklet valamely pontban o C, K T n normál-hőmérséklet o C, K t Idő-változó s t n, t d áthaladási idő ultrahangos mérőnél s, ms x hossz-változó m V térfogat m 3 v áramlási sebesség m/s w 10 levegő/szárító gáz fajlagos víztartalma g/nm 3 z eltérési tényező - z av. eltérési tényező átlagértéke - Δm tömegváltozás kg Δp nyomáskülönbség, nyomásveszteség Pa, bar Δq 1, Δq gázáram változás csőtörésnél m 3 /s, m 3 /h Δt időlépés numerikus módszereknél s Δx hossz-növekmény numerikus módszereknél m ΔV térfogatváltozás m 3 ß átmérő arány mérőperemes mérőnél - ε Expanziós szám mérőperemes mérőnél - κ izentrópikus kitevő (c p /c v ) - ρ sűrűség kg/m 3 ρ w a víz sűrűsége kg/m 3 7

8 Csőtávvezetékek üzembe helyezése 8

9 Csőtávvezetékek üzembe helyezése 1 Csőtávvezetékek üzembe helyezése A csőtávvezetékek üzembe helyezése rendkívüli körültekintést igénylő feladat. A sikeres nyomáspróbákat követően ellenőrizni kell, hogy telejesülnek-e a műszakibiztonsági előírásokban rögzített követelmények, azaz az üzemeltető részéről garantálható-e az új vagy felújított technológiai rendszer megbízható és biztonságos üzemeltetése az üzembe helyezést követő időszakban. 1.1 Mechanikus víztelenítés A sikeres szilárdsági nyomáspróbát követően a csőtávvezetékben lévő vizet el kell távolítani a csővezeték belső felületének szárítását megelőzően. A víztelenítés célja, hogy minél kisebb vastagságú vízfilm maradjon a távvezeték falán annak érdekében, hogy a lehető legrövidebb idő alatt és leghatékonyabban elvégezhető legyen a vezetékszakasz kiszárítása. A vezetékszakasz átmérője és hossza döntő fontosságúak a művelet megtervezése szempontjából, mivel a vezetékben maradó víz mennyisége a belső felülettel arányos. Ennek megfelelően a hazai és nemzetközi gyakorlat három különböző hosszúságú szakaszra határozza meg a víztelenítési és a szárítási eljárást: 1000 méternél nagyobb hossz; méter között hossz; 100 méternél rövidebb hossz. A szükséges feladatokat az FGSZ Zrt. IG-ÜZ-33 számú A Földgázszállító vezetékek víztelenítése és szárítása című utasítás alapján foglaljuk össze. A mechanikus víztelenítés, olyan művelet, amelynek során dugattyúként működő csőgörénnyel és sűrített levegővel a vizet kipréselik a vezetékből. A hazai tapasztalatok alapján a víztelenítést fémtestű tárcsás görényekkel célszerű elvégezni. A távvezeték egyik végén a csőgörényt úgy kell behelyezni, hogy légzsák nélkül érintkezzen a vízzel. A csőgörény másik oldalán légkompresszorral 6-7 bar nyomást kell létesíteni, majd a kifolyási végpontnál a vízkiáramlást úgy kell szabályozni, hogy a csőgörény 5 km/h átlagsebességgel haladjon. A folyamat során ügyelni kell arra, hogy az előkészületi fázisban levegő ne kerüljön a csővezetékbe, megmaradjon az összefüggő folyadékoszlop, a helyi maximumpontoknál se alakuljon ki légzsák. Általában nincs lehetőség a csőtávvezetékek gravitációs leürítésére. A víztelenítési technológia döntő eleme a víz mechanikus kiszorításának hatékonysága, a minél vékonyabb vízfilm réteg elérése a csőfalon. A vezetékben 9

10 Csőtávvezetékek üzembe helyezése maradó szabad víz (víztükör a mélypontokon) csak nagyon alacsony hatékonysággal (nagy időigénnyel és költséggel) távolítható el a vezetékből. A vízkiszorítás hatékonysága függ a cső gyártóművi kialakításától, valamint a cső belső felületi állapotától is. Az alkalmazott görények számától és típusától függően megfelelő víztelenítés esetén 0,05 és 0,1 mm-es vízfilm vastagság is elérhető a cső belső felületén. A víztelenítendő csőszakaszban egy időben csak egy tárcsás görény futtatása engedélyezhető, görényvonat nem alkalmazható. A víztelenítési eljárás során 1000 m-nél nagyobb vezetékhossz esetében tárcsás görényeket kell alkalmazni az alábbiak szerint: Víztelenítéskor minimum 5 db tárcsás görényt kell futtatni. A felszerelt gumitárcsák nem lehetnek kopottak. Követelmény, hogy 1000 m feletti vezetékszakaszok víztelenítése során minden víztelenítési futtatást csak új gumitárcsákkal lehet végezni. Egy modulos tárcsás görényeket kell alkalmazni, kivéve, ha a kötelezően alkalmazandó jeladó csatlakoztatása miatt szükség van egy újabb modulra. A görényeket amennyiben a megfelelő nyomás biztosítható száraz levegővel kell hajtani, ezáltal már a víztelenítés alatt is a száraz levegő vízfelvevő hatása érvényesülhet, ami a szárítás időtartamát lerövidíti. Amennyiben ennek indító nyomása nem elegendő az egyenletes haladási sebességhez, normál levegővel kell a görényeket hajtani. Figyelembe kell venni továbbá a terepviszonyokat is, egyenetlen terep esetén javasolt normál levegővel hajtani a görényeket. A tervezés során meg kell határozni a szükséges indító nyomást, és a hozzá tartozó kompresszor teljesítményt m, vagy annál hosszabb vezetékszakasz kiváltásnál vízkinyomó görényezést és víztelenítő görényezést csak ideiglenes vagy végleges indító és fogadó karimás görénykamrákkal szerelt csőszakaszokon lehet végezni m alatti vezetékszakasz kiváltásnál vízkinyomó görényezést és víztelenítő görényezést vagy ideiglenes indító és fogadó karimás görénykamrákkal, vagy mélydomború edényfenekes véglezárással lehet végezni. Vízkinyomó görényezés és víztelenítő görényezés futtatása csak nyomás alatt, Δp nyomáskülönbséggel lehet, ehhez szükség szerint elzáró szerelvényeket is be kell építeni a görénykamrák elé. A tárcsás görény haladási sebessége 5 km/h. A tervben meg kell határozni, hogy ehhez a feltételhez milyen nagyságú nyomáskülönbség kell, figyelembe véve a tárcsás görény egyenletes haladását is. Elzáró szerelvények háztereinek (karter tereinek) víztelenítését külön kell elvégezni a szerelvény házterek kifúvatásával, a víztelenítés során a rendszerben 10

11 Csőtávvezetékek üzembe helyezése lévő -5 bar nyomású levegővel. A lefúvatásokat a háztér lefúvatók fokozatos megnyitásával kell elvégezni, mindaddig, amíg a folyadék kiáramlás észlelhető. A műveletet a görényezések megkezdése előtt, befejezésük után, valamint minden görényezés közötti időben el kell végezni. A víztelenítési eljárás során 100 m-nél nagyobb, de 1000 m-nél kisebb vezetékhossz esetében az alábbiak szerint kell eljárni: A 100 m és 1000 m közötti csőszakaszoknál a víztelenítést 5 db tárcsás görénnyel kell elvégezni egyenkénti futtatással, a 6. futtatásnál nyílt cellás habgörényt is kell futtatni a víztelenítendő csőszakaszon. 100 m és 1000 m közötti csőszakaszoknál az új gumi tárcsa nem követelmény, de a tisztító tárcsa hátsó élének kopása nem megengedett, méretének azonosnak kell lennie a gyári mérettel. A víztelenítési eljárás során 100 m-nél kisebb vezetékhossz esetében az alábbi szabályok fogalmazhatók meg: 100 m-nél rövidebb csőszakaszoknál az új gumi tárcsa nem követelmény, de a tisztító tárcsa hátsó élének kopása nem megengedett, méretének azonosnak kell lennie a gyári mérettel. A 100 m alatti csőszakaszok víztelenítését minimum db tárcsás görény és 1 db nyílt cellás habgörény futtatásával kell végezni. Csak az üzemeltető műszaki ellenőr, vagy az általa megbízott üzemi szakember által ellenőrzött tárcsás görény és habgörény helyezhető be a görénykamrába. A görénynek a görénykamrába történő behelyezése az üzemeltető műszaki ellenőrnek, vagy az általa megbízott üzemi szakembernek az engedélyével történhet. A víztelenítés megfelelőségéről jegyzőkönyvet kell készíteni és azt a D-tervben szerepeltetni kell. 1. Szárítási eljárások 1..1 A visszamaradó vízmennyiség becslése A mechanikus víztelenítés hatékonyságának határt szab, hogy a csőfalon az adhézió miatt különböző vastagságú vízfilm marad vissza. Ezt az értéket növeli a felületi egyenetlenség miatt visszamaradó vízmennyiség. Különösen a hegesztési varratok mellett a víz felkenődik a csőfalra. Belső bevonattal ellátott csöveknél az előzőek szerinti visszamaradó vízmennyiség kisebb. Tapasztalati adatok alapján belső bevonat esetén g/m, míg bevonat nélküli acélcsöveknél 11

12 Csőtávvezetékek üzembe helyezése g/m értékkel lehet számolni. Ez a fajlagos vízmennyiség belső bevonatos csövek esetén 0,01-0,03 mm, belső bevonat nélküli csövek esetében 0,1-0,5 mm vízfilm vastagságot jelent. Az előzőek alapján megállapítható, hogy bevonat nélküli csövek esetében akár tízszeres is lehet a csővezeték belső felületén visszamaradó víz mennyisége, amely jelentősen megnöveli a szárítás időt és a szárítási költséget. Az 1-1 ábrán látható, hogy a névleges átmérő függvényében hogyan változik a visszamaradó vízmennyiség nagysága különböző fajlagos érték esetén. Összehasonlításul látható az ábrán az angol IGE/TD/1-ben szereplő empirikus összefüggésből számítható érték is. V víz = 0,37*d b ahol V víz - visszamaradó vízmennyiség, liter/km d b - a csővezeték belső átmérője, mm Visszamaradó vízmennyiség [kg/km] Névleges átmérő 50 g/m 100 g/m 150 g/m IGE/TD/1 1-1 ábra A visszamaradó vízmennyiség a névleges átmérő függvényében Az ábrából látható, hogy az g/m fajlagos felületi vízmennyiség, amely nagyon vékony vízfilmet jelent, 1 km vezetékhosszon már nem elhanyogolató víztömeget eredményez. Az 1- ábrán a vízfilm vastagsága látható a visszamaradó vízmennyiség függvényében azzal a feltételezéssel, hogy a víz a csővezeték belső felületén egyenletesen oszlik el. Ténylegesen a mechanikus víztelenítési művelet után a visszamaradó vízmennyiség egy része a csővezeték alsó alkotója mentén, illetve a lokális minimumpontokban gyűlik össze. 1

13 Csőtávvezetékek üzembe helyezése 0,6 0,5 Vízfilm vastagsága [mm] 0,4 0,3 0, 0,1 0, Visszamaradó vízmennyiség [g/m ] 1- ábra A vízfilm vastagsága a visszamaradó vízmennyiség függvényében 1-1 mintapélda: Mekkora visszamaradó vízmennyiséggel lehet számolni egy 58 km hosszúságú és DN600 névleges átmérőjű csőtávvezeték nyomáspróbáját követő mechanikus víztelenítés után. A visszamaradó vízfilm becsült vastagsága Δh=0,1 mm. A csővezeték külső átmérője 609,6 mm, falvastagsága s=9,5 mm. A csővezetékben lévő vízmennyiség térfogatát a csővezeték belső felületének és a vízfilm vastagságának a szorzata adja: Vw = (d o s) π L Δh Behelyettesítésnél a mértékegység átszámítást is el kell végezni. ( 609,6 9,5) 0,1 V w = 3, = 1,914 m Feltételezve, hogy a víz sűrűsége 1000 kg/m 3, a visszamaradó víz tömege is meghatározható: m = w V w m w = 1,914*1000 = 1914 kg. A mintapéldából látható, hogy egy vékony vízfilm feltételezése esetén is jelentős az a vízmennyiség, amit további szárítási módszerekkel kell eltávolítani. 1.. Metanolos szárítás A metanolos szárítás lényege, hogy a csővezetékben olyan speciális kémiai reagensből álló folyadékdugót préselnek át, amely a visszamaradt vízzel korlátlanul elegyedik, ugyanakkor megakadályozza a hidrát képződését. A ρ 13 w

14 Csőtávvezetékek üzembe helyezése legolcsóbb ilyen inhibitor a metanol, amelyet széles körben használnak a gáziparban. A metanolos szárítási művelet során a csőgörények között egy vagy több metanol dugót alakítanak ki, majd ennek a szerelvénynek a mozgását hajtógázzal biztosítják a távvezeték szakasz belsejében az indítóponttól a végpontig. Haladás közben a metanol dugó elegyedik a csőfalat nedvesítő, és a csővezeték mélypontjaiban összegyűlt szabad vízzel. Az indítási ponttól a végpont felé haladva a metanol hígul, koncentrációja csökken. A művelet során a csővezetékben visszamaradt víz lecserélődik a metanol-víz elegyre, ami az üzemeltetés során már lényegesen kisebb veszélyt jelent a hidrátképződés szempontjából. Nem szabad azonban megfeledkezni arról, hogy a metanol illékonyabb a víznél, emiatt a csővezetékben visszamaradt metanol-víz elegy idővel vízben dúsulni fog. A metanolos szárítás elvi szerelvény vázlata látható az 1-3 ábrán. 1-3 ábra Tisztító szerelvény vázlata 1 nitrogén, metanol, 3 hajtógáz A metanol dugók méretezésénél figyelembe kell venni, hogy a leágazásoknál jelentős veszteségek léphetnek fel. A szükséges minimális metanol mennyiség meghatározásához a koncentrációra vonatkozó mérlegegyenletet lehet felírni: ( m i m w ) c 1 m i = + c ahol c 1 - az inhibitor koncentrációja az indítási ponton, tömegtört c - az inhibitor koncentrációja a kifolyási ponton, tömegtört m i - az inhibitor mennyisége, kg m w - a csővezetékben visszamaradt víz mennyisége, kg Az összefüggésből kifejezhető az inhibitor szükséges minimális mennyisége: m i = c ( c c ) 1 m w 14

15 Csőtávvezetékek üzembe helyezése A 1-4 ábrán a számított fajlagos inhibitor mennyiség látható a névleges átmérő függvényében azzal a feltételezéssel, hogy a metanol belépő koncentrációja 90, a kilépő pedig 60 tömegszázalékos Inhibítor mennyisége [kg/km] Névleges átmérő 50 g/m 100 g/m 150 g/m IGE/TD/1 1-4 ábra Diagram az inhibitor mennyiségének meghatározásához A metanolos szárítás eredményességéről a végponton összegyűjtött metanol-víz keverék össztérfogatából és a metanol koncentrációjából lehet következtetni. Tapasztalati adatok az alábbi változási trendet mutatják. 1-1 táblázat Kulcsparaméterek metanolos szárítás ellenőrzéséhez A ki- és belépő folyadék-térfogatok aránya v/v % A metanol tömegszázaléka a második metanoldugóban m/m % Az 1-1 táblázatból látható, hogy minél kisebb részaránya folyik ki a távvezeték végpontján a betáplált metanol mennyiségének, annál nagyobb a második folyadékdugóban a metanol koncentrációja. Ilyen esettel akkor lehet számolni, ha a vezetékben kevés víz maradt vissza, emiatt a metanol csak kismértékben hígul fel, viszont a metanol dugó egy része felkenődik a csővezeték viszonylag száraz belső felületére. A kis folyadékveszteség a be- és kilépési pontok között arra utal, hogy a csővezeték belső falának nedvesítésére visszamaradt metanol mennyiségével közel azonos mennyiségű vízzel keveredett, közben koncentrációja csökkent. 15

16 Csőtávvezetékek üzembe helyezése Az 1-5 ábra egy DN400 névleges átmérőjű és 10 km hosszúságú távvezeték szakasz esetén szemlélteti a metanol koncentrációjának és a metanol dugó tömegének a változását a távvezeték hossza mentén. A számítás kiindulási feltétele volt, hogy a vízkiszorítás után visszamaradt vízfilm és a szárító szerelvény után visszamaradó metanol film vastagsága azonos. Vízfilm: 0,1 mm; metanol-film,: 0,1 mm Metanol dugó tömege [kg] A metanol koncentrációja [m/m %] Csőszakasz hossza [m] Metanol dugó tömege Koncentráció a szakasz végpontjában 1-5 ábra Diagram az inhibitor mennyiségének meghatározásához Az ábrából látható, hogy a kezdeti 90 m/m%-os metanol koncentráció 55,8 m/m%-ra csökkent a vezeték hossza mentén a végpontig. Másik változás a metanol dugó tömegének a növekedése az indítópont és a végpont között, mivel a metanol dugó a nagyobb sűrűségű vízben dúsult Szárítás száraz levegővel A száraz levegős eljárásnál alapvető tervezési kérdés az indítóponti száraz levegő víz-harmatpontjának a megválasztása, amelyet úgy kell méretezni, hogy a szárítási folyamat végén a végponton mért vízharmatpont értéke -0 o C legyen. A tapasztalatok alapján ez kb. -40 o C indító vízharmatponttal biztosítható. A szárítási folyamat során a száraz levegő áramlását folyamatosan biztosítani kell az indítónyomás minimális szintjének fenntartásával, mivel a száraz levegő nyomásának emelkedésével csökken annak vízfelvevő képessége. A hazai tapasztalatok alapján az indítónyomás mértéke 3-6 bar, amelyet az eljárás tervezése során kell pontosan meghatározni. A szárítási művelet során a vízharmatpontot folyamatosan, de minimum óránként mérni és regisztrálni kell. A mérést a teljes áramlási keresztmetszeten kell elvégezni a tényleges áramlási nyomáson, amely jellemzően a nyitott görénykamrában történhet. A szárítási műveletet addig kell végezni, amíg a végponton a szárító levegő víz-harmatpontja el nem éri a -0 o C értéket. A szárítási művelet során a levegő beinjektálása 16

17 Csőtávvezetékek üzembe helyezése mellett célszerű habgörényeket is alkalmazni, annak érdekében, hogy a visszamaradó vizet szétkenje a csővezeték belső falán, növelve ezzel az érintkezési felületet. A habgörényeket folyamatosan kell indítani, de egy időben csak egy habgörény lehet a vezetékszakaszban mindaddig, amíg a végponton a vízharmatpont el nem éri a -10 o C értéket. Ezt követően újabb habgörény indítása már nem szükséges. 70 Víztartalom [g(víz)/m 3 (száraz lev.)] Hőmérséklet [ o C] 1-6 ábra A levegő telítettségi víztartalma 1,013 bar abszolút nyomáson 35 Víztartalom [g(víz)/m 3 (száraz lev.)] Hőmérséklet [ o C] 1,013 bar (absz.) 3,013 bar (absz.) 5,013 bar (absz.) 1-7 ábra A levegő telítettségi víztartalma különböző nyomáson A szárítási művelet során, amikor a mért vízharmatpont eléri a -0 o C-t, akkor a levegő befúvatást be kell fejezni és a csőszakaszt le kell zárni 4 órás időtartamra. Ezt követően száraz levegő áramoltatása mellett legalább három kontroll mérést kell elvégezni 10 perces időközönként. A mért értékek akkor fogadhatók el, ha 17

18 Csőtávvezetékek üzembe helyezése legalább két érték megfelel a -0 o C értéknek. Ellenkező esetben folytatni kel a vezetékszakasz szárítását. A 1-6 ábrán a levegő telítettségi víztartalma látható a harmatpont függvényében. Az ábrából leolvasható, hogy 1 m 3 alacsony harmatpontú száraz levegővel mekkora vízmennyiséget lehet eltávolítani. A vezetékszakasz kezdőpontjában a szárítóból kilépő levegő harmatponti hőmérsékletét, a vezetékszakasz végpontjában pedig a vezetékszakasz környezeti hőmérsékletét (talajhőmérsékletet) kell figyelembe venni. Az 1-7 ábra arra hívja fel a figyelmet, hogy a levegő telítettségi víztartalma a nyomás növekedésével csökken. Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb nyomáson végzik a szárítási műveletet, annál több száraz levegőre van szükség. Energetikailag és a művelet időszükséglete szempontjából is célszerű a szárítási művelet során a minimális túlnyomásra törekedni. 1- mintapélda: Határozza meg az 1-1 mintapéldában szereplő csővezeték száraz levegős szárításának időigényét, ha a csővezeték kezdőpontján nm 3 /h 30 o C-os harmatpontú levegőáram előállítására van lehetőség. A talajhőmérséklet 10 o C. A levegő víztartalma 30 o C-os harmatponton 0,380 g/nm 3, 10 o C-os harmatponton 9,3188 g/nm 3. Az 1-1 mintapélda szerint kg vizet kell a szárítási folyamat során eltávolítani. Első lépésben az adott levegőáram szárítóhatása az alábbi összefüggésből számítható: Δ q w = q an (w10 w 30 ) (9,3188-0,380) Δq w = 6000 = 53,6 kg/h 1000 Második lépésben számítható a szárítási folyamathoz szükséges idő: m w 1914 τ = = = 40,84 h Δq 53,6 A példa szerinti esetben a szárítás időigénye 10,0 nap. w A csővezeték szárítását adszorpciós elven működő szárító berendezéssel és a hozzá kapcsolt megfelelő teljesítményű légkompresszorral lehet végrehajtani. A szárító berendezés adszorpciós elven működik, és két szárító oszlopból áll. A két oszlop közül az egyik végzi a szárítást, ezzel egyidejűleg a másik oszlopot 18

19 Csőtávvezetékek üzembe helyezése hevítéssel vagy a száraz levegő egy részével regenerálni kell. Ilyen egység látható az 1-8 ábrán Szárítás nitrogénnel 1-8 ábra Szárító berendezés Forrás FGSZ Zrt., 01 A művelet alapelvében megegyezik a száraz levegős szárítással, de az alkalmazott közeg nagyon alacsony harmatpontú (-70 o C) nitrogén. Ezt az eljárást akkor alkalmazzák, ha a szokásosnál nagyobb mértékű szárítást kell elérni. A szükséges nitrogén mennyiségének becsléséhez tájékoztató adat, hogy a csőfal belső felületének minden négyzetméterére 5-8 m 3 nitrogént kell számítani. Ha tankautóval szállítják a távvezeték betáplálási pontjához a nitrogént, elpárologtató berendezés közbeiktatásával gáz halmazállapotban kell a csővezetékbe injektálni Szárítás földgázzal Kézenfekvő megoldás a csőtávvezetéknek száraz földgázzal történő szárítása. Ilyen esetben alacsony harmatpontú földgázt áramoltatnak a csővezetéken keresztül, amit a végpontnál elfáklyáznak vagy föld alatti tárolóba sajtolnak. A művelet tervezése nagy körültekintést igényel a hidrát képződés valószínűsége miatt. Gyakorlati tapasztalatok alapján a szárítási folyamat több hétig is eltarthat. A csővezeték végén kilépő földgáz vízgőztartalmának mérésével lehet információt szerezni a vízmennyiség csökkenéséről. A műveletet célszerű meleg nyári időszakban végezni. 19

20 Csőtávvezetékek üzembe helyezése 1..6 Vákuumos szárítás A vákuumos szárítás alapelve, hogy a csővezeték nyomásának csökkentésével csökken a víz forráspontja, emiatt a csővezetékben visszamaradt víz intenzívebben párolog, mint atmoszférikus nyomás mellett. Az elpárolgott vízgőzt vákuumszivattyúval távolítják el. A fázisátalakuláshoz szükséges párolgási hőt a víz a csőfalon keresztül a talajból veszi fel. Mivel a párolgó víz és a talaj között nem alakul ki jelentős hőmérsékletkülönbség, ezért a folyamat hosszú ideig tart. Az 1-9 ábrán a víz telített gőznyomása logaritmikus, a párolgási hő pedig lineáris koordinátarendszerben látható a hőmérséklet változásának a függvényében. A párolgás szempontjából kedvező, hogy 100 mbar abszolút nyomáson a víz forráspontja már csak 45,8 o C, 10 mbar nyomáson pedig 8 o C. Kedvezőtlen jelenség viszont, hogy a hőmérsékletcsökkenéssel növekszik a párolgáshő értéke, vagyis minél alacsonyabb a víz forráspontja, annál több hőt kell a fázisátalakuláshoz a környezetből felvenni. Ha a csővezetékben a hőmérséklet 0 o C alá csökken, a víz megfagy, és a továbbiakban nem párolgás, hanem szublimáció megy végbe. Az 1-9 ábrán látható, hogy a szublimációhoz ugrásszerűen nagyobb fajlagos energiamennyiségre van szükség, emiatt a fázisátalakulási folyamat nagyon lelassul Nyomás [mbar] Párolgáshő [kj/kg] Hőmérséklet [ o C] Nyomás Párolgáshő 1-9 ábra A víz telített gőznyomásának és párolgási hőjének változása A vákuumos szárítás technológiai folyamata három fázisra bontható: gyors nyomáscsökkentés a vízgőzzel telített levegő eltávolításával, a csővezetékben lévő víz elpárolgása, a szállított gáz harmatpontjára történő szárítás. 0

21 Csőtávvezetékek üzembe helyezése Az első fázisban a vezetékben lévő telített vízgőzt vákuumszivattyúval eltávolítják, miközben a nyomást atmoszférikusról a talajhőmérséklethez tartozó forrásponti nyomásra csökkentik. Ez a munkafázis viszonylag rövid idő alatt elvégezhető, és közben a csővezetékben uralkodó hőmérséklet csak kismértékben változik. A második fázisban a csővezetékben lévő víz a párolgás miatt fázisátalakuláson megy keresztül. Ha a hőáramlás a környezetből a vezeték felé elegendően nagy, sem a hőmérséklet, sem pedig a nyomás nem változik. Általában az a jellemző, hogy a csőtávvezetékek szigeteltek (ebben az esetben a passzív korrózióvédelmi bevonat is szigetelésnek minősül), ezért a hőáram korlátozott. Ilyen esetben a párolgás következtében lehűl a víz és az azzal érintkező csőtávvezeték, vagyis a környezethez (talajhoz) képest nagyobb hőmérsékletkülönbség, és ennek hatására nagyobb hőáram alakul ki. A folyamat során a lehűlés nyomáscsökkenést is eredményez Nyomás [mbar] Napok Tervezett Tényleges 1-10 ábra Nyomásváltozás vákuumos szárításnál A harmadik fázisban a csővezeték nyomását a szállítandó földgáz harmatpontjához tartozó telített vízgőznyomás értékéig kell csökkenteni. Ezen a nyomáson a csővezetékben lévő vízgőz végső eltávolítása történik. Annak érdekében, hogy csökkenjen a vákuumos szárítás időigénye, a második fázisban - a vákuumszivattyú csatlakozási helyével ellentétes végpontnál - kis átmérőjű fúvókán keresztül szakaszosan vagy folyamatosan száraz nitrogént vagy levegőt engednek be, és ezzel mintegy kiseprik a vízgőzt. A vákuumos szárítás fázisai az 1-10 ábrán láthatók. A bemutatott esetben a szárítás teljes időigénye 18 nap volt, ebből az első fázis 4 napig, a második fázis 11,5 napig, míg a harmadik fázis,5 napig tartott. 100 mbar nyomáson a 1