Szenhidrogen Szallitas I

Miskolci Egyetem

Műszaki Földtudományi Kar

Dr. Tihanyi László

SZÉNHIDROGÉN-SZÁLLÍTÁS I.

Egyetemi jegyzet

Miskolc, 2006.

2

Készült az OTKA T043331 támogatásával.

A fejlődés fő irányai

3

Tartalomjegyzék 1 Földgáz, a komfortos energiahordozó........................................................9

1.1 A fejlődés fő irányai...........................................................................9 1.2 Földgázkereskedelem.......................................................................19 1.3 A hazai gázszállító rendszer fejlődése .............................................33

2 Gázmérnöki alapismeretek.......................................................................47 2.1 Földgázjellemzők változása .............................................................47 2.2 Nyomásveszteség számítás ..............................................................56 2.3 Hőmérséklet- és gázkeveredés számítás ..........................................69 2.4 Nagy sebességű gázáramlás.............................................................75 2.5 Általános tervezési szempontok.......................................................80 2.6 A szállítókapacitás értelmezése .......................................................87 2.7 Zajhatás ............................................................................................97

3 Gáztávvezetékek tervezése ....................................................................105 3.1 Hidraulikai rendszertervezés..........................................................105 3.2 Az állandósult áramlás matematikai modellje ...............................114 3.3 Mintapéldák a hidraulikai rendszertervezéshez .............................121 3.4 Szilárdsági méretezés.....................................................................131 3.5 Irányadó nemzetközi előírások ......................................................137 3.6 Nyomvonalterv ..............................................................................145 3.7 Vonali létesítmények tervezése......................................................147

3.7.1 Szakaszoló állomás ....................................................................147 3.7.2 Folyadékleválasztó.....................................................................159 3.7.3 Keresztezések.............................................................................159 3.7.4 Csőgörény indító és -fogadó ......................................................165

4 Technológiai állomások .........................................................................171 4.1 Gázátadó állomás ...........................................................................171 4.2 Kompresszorállomás......................................................................192 4.3 Földgázkeverő állomás ..................................................................208

5 Csőtávvezetékek kivitelezése.................................................................215 5.1 Előkészítő munkák.........................................................................215 5.2 Csőhegesztés ..................................................................................221 5.3 Csőfektetés.....................................................................................228 5.4 Műtárgy keresztezése.....................................................................231 5.5 Folyók keresztezése .......................................................................232 5.6 Keresztezés irányított ferdefúrással ...............................................236 5.7 Szerelési munkák ...........................................................................238

6 Nyomáspróbák .......................................................................................240 6.1 Általános előírások.........................................................................240 6.2 Szilárdsági nyomáspróba ...............................................................241 6.3 Tömörségi nyomáspróba................................................................244 6.4 Nyomáskorrekció...........................................................................245

4


5

Bevezetés

A Szénhidrogén-szállítás c. jegyzet a Miskolci Egyetemen az olaj- és gázmérnöki szak hallgatói részére tartott azonos című előadások anyagát foglalja össze.

Az ismeretanyag felosztásánál azt az elvet követtük, hogy a Szénhidrogén-szállítás I. jegyzetbe a csőtávvezetékek és a kapcsolódó technológiai létesítmények tervezésével és kivitelezésével kapcsolatos ismereteket foglaltuk össze, míg a Szénhidrogén-szállítás II. jegyzetben az üzemeltetési és üzemfenntartási kérdéseket tárgyaljuk.

A jegyzet 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 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 jegyzetben összefoglalt ismeretek segítik a gázipari folyamatok megértését, és útmutatást adnak az egyes módszerek alkalmazásához. Szeretnénk, ha a jegyzet hozzájárulna a gázipar további kiegyensúlyozott fejlődéséhez.

A jegyzet elkészítésében értékes tanácsokkal segítette munkánkat dr. Csete Jenő tanszékvezető egyetemi docens, dr. Bódi Tibor egyetemi docens és Sztermenné dr. Tóth Anikó egyetemi adjunktus. A tananyag fejlesztésében hosszú évek óta jelentős segítséget nyújtottak a MOL Földgázszállító Zrt. munkatársai. Az intézeti kollégáknak és az ipari szakembereknek ezúton is köszönetet mondunk hasznos tanácsaikért és a szakmai anyagokért. A gépelési, és a nagy gondosságot igénylő képletírási munkában Galvácsné Szarka Éva és Jakkel Józsefné nyújtottak segítséget. Az ábrák egy részének előkészítésében dr. Szota Györgyné és Soltészné Major Mariann segítettek. A munkatársak igényes és precíz munkája nagymértékben emeli a jegyzet színvonalát.

Őszintén reméljük, hogy a jegyzetben összefoglalt szakmai ismeretanyag hasznos lesz azok számára, akik csak most ismerkednek ezzel a szakterülettel, de hasznos lesz a gyakorló mérnökök számára is.

Miskolc, 2006. december Dr. Tihanyi László

6


7

Jelölések

Jelölés Megnevezés Mértékegység A,B konstansok (állapotegyenletek) a,b anyag-állandók (állapotegyenletek) a az acél Poisson száma a0 nyugalmi állapotra vonatkozó hangsebesség m/s C a folyadék kompresszibilitási tényezője 1/bar ca az acél fajhője J/(kg K) cg a gáz fajhője J/(kg K) cp izobár fajhő J/(kg K) cv izokór fajhő J/(kg K) c1, c2 falvastagság pótlék mm d vezetékátmérő (belső) m di belső átmérő m do küldő átmérő m de egyenértékű átmérő m E „hatásfok tényező” (súrlódási összefüggések) - E az acél rugalmassági modulusza N/m2 F behúzóerő N, kN fD Darcy-Weisbach súrlódási tényező - fm megengedett feszültség N/mm2, MPa G a csőszerkezet súlya N, kN g nehézségi gyorsulás m/s2 H a lefúvatócső magassága m H szállítómagasság m Hn a földgáz fűtőértéke MJ/m3 Hpol politrópikus szállítómagasság m k egyenértékű érdesség - k csúszó súrlódási tényező - k hőátbocsátási együttható (egységnyi hosszra) W/(m K) kij komponensek kölcsönhatási tényezője k* hőátbocsátási együttható (egységnyi felületre) W/(m2 K) L távolság, vezetékhossz m L fajlagos sűrítési munka J/kg, kJ/kg Lpol politrópikus fajlagos sűrítési munka J/kg, kJ/kg M moláris tömeg g/mól, kg/kmól M Mach-szám - NRe Reynolds-szám - mg adott térfogatban lévő gáz tömege kg mp csővezeték szakasz tömege kg NWo Wobbe-szám - n politrópikus kitevő - p nyomás Pa, bar pn normál nyomás Pa, bar pc kritikus nyomás Pa, bar pr redukált nyomás - ppc pszeudo-kritikus nyomás Pa, bar ppr pszeudo-redukált nyomás - qn normálállapotra vonatkozó gázáram m3/s, m3/d qm tömegáram kg/s, kg/h

8

Jelölés Megnevezés Mértékegység R gázállandó J/(kmól K) s csővezeték falvastagsága mm T hőmérséklet valamely pontban oC, K Tav. átlaghőmérséklet oC, K Tn normál-hőmérséklet oC, K Tc kritikus hőmérséklet oC, K Tr redukált hőmérséklet oC, K Ts talajhőmérséklet oC

Tpc pszeudo-kritikus hőmérséklet - Ppr pszeudo-redukált hőmérséklet - x hossz-változó m xi földgáz-komponens móltört - V térfogat m3 v áramlási sebesség m/s vw szélsebesség m/s ve szilárdsági tényező m/s z eltérési tényező - zav. eltérési tényező átlagértéke - α lineáris hőtágulási együttható 1/oC β köbös hőtágulási együttható m3/oC Δm tömegváltozás kg Δp nyomáskülönbség, nyomásveszteség Pa, bar ΔT hőmérsékletkülönbség oC, K ΔV térfogatváltozás m3 ηpol. kompresszor politrópikus hatásfok - ηm kompresszor mechanikai hatásfok - ηt gázturbina termikus hatásfoka - κ izentrópikus kitevő (cp/cv) - ρ sűrűség kg/m3 ρr relatív sűrűség (levegőhöz viszonyított) - ρst az acél sűrűség kg/m3 σ az acél szilárdsági jellemzője N/mm2, MPa, ω Pitzer-féle acentricitási együttható


9

1 Földgáz, a komfortos energiahordozó

1.1 A fejlődés fő irányai

A földgázpiac kialakulása A földgázipar fejlődésének mérföldkövei hosszú ideig az USÁ-hoz kapcsolódtak. Az olajtermelés és –felhasználás dinamikus növekedése magával hozta az olajkísérő- és sapkagázok értékesítésének az igényét. Ennek érdekében meg kellett teremteni a gáz előkészítésének és szállításának, végső soron felhasználásának a műszaki-gazdasági feltételeit. A feladatot az olajipar technológiai bázisán oldották meg, ami azt eredményezte, hogy ebben a régióban az olaj- és gázipar hosszú ideig szervesen összekapcsolódott egymással. A gáziparnak az elmúlt évtizedekben bekövetkezett fejlődését érdemes a számok tükrében is megvizsgálni. Az 1.1-1 ábrán a primerenergia hordozók százalékos nagyságának a változása látható.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Ener

giaf

ogya

sztá

s [m

illió

toe]

Szén Kőolaj Földgáz Atomenergia Vízerő 1.1-1 ábra Az energiahordozók felhasználásának változása az USÁ-ban

(Forrás: BP Statistical Review of World Energy, 2006.)

Az USÁ-ban már a vizsgált időszak elején is jelentős nagyságú volt a földgázfelhasználás, ami átmeneti növekedés után csökkent, majd egyenletes növekedés után az 1990-es évek közepétől stabilizálódott. A kőolajfelhasználást folyamatos növekedés jellemezte, ezt a trendet csak az 1970-es évtized olaj-ár robbanása befolyásolta két alkalommal néhány éves időszakra. A szénfelhasználás és az atomenergia hasznosítása egyenletesen nőtt. A földgázfelhasználáshoz kapcsolódva hangsúlyozni kell, hogy a mennyiségi növekedés mellett iránymutatóak voltak a jogi, a kereskedelmi, továbbá a műszaki és biztonságtechnikai mérföldkövek is. Példaként említhető az USA 1938-as gáztörvénye, vagy az 1935-ben kiadott B31.1 szabvány a csővezetékek tervezésére.

Európában a XX. század első felében egyeduralkodó volt a szénalapú városi gáz, amelyet azonban fűtésre csak kivételes esetben használtak. Az 50-es és 60-as évtized fordulóján több európai országban jelentős nagyságú földgázkészleteket tártak fel, amelyeknek a termelésbe állítása egy új korszak kezdetét jelentette. Ezt követően gyors ütemben épült ki az országok közötti, és az országokon belüli csővezetékes

FÖLDGÁZ, A KOMFORTOS ENERGIAHORDOZÓ

10

infrastruktúra. Napjainkra a kibővített Európai Közösség országaiban összesen 84 millió háztartás vezetékes földgázellátása valósult meg.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Ener

giaf

ogya

sztá

s [m

illió

toe]

Szén Kőolaj Földgáz Atomenergia Vízerő 1.1-2 ábra Az energiahordozók felhasználásának változása Európában


Az elmúlt évtizedek tendenciáit vizsgálva az 1.1-2 ábra alapján azt mondhatjuk, hogy Európai Unió (EU-25) országaiban a földgázfelhasználás gyors ütemben nőtt, ennek eredményeképpen a földgáz a jelentéktelenségből a második helyre lépett elő. Ez az országcsoport jelentősen tudta csökkenteni az olajfüggőségét, és és jelentősen csökkent a szén-felhasználás is. A földgáz mellett az atomenergia hasznosítása növekedett figyelemre méltó mértékben. A változások egyik „motor”-ja az energiatakarékosság volt, ehhez kapcsolódtak a nemzetközi környezetvédelmi egyezmények megszorításai. A Európai Közösség “Zöld Könyv”-ében szereplő előrejelzés szerint 2020-ig a közösség országainak együttes földgázfelhasználása várhatóan meg fog duplázódni.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Föld

gázf

elha

szná

lás

[mill

iárd

m3 /a

]

USA EU-25 FÁK Távol-Kelet 1.1-3 ábra A földgázfelhasználás változása az elmúlt évtizedekben



11

Az 1.1-3 ábra szemlélteti a földgázfelhasználás időbeni változását 1970 és 2002 között. Európában a 70-es évekre jellemző dinamikus növekedés egy évtized után lelassúlt, és ez a kisebb növekedési ütem jellemezte a földgázfelhasználást egészen a 90-es évek közepéig. Az utóbbi években a nemzetközi klímaegyezmények szigorodó előírásai miatt a földgáz a figyelem középpontjába került. A FÁK országokban 1970 és 1991 között nagyon dinamikus volt a növekedés, ezt követően 1991 és 1997 között látványos visszaesés, és végül az utóbbi években mérsékelt, de folyamatos növekedés volt jellemző. Észak-Amerikában a 80-as évek közepétől az energiapiac liberalizálásának hatására dinamikus növekedés kezdődött, de az elmúlt években a földgázpiac láthatóan telítődött.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1985 1995 2005

Biz

onyí

tott

kész

lete

k [e

zer m

illiá

rd m

3 ]

Közép-Kelet Európa és Eurázsia Afrika Távol-Kelet Észak-Amerika Dél- és Közép-Amerika 1.1-4 ábra A bizonyított földgázkészletek változása az elmúlt két évtizedben


Az 1.1-4 ábra tanúsága szerint a bizonyított földgázkészletek a felhasználás növekedési üteménél lényegesen nagyobb mértékben növekedtek. Legnagyobb mértékű készletnövekedés a közel-keleti és a távol-keleti régióban volt, ahol a bizonyított készletek az elmúlt húsz évben több, mint kétszeresére nőttek. Ugyanezen idő alatt a FÁK tagországok bizonyított földgázkészlete is megduplázódott. Észak-Amerikában és az EU-25 országokban az összesített készletek nagyságát tekintve lassú csökkenés látható.

Az elmúlt harminc év során számos tényező hatására alakult ki a jelenlegi helyzet, amelyben Európa földgázigényét három “külső” forráskörzetből biztosítják:

• Hollandia és az Északi-tenger, • Algéria, • FÁK országok, elsősorban Oroszország. A különböző területekről induló gáztávvezetékek számos országhatárt

kereszteznek, így Európában szállítják a legnagyobb gázmennyiséget az országhatárokon keresztül. Az USA-ban már a 80-as évek végén, Európában pedig 2000-től liberalizálták a földgázkereskedelmet. Az Európai Közösség országaiban várhatóan 2010-re alakul ki egy egységes földgázpiac.

Gázszállító rendszer Európában Kétféle szállítási technológia terjedt el széles körben:


12

• gáztávvezetékekből és nyomásfokozó kompresszor állomásokból álló rendszeren keresztül történő szállítás;

• cseppfolyós halmazállapotban (LNG) történő szállítás. Ebben az esetben a gázmezőről távvezetéken keresztül szállítják a földgázt a tengerparti cseppfolyósító üzembe, majd innen tovább speciális hőszigetelt tartályhajókon a fogadóállomásokig. A fogadóállomáson elpárologtatják a cseppfolyós földgázt, és ugyancsak távvezetéken szállítják tovább a felhasználókig.

Az Európai Közösség országaiban a 60-as évektől kiépült gáztávvezetékek összhossza az 2002 végén elérte 186 ezer km-t, a földgázzal ellátott háztartások száma pedig elérte a 83,9 millió-t (EUROGAS, 2003).

1.1-5 ábra Az európai földgázszállító rendszer 2001-ben

(Forrás: EUROGAS 2002)

Az európai (nemzetközi) földgázkereskedelem a 60-as évek első felében, a hollandiai Groningenben feltárt, és máig is jelentős nagyságú földgázmező termelésbe állításával indult. Távvezetékek épültek Belgiumon keresztül Franciaországba, az NSZK-ba, illetve Svájcon keresztül Olaszországba. A Trans Europa Naturgas Pipeline (TENP) a Hollandiát és Olaszországot összekötő gáztávvezeték része, amely a német-holland határtól 500 km hosszúságban vezet dél felé a svájci-német határig. A távvezeték átmérője 950/900 mm, a beépített kompresszor kapacitás 109 MW (Beyer et al., 1994.). Európa országait összekötő távvezeték rendszer látható az 1.1-5 ábrán.

A 60-as évek második felében termelésbe állított északi-tengeri szénhidrogén lelőhelyeket tenger alatti távvezetékekkel kötötték össze Nagy-Britanniával és az európai kontinenssel. A NORPIPE Ekofisk-Emden nyomvonalon Németországba, a ZEEPIPE(1993) Sleipner-Zeebrügge nyomvonalon Belgiumba szállítja a földgázt. Az utóbbi távvezeték 814 km hosszú, átmérője 1000 mm, üzemnyomása pedig 172 bar. Az angol gázszállító rendszer két fő betáplálási pontja a skóciai St. Fergus-nál és


13

Bacton-nál van. A brit szigetek és a kontinens közötti összeköttetést szolgálja a Bacton-Zeebrügge nyomvonalon az INTERCONNECTOR, amely 900 mm névleges átmérőjű távvezeték, és a bactoni végpontnál 3x25 MW-os kompresszorállomáshoz kapcsolódik. Az Északi-tenger térségében létesített gáztávvezetékek láthatók az 1.1-6 ábrán.

A földgázbőség hatására gyors ütemben épültek ki az egyes országok nemzeti földgázszállító hálózatai, és a nagy hagyományokkal rendelkező szénalapú gázgyártást háttérbe szorította az egyre izmosodó földgázipar. A távvezeték építésekkel egyidőben - 1964-ben - amerikai technológiával földgázcseppfolyosítót létesítettek Algériában, illetve fogadóállomásokat helyeztek üzembe Nyugat-Európában.

1.1-6 ábra Gáztávvezetékek az Északi tengerben

A szovjet földgáz csak egy évtizeddel később, 1973-ban jelent meg az európai piacon, amikor Ukrajna és az NSZK között megépítették az első 1800 km hosszú, 900 mm átmérőjű gáztávvezetéket. A távvezeték Waidhausnál lépi át a cseh-német határt. 1979-ben helyezték üzembe a Csehszlovákiából Ausztria és Olaszország irányába leágazó távvezetéket, amelynek határátlépési pontja Baumgartennél van. Ennek a távvezetéknek a Duna ausztriai völgyében húzódó kelet-nyugati szakaszát West Austria Gasline-nak (WAG), észak-déli szakaszát pedig Trans Austria Gasline-nak (TAG) nevezik. A WAG ausztriai szakasza 245 km, átmérője 800 mm, névleges üzemnyomása 70 bar. Két kompresszorállomásán a beépített összes kapacitás 39 MW. A TAG orosz földgázt szállít Olaszország és Szlovénia felé. A két párhuzamos távvezeték ausztriai szakasza 383 km, átmérője 1050, ill. 950/900 mm, a három kompresszorállomáson beépített kapacitás 125 MW. A TAG 1974 óta üzemel, és Észak-Olaszországban össze van kötve a TRANSMED vezetékkel. A TAG vezetékről ágazik le a SOL távvezeték Szlovéniába és a Horvát Köztársaságba, ennek névleges átmérője 500 mm, ausztriai hossza 26 km. Az OMV gáztávvezeték rendszere látható az 1.1-7 ábrán.


14

1.1-7 ábra Az OMV gáztávvezeték rendszere 2003-ban

(Forrás: OMV, www.omv.com)

Németországban évtizedeken keresztül a Ruhrgas rendelkezett a legnagyobb kapacitású gázipari infrastruktúrával. A 90-es évektől új szereplőként megjelent a WINGAS, amely egy évtized alatt jelentős kapacitású gázszállító- és tároló rendszert épített ki.

Az orosz földgázt Waidhaustól a Mittel-Europäische Gasleitung (MEGAL) szállítja tovább a német-francia határig, ahol két határátlépési pont is van: Oberkappel és Medelsheim. A távvezetékrendszer hossza 460 km, a párhuzamos vezetékek átmérője 1200/1000 mm, ill. 1100 mm. A három kompresszorállomás összes beépített kapacitása 154 MW.

Az 1973. évi olajár-robbanás után fokozódott a fejlett nyugat-európai államokban a földgáz iránti kereslet, és a szovjet gázszállítások mellett Irán is bekapcsolódott a nemzetközi földgázkereskedelembe. Sajátos, un. "lecseréléses" megoldással Irán a Szovjetunió déli határán adta át a gázt, a szovjet fél pedig ezzel a mennyiséggel megnövelte a nyugat-európai exportját. Az iráni szállítások realizálására épült meg 1979-ben az IGAT 1 távvezeték 10 Mrd m3/a kapacitással. Az iraki-iráni háború után, 1989-ben az iráni szállításokat felújították, és annak bővítését tervezték, de a Szovjetunió felbomlása után a lecseréléses tranzitszállítást nagyon megnehezítette az új független államok szembenállása egymással és Oroszországgal.

1973 után a szovjet exportszállítások növekedése, illetve az Irán-Szovjetunió-Nyugat-Európa lecseréléses gázszállítás miatt további kelet-nyugati távvezetékek épültek a Cseh és Szlovák Köztársaságon keresztül. A legnagyobb, 1420 mm névleges átmérőjű, és 6000 km hosszúságú (beleértve a FÁK országok területére eső szakaszt is) távvezetéket 1983-ban helyezték üzembe. A Cseh és Szlovák Köztársaságon keresztül húzódó tranzit távvezeték rendszer három 1200-as és egy 1400-as névleges átmérőjű távvezetékből és négy kompresszorállomásból áll, amelynek teljes kapacitása 1996-ban 81,4 Mrd m3/a volt. A Szlovák Köztársaságban az elmúlt években a tranzit kapacitást 90 Mrd m3/a-re növelték (Rajzinger et al., 1997).

Az ezredfordulón épült meg egy 60 Mrd m3/a kapacitású távvezeték a Yamal félszigettől Nyugat-Európáig. A távvezeték teljes hossza 5802 km, amelyen 34 kompresszorállomás üzemel 5619 MW összes kapacitással. A távvezetéket új nyomvonalon, a korábbi tranzitvezetéktől északra fektették azzal a nem titkolt szándékkal, hogy csökkentsék a gáztranzit függőségét Ukrajnától. A távvezetéknek Lengyelországban két párhuzamos ága van, amelyek 670 km hosszúságban keresztezik az országot. A YAMAL távvezeték a lengyel/német határon


15

Frankfurt/Oder-nél a Gazprom leányvállalatának a Wingas-nak a STEGAL (Sachsen-Thüringen Gas Leitung) elnevezésű 320 km-es DN 800 névleges átmérőjű távvezetékéhez kapcsolódik. A szállítás 1997-ben indult, de a szállítókapacitás csak fokozatosan éri el a tervezett értéket. Mivel a gázmező a sarkkörön túl található, a távvezeték első 450 km-es szakasza permafroszt talajon vezet át.

Az algériai-olasz TRANSMED gáztávvezetéket (Trans-Mediterranean Pipeline) 1979-ben kezdték építeni és hivatalosan 1984-ben adták át, bár a gázszállítás már 1983-ban megindult. A vezeték algériai szakasza 550 km, tunéziai szakasza pedig 350 km hosszú, és mindkettő 1200 mm névleges átmérőjű. Tunézia és Szicila között a távvezeték a tenger alatt halad, és három, egyenként 155 km hosszú és 500 mm átmérőjű párhuzamos szakaszból áll. A maximális fektetési mélység 610 m. Az olasz szakasz Szicilián áthaladó része 354 km hosszú és 1200 mm névleges átmérőjű, amely a messinai tengerszorosban 46 km-es hosszon négy párhuzamos ágra (névleges átmérőjük 250-500 mm) válik szét. Az olasz szárazföldi szakasz teljes hossza 1064 km, és átmérője Melizzanóig 1200 mm, onnan tovább Minerbióig pedig 1050 mm. Minerbiónál a végponthoz egy hatalmas föld alatti tároló kapcsolódik. A közel 3000 km hosszú távvezetéken nyolc kompresszorállomás 418 MW összteljesítménnyel biztosítja a gáz szállítását. A kompresszorállomások fogyasztása és a tunéziai tranzitdíj (5,25 %) együttesen a betáplált gázt 20,4 %-kal csökkentik. A távvezeték üzemnyomása 80 bar. A 90-es évek közepén a távvezeték párhuzamosításának eredményeképpen a szállítókapacitás az eredeti 12,5 Mrd m3/a-ről 26 Mrd m3/a-re nőtt (True, 1994).

A mediterrán térségben a másik nagy kapacitású gáztávvezetéket, a MAGHREB vezetéket, amely Marokkón és a Gibraltári-szoroson keresztül szállítja a földgázt Spanyolországba, ugyancsak a 90-es évek közepén kezdték építeni. A távvezeték algériai szakasza 530 km, marokkói szakasza pedig 540 km hosszúságú, a vezetékátmérő 1200 mm. A Gibraltári-szorosban 45 km hosszúságban két 550 mm átmérőjű párhuzamos vezeték köti össze a két kontinenst. A spanyolországi szakasz 270 km hosszúságú és 1200, ill. 900 mm átmérőjű. A távvezetékrendszer teljes hossza 1385 km, szállítókapacitása első ütemben 7,2 Mrd m3/a, ami a tervek szerint 18,6 Mrd m3/a-ra bővíthető. A nyomásfokozást az afrikai kontinensen két kompresszorállomás szolgálja, a beépített kompresszor kapacitás 24 MW.

Technológiai fejlődés A XIX. sz. végén a földgázszállításhoz még kovácsolt- vagy öntöttvas csöveket használtak. Az I. világháború után nagy lépést jelentett a varratmentes csövek megjelenése és alkalmazása egészen DN 650 névleges átmérőig. Ezek olcsóbbá és egyszerűbbé tették a csővezetékek építését. Ugyancsak jelentős előrelépést jelentett az elektromos ívhegesztés alkalmazása. A 30-as években az építési technológia munkaszervezési része is nagyot fejlődött. Az un. "csoportos futószalag" módszernél az építőket kis csoportokra osztották, és a futószalagos termelési módnak megfelelően egy-egy csoportnak mindig ugyanazt a részfeladatot kellett elvégeznie. Az előzőek szerinti munkaszervezés ugrásszerűen megnövelte az építési tevékenység termelékenységét, és ezáltal drasztikusan csökkentette az építési költségeket.

A II. világháborút követően a vezetékcsövek egyre nagyobb szilárdságú acélokból készültek, ami a falvastagság csökkentését, illetve nagyobb átmérőjű csövek készítését tette lehetővé. A jobb minőségű acélok felhasználásával ugyanakkor növelni lehetett a csőtávvezetékek üzemnyomását; általánossá vált a 70 bar-os nyomásszint. A nagyobb átmérőjű és nagyobb üzemnyomású távvezetékek szállítókapacitása a korábbiak sokszorosára nőtt. Az előzőek együttes hatására


16

számottevően javult a csővezetékes gázszállítás fajlagos költsége, és egyre hosszabb távvezetékek üzemeltetése vált gazdaságossá.

Jelentős hatást gyakoroltak a fejlődésre a különböző szabványok és előírások. Mindenekelőtt az API-5L csőszabványt és az ASME B 31-es sorozatot kell kiemelni, ez utóbbi összefoglalta a tervezésre és üzemeltetésre vonatkozó műszaki-biztonsági előírásokat. Az 1955-ben, majd átdolgozva 1958-ban kiadott B31.8 gáztávvezeték tervezési előírások új egységes alapot jelentett a gáztávvezetékek létesítéséhez. Az eltelt évtizedekben többször felülvizsgálták, de ezek a pontosítások az alapelveket nem érintették. (GRI Report, 2000).

A korrózióra vonatkozó kutatások elvezettek a hatékony passzív korrózióvédelmi eljárások alkalmazásához, továbbá aktív katódvédelmi rendszerek kifejlesztéséhez.

A 60-as évektől megindult a földgáz tengeri (offshore) termelése és szállítása. Ez új kihívást jelentett, és napjainkig számos csúcstechnológiai megoldást eredményezett.

A technológiai fejlődéssel párhuzamosan, a számítástechnika fejlődésének köszönhetően egyre korszerűbb telemechanikai rendszerek épültek ki a gázszállító rendszerek irányítására. Napjainkban nagyméretű adatbázisok és hatékony adatfeldolgozó rendszerek segítik a diszpécser irányító munkáját. Kiemelkedő jelentősége volt a 70-es évek elején azoknak a fejlesztéseknek, amelyek mérési eljárások kidolgozását célozták az egyre idősebb távvezetékek állapotának diagnosztizálására. Ezek eredményeként jelentek meg az intelligens görények, amelyek a csőtávvezetékek falvastagság-változásáról pontos képet szolgáltatnak az üzemeltető részére. A csővezetékek falvastagság csökkenéséből eredő, kockázatot értékelő eljárások a korábbi szilárdsági elméletek felülvizsgálatát is szükségessé tették.

Az elmúlt 15-20 évben a csőgyártók és szerelvénygyártók egyre magasabb szintű minőségbiztosítási eljárásokat alkalmaztak, és szigorúbbak lettek a kivitelezéssel szemben támasztott követelmények is. Mindezek hatására az anyaghibákból és építési hiányosságokból eredő távvezetéki meghibásodások nagymértékben csökkentek.

A nagytávolságú földgázszállítás technológiai fejlődésének érzékeltetésére Steinmann összehasonlító számítást végzett, amelynek eredményei az 1.1-1 táblázatban láthatók (Steinmann, 1985).

1.1-1 táblázat A csőtávvezetékes gázszállítás fejlődése Év Üzemnyomás

[bar] Átmérő [mm]

Szállítókapacitás [106 m3/a]

Üzemanyag-fogyasztás [%]

1910 2 400 80 48,8 1930 20 500 648 31,3 1965 66,5 900 8 320 14,1 1980 80 1 420 26 000 10,6

1990 után 120 1 620 52 000 8,2 Egy képzeletbeli 6000 km-es távvezetéket vizsgált a XX. század különböző

időpontjaiban, amelyek egy-egy jellemző technológiai szintnek feleltek meg. 1910-ben a csövezetékek Németországban 2 bar nyomáson üzemeltek, és maximális átmérőjük 400 mm volt. Ha egy ilyen távvezetéken szállítottak volna földgázt Nyugat-Szibériából Nyugat-Európába, akkor a szállítókapacitás 80 millió m3/a lett


17

volna, és a 143 kompresszor állomás a betáplált gáz 48,8 %-át nyomásfokozás céljára elfogyasztotta volna.

Az előzőek szerinti távvezetéken szállított földgáz ára Németországban 100-szorosa lett volna a helyben előállított, szénalapú gáznak. 1930-ra a nagyobb üzemnyomás és a nagyobb átmérő miatt a szállítókapacitás nagyságrendileg nőtt. Ebben az időben a 80 kompresszor állomás a 650 millió m3/a gázmennyiségnek már csak 31,3 %-át fogyasztotta volna el nyomásfokozás céljára. Ezen a távvezetéken szállított földgáz ebben az időben sem lett volna versenyképes, mivel 10-szer drágább lett volna, mint a helyben termelt gáz.

Az összehasonlításból látható, hogy a technikai fejlettség akkori szintje nem tette lehetővé a nagy távolságú gázszállítást. 1960-ig nem is épültek Európában 200 km-nél hosszabb távvezetékek. A 60-as évek közepére azonban az üzemnyomás és az átmérő növekedésének, illetve a kompresszorállomások fajlagos energiafogyasztásának csökkenése a szállítókapacitás további nagyságrendi növekedését eredményezte. Ezáltal versenyképessé vált a nagy távolságról szállított földgáz az energiapiacon.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

100 300 500 700 900 1100 1300 1500

Névleges átmérő

Szál

lítók

apac

itás

[109 m

3 /a]

1.1-10 ábra Csőtávvezeték szállítókapacitásának változása

Az 1983-ban üzembe helyezett 6000 km-es távvezeték 37 kompresszor-állomása a betáplált gáznak már csak 10,6 %-át fogyasztja el. A táblázatból látható, hogy az üzemnyomásnak és az átmérőnek a növekedése, továbbá a kompresszorállomások energiafogyasztásának a csökkenése várhatóan a jövőben is folytatódni fog. Az 1.1-10 ábrán egy 100 km hosszúságú távvezeték szállítókapacitásának a változása látható a névleges átmérő függvényében. A feltételezett nyomásgradiens 0,2 bar/km, vagyis a nyomásveszteség a teljes szakaszon 20 bar. Az ábrából jól látható az átmérő növelésének kedvező hatása a szállítókapacitásra. Amíg egy DN 600-as névleges átmérőjű távvezetéknek kereken 4 Mrd m3/a a szálítókapacitása, addig kétszer ekkora szállítókapacitáshoz elegendő egy DN 800-as névleges átmérőjű távvezeték.

Az üzemnyomás és az átmérő növelése a jobb minőségű acélok alkalmazásával vált lehetővé. A csővezetékek falvastagsága ugyanis egyenesen arányos az átmérővel és az üzemnyomással. Ha a csővezeték acélanyagának szilárdsági jellemzője nem változik, ugyanakkor az üzemnyomás 20 bar-ról 80 bar-ra,


18

az átmérő pedig 400 mm-ről 1200 mm-re nő, akkor a nagyobb nyomású csőtávvezeték falvastagsága 12-szerese a kisebb nyomásúénak. A nagyobb falvastágság miatt a csővezeték fajlagos súlya is 12-szeresére nő. Ha viszont jobb minőségű acélból készítik a csőtávvezetéket, kisebb falvastagság is elegendő és ezáltal kisebb lesz a fajlagos súly.

0

5

10

15

20

25

30

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Névleges átmérő

18 m

-es

csős

zaka

sz s

úlya

[t]

StE 240 X 42 X 52 X 70 1.1-11 ábra Vezetékszakasz súlya

Az 1.1-11 ábrán egy 18 m-es 80 bar névleges üzemnyomású csőszakasz súlya látható az átmérő és az acélminőség függvényében. 1000 mm átmérőnél a legrosszabb és a legjobb minőségű acélból készült csőszakasz súlya között 2,2-szeres a különbség.

0

100

200

300

400

500

600

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Névleges átmérő

Rel

atív

cső

-ár [

%]

StE 240 X 42 X 52 X 70 1.1-12 ábra Relatív cső-ár

Mivel a csőszakasz ára arányos a súlyával, ezért a gyenge minőségű acélból készült, túlsúlyos csőszakasz ára lényegesen nagyobb, mint a jó minőségű acélból készült csőszakaszé. Az 1.1-12 ábrán látható, hogy 1000 mm átmérőnél a legjobb

Földgázkereskedelem

19

minőségű acélból készült csőszakasz relatív ára fele akkora, mint a legrosszabb minőségű acélból készült szakaszé.

A nagy távolságú gázszállítás gazdaságosságának egyik alapvető követelménye tehát az egyre nagyobb szakítószilárdságú acélból készült csőtávvezetékek alkalmazása. Az 1.1-11 és 1.1-12 ábrák alapján megállapítható, hogy a jobb minőségű acél árnövelő hatása lényegesen kisebb mértékű, mint a jobb szilárdsági jellemzőből adódó kisebb falvastagság költségcsökkentő hatása.

A gázszállítás gazdaságosságát az acélcső mellett alapvetően a kompresszor meghajtó motorok befolyásolják. Az 1.1-2 táblázatban látható, hogy a század elején a dugattyús gőzgéptől a gőzturbinán, majd a robbanómotoron keresztül vezetett a fejlődés a gázturbináig. Közben egyre nagyobbak lettek az egységteljesítmények és lényegesen javult a hatásfok. Figyelemre méltó, hogy napjainkban a kombinált ciklusú hajtással a fejlődés visszatért a gőzturbinához. Kombinált ciklus esetén ugyanis a gázturbinák hulladékhőjével gőzt fejlesztenek, amelyet gőzturbinával hasznosítanak. Így a hatásfok elérheti a 45 %-ot.

1.1-2 táblázat Kompresszor meghajtó motorok fejlődése A motor típusa Alkalmazása Max. egységtelje-

sítmény [kW] Hatásfok

% Gőzgép 1900-1950 3 000 8-21Gőzturbina 1950-ig 3 000 18-32Ottó motor (kicsi) 1960-ig 500 25-30Ottó motor (nagy) Napjainkig 10 000 30-38Diesel motor (kicsi) 1960-ig 500 30-35Diesel motor (nagy) Napjainkig 10 000 35-43Gázturbina (1. generációs) 1950-től 12 000 18-29Gázturbina (2. generációs) 1970-től 25 000 30-35Gázturbina (komb. ciklusú) 1980-tól (3+1) x 20 000 45

A nagy kapacitású földgázszállító távvezetékek jellemző nyomásfokozó

egysége a gázturbinával hajtott turbókompresszor, amely a szállított gázmennyiségnek 0,2 ... 0,5%-át fogyasztja el állomásonként. A kompresszorállomások közötti távolság 100 és 400 km között változik.

A szakemberek az elkövetkező 20-30 évre a földgázfelhasználás dinamikus növekedését prognosztizálják. Ehhez egyrészt a jelenleg ismert földgázkészletek adnak biztos alapot, másrészt az a tény, hogy az új földgázkészletek megtalálási valószínűsége 2-szer akkora, mint új kőolajkészleteké. Forrásoldalról tehát semmi nem korlátozza a várható növekedést. Kérdés azonban, hogy a földgázszállítás területén csak a csőtávvezetékes szállítási technológia fejlődésével kell-e számolni, vagy fokozatosan teret nyernek más szállítási módok is. A francia CEDIGAZ által készített előrejelzés szerint még hosszú ideig uralkodó marad a csőtávvezetékes szállítás, bár a nemzetközi kereskedelemben a csepfolyós földgáz (LNG) részaránya is gyorsan fog nőni (Cornot, 1988).

1.2 Földgázkereskedelem

A földgázkereskedelem perspektívája A földgázkereskedelem hosszú távú tendenciáit döntően a világ bizonyított földgázkészleteinek a földrajzi megoszlása határozza meg, amelyek a 1.2-1 ábrán láthatók.


20

72,13

64,01

14,84 14,39

7,46 7,02

Közép-Kelet Európa ésEurázsia

Távol-Kelet Afrika Észak-Amerika

Dél- és Közép-Amerika

ezer

mill

iárd

m3

1.2-1 ábra A régiók bizonyított földgázkészlete (2005.12.31)


1.2-1 táblázat A 2005. évi földgázkereskedelmi adatok Európában Exportőrök Összes

Importőrök DK F G NL NO UK RU AL importAusztria - - 1,00 - 0,78 - 6,80 - 8,68Belgium - - 1,20 7,95 8,50 0,97 0,30 - 18,92Csehország - - - - 2,35 - 7,13 - 9,48Finnország - - - - - - 4,20 - 4,20Franciaország - - 0,10 8,30 14,20 0,20 11,50 - 34,30Németország 2,28 - - 21,30 26,30 3,08 36,54 - 89,50Görögország - - - - - - 2,40 - 2,40Magyarország - 0,40 0,83 - - - 8,32 - 9,55Olaszország - - 2,50 8,00 6,90 0,54 23,33 25,23 66,50Lettország - - - - - - 1,75 - 1,75Litvánia - - - - - - 2,93 - 2,93Luxemburg - - 0,70 - - - - - 0,70Hollandia 2,13 - 4,50 - 6,16 1,82 2,97 - 17,58Lengyelország - - 0,39 - 0,54 - 6,40 - 7,33Portugália - - - - - - - 2,62 2,62Szlovákia - - - - - - 6,40 - 6,40Szlovénia - - - - - - 0,56 0,44 1,00Spanyolország - - - - 2,10 - - 9,49 11,59Svédország 0,88 - 0,15 - - - - - 1,03Nagy-Britannia - - 1,00 0,30 11,55 - - - 12,85Összes export 5,29 0,40 12,47 45,85 79,38 6,61 121,53 37,78 309,31


Európa ellátásánál az orosz, a közel-keleti, az afrikai és a nyugat-európai (északi-tengeri) földgázkészletekkel lehet potenciálisan számolni. Ezek együttesen a világ ismert földgázkészletének 84%-át jelentik. A kiemelkedő nagyságú orosz és közel-keleti készletek együttes részesedése 76%, ami azt jelenti, hogy Európa országai évtizedekig támaszkodhatnak ezekre a földgázforrásokra.

Az 1.2-1 táblázat tartalmazza a csőtávvezeték rendszereken bonyolított földgázkereskedelem 2005. évi adatait. Látható, hogy a legnagyobb mennyiséget


21

exportáló országok sorrendje: FÁK, Hollandia, Norvégia, Algéria. A nyugat-európai országok csaknem kivétel nélkül több országból, míg a kelet-európai országok elsősorban a FÁK tagországokból importálnak földgázt. Egyes országok jelentős nagyságú import mellett kis mennyiségeket exportálnak is, főleg a határ mentén jelentkező igények kielégítésére.

Európa gázellátására készült becslések elég széles tartományban szórnak, általában felismerhető, hogy készítői milyen fejlesztési alternatívát preferáltak. Az egymással versengő alternatívák a következők:

• az orosz gázimport növelése, • a Közel-Kelet és Európa távvezetéki összekötése, • az LNG részarányának a növelése afrikai és közel-keleti forrásokra

támaszkodva. Úgy tűnik, az elmúlt évtizedekben a csőtávvezetékes gázszállítás előnyei (kis

fajlagos szállítási költség, nagy kapacitás, megbízhatóság, hosszú élettartam) miatt ez a szállítási mód jelentette a legkedvezőbb fejlesztési alternatívát.

Tranzitlehetőségek Kelet-Európában Korábban az energiahordozó kereskedelemre a közvetlen politikai irányítás volt jellemző és a gazdasági szempontok alárendelt szerepet játszottak. Ez a helyzet az importőr országokban a kiszolgáltatottság érzését keltette. Az orosz kereskedelmi stratégiában a 90-es évek elején alapvető fordulat következett be. 1991-től, a Gazprom alapításától megszűnt a korábbi államközi kereskedelem, és gáztársaságok közötti magánjogi szerződéses kapcsolatok alakultak ki. A Gazprom a korábbi gyakorlat helyett arra törekedett, hogy ne a határon adja el a gázt, hanem minél közelebb kerüljön a végső felhasználókhoz. Ennek érdekében egész Európában nagyon intenzíven fejleszti kereskedelmi hálózatát, az importőr országokban közös társaságot, ill. kereskedőházat hozott létre (Vyakhirev, 1996).

A Yamal-távvezeték megépítésével az orosz földgázexport számára két nagy kapacitású távvezeték áll rendelkezésre. Valószínűsíthető, hogy a nyugat-európai export jelentős részét, elsősorban a német és francia piacra a Yamal-távvezetéken szállítják. Ennek következtében a Szlovákiában húzódó déli tranzit útvonalon átmenetileg kapacitásfelesleg lesz, így az ettől délre eső térségben várhatók fejlesztések.

Folyamatban van 600 km új távvezeték építése Bulgáriában annak érdekében, hogy azon keresztül orosz földgázt szállítsanak Görögországba, Törökországba, Szerbiába és Macedóniába. 1995-ben a Gazprom szerződést írt alá Törökországgal, hogy a 6 Mrd m3/a-es szállítást 10 Mrd m3/a-re növeljék. További 2 Mrd m3/a mennyiséget egy Ankara mellett épülő villamos erőmű ellátására irányoztak elő.

A tervezett fejlesztések közé tartozik egy déli leágazás Szlovákiából indulva, Magyarországon és Szlovénián vagy Ausztrián keresztül Olaszországig. A távvezetéken keresztül elsősorban villamos hőerőművek ellátását tervezik, de az lehetővé teszi a földgázértékesítést más fogyasztók részére is a térség országaiban, így Magyarországon, Horvátországban, Szlovéniában, Ausztriában és Olaszországban.

Ugyancsak a tervezett fejlesztések közé tartozik a Közel-Keletet Nyugat-Európával összekötő távvezeték. Ennek nyomvonala a tervek szerint Magyarországon is keresztülhalad. Az előzetes számítások azt mutatták, hogy a távvezetéken szállított közel-keleti gáz az európai piacon a közeljövőben nem versenyképes, így a projekt megvalósítása 2005-2010 előtt nem várható.


22

Kereskedelmi stratégiák Az európai gázrendszer kiépülése során két eltérő kereskedelmi stratégia alakult ki. Az egyik stratégia a holland földgáz exportálásához kapcsolódott. Lényege, hogy a termelő (exportőr) ország kiépítette a szükséges termelési és szállítási kapacitásokat az országhatáron lévő átadási pontig, és a gázt ott adta el. A távolabbi országok (pl. Olaszország) a földgázt bi-laterális szerződések segítségével vásárolhatták meg. Ezzel a fejlesztési és kereskedelmi eljárással forgalmazták az északi-tengeri földgázt is, amelynek egy részét 1980 óta Hollandián keresztül táplálják az európai gázrendszerbe.

A másik kereskedelmi stratégia a szovjet-nyugat-európai, illetve az algériai-olasz együttműködésre jellemző. Ezeknél a gázszállító rendszereknél az érintett országok finanszírozásával és beruházásában nagy szállítókapacitású transznacionális céltávvezeték épült. Ennek ellentételeként a beruházó hosszú lejáratú földgázvásárlási jogot kapott az exportáló országtól. A távvezeték az érintett országokban nemzeti tulajdonba került. A transznacionális gáztávvezeték rendszerek létesítésének nagy tőkeigénye csak speciális hitelkonstrukcióval biztosítható. A finanszírozás hosszútávú "take or pay" szerződésekre épül, amelyben a szerződő felek hosszú távra rögzített éves szállítási mennyiségekben állapodnak meg. Az ilyen típusú szerződések átvételi kötelezettséget, és a névleges mennyiségnek megfelelő tranzitdíj fizetési kötelezettséget írnak elő. Általában a csővezeték tranzit szakaszán áthaladó földgáz az eladó (exportőr) tulajdonában marad.

Földgázpiaci liberalizáció folyamata Európában A Római Szerződés már 1957-ben kimondta, hogy a tagországok piacainak belső határok nélküli területet kell képeznie, ahol biztosítva van az áruk, a személyek, a szolgáltatások és a tőke szabad mozgása. Az EU egész történetét ennek a belső piacnak az egyre teljesebb kiépítése fémjelzi. Mindezek tükrében felmerül a kérdés, mi az oka annak, hogy a földgázpiac liberalizációja csak 2000-ben kezdődött el (Tihanyi, 2000). A válaszhoz útmutatást ad az EU által 1993. december 5-én kiadott "Fehér könyv", amelyben kijelölték az Unió által követendő utat a XXI. század felé. Ebben megfogalmazták, hogy a távközlés, a közlekedés és az energetika területén egységes, globális piac kialakítására van szükség. Ezek közül a távközlés és az informatika robbanásszerű fejlődése az elmúlt 10-15 évben következett be. Az energetika területén az olajpiac már régen globalizálódott, és nyitott volt minden érdeklődő számára, ezzel szemben a gázpiacot zárt nemzeti piacok alkották. A földgáz részaránya csak az utóbbi időben vált számottevővé az egyes országok energiamérlegében. A nemzeti energiapolitikák mind a földgáz-, mind pedig a villamosenergia területén sajátos ellátásbiztonsági követelményekre épültek. Az előző okok miatt az elmúlt évtizedekben nemzeti monopóliumok alakultak ki, amelyekhez stratégiai okból nem nyúltak hozzá. A század utolsó két évtizedében azonban megindult a világgazdaságban a globalizáció folyamata, amelynek keretében a nemzeti energiapolitikák helyett a regionális energiapolitika került előtérbe.

A földgázzal kapcsolatos óvatosságot tükrözi, hogy a 70-es években EU direktíva tiltotta a tagállamoknak a földgáz felhasználását villamos energia termelés céljára 10 MW-nál nagyobb kapacitású villamosenergia termelő egységek esetén.

A 80-as évek második felétől felerősödtek a környezetvédő mozgalmak, amelyek a 90-es évek elejére széleskörű nemzetközi egyezményeket eredményeztek. A környezetvédelmi korlátozások miatt a földgáz a figyelem középpontjába került, ami gyorsította a fejlődési folyamatot.


23

A földgázkereskedelemben új korszak nyitányát jelentette 1986-ban az angol gáztörvény, amely többek között lehetővé tette az állami tulajdonban lévő British Gas privatizációját, és előírta egy szabályozó hatóság (Office of Gas Supply, OFGAS) felállítását (Gas and Power, 2000). Bár ez a gáztörvény már lehetővé tette a nagyfogyasztók részére a szabad földgázvásárlást, a tényleges földgázpiac csak a villamosenergia ipar privatizációját követően kezdett kialakulni. 1991-ben visszavonták azt a korábbi EU direktívát, amely megtiltotta a földgáz felhasználását villamosenergia termelés céljára. 1992-ben még sikertelenül zárult az EU-n belüli egységes földgázpiacra vonatkozó irányelv elfogadtatása. Közben Nagy-Britanniában egyre nyitottabbá vált a piac, és továbbfejlesztették a szabályozást. 1994-ben a villamosenergia termelés 12 %-ához már földgázt használtak. 1995-ben ismét új gáztörvényt fogadtak el Nagy-Britanniában, amely szabályozta a teljes piacnyitást. Ez azt jelentette, hogy tovább ment, mint a 80-as évek második felében kiadott amerikai szabályozás (FERC 636). Az 1996-os év fontos mérföldkő volt az energetika országútján, mivel az Európa Tanács és Parlament 1996. december 16-án elfogadta a 96/92/EC irányelvet az "Egységes szabályozás a belső villamosenergia-piac számára". Újabb mérföldkő volt 1997-ben a British Gas szervezeti átalakítása, a tevékenységek szétválasztása (British Gas és Centrica). A British Gas létrehozta a Transco-t, amely a gázszállító és gázelosztó csőhálózat, valamint a tároló létesítmények tulajdonosa és üzemeltetője lett, de nem végzett kereskedelmi tevékenységet. Lehetővé vált a szabad hozzáférés a csővezetékes infrastruktúrához. A nyilvánosan közzétett Network Code szabályozta minden kereskedő számára a szállító- és az elosztó csővezeték rendszerekhez, továbbá a tárolókhoz való hozzáférés szabályait, valamint a rendszerhasználati díjakat. Kialakult a földgázpiac minden feltétele, és működési modellje. Végül az Európa Tanács és Parlament 1998. február 12-én elfogadta a 98/30/EC irányelvet az "Egységes szabályozás a belső földgázpiac számára".

Az események hátterében döntő tényezőnek tekinthető, hogy a 90-es évek közepén az EU összesített primerenergia mérlegében a földgáz részaránya már meghaladta a 20 %-ot. Kiépült az európai országokat behálózó csővezetékes infrastruktúra, és a nemzetközi kereskedelemben résztvevő földgáz mennyisége elért egy kritikus szintet. Eljött az a pillanat, amikor a gazdasági élet irányítói megtették a szüksége lépéseket annak érdekében, hogy a földgázt ugyanolyan árunak tekintsék, mint bármely más energiahordozót, vagy terméket.

A korábbi évtizedekben a földgázellátás természetes monopóliumok révén valósult meg, és a fő hangsúly a természetes monopóliumot jelentő csővezetékes infrastruktúra birtoklásán, illetve üzemeltetésén volt. A teljesen, vagy döntően állami tulajdonú nagy nemzeti gáztársaságok igyekeztek a teljes földgázellátási vertikumot lefedni, azaz a gázmezőtől a fogyasztóig tartó integrált rendszert kézben tartani. Az EU Irányelv a verseny érdekében sok kereskedő megjelenését szorgalmazza a gázpiacon, akik kisebb tőkerővel csak egy-egy részfolyamat végzésére vállalkoznak. Működésük csak akkor képzelhető el, ha részükre törvény biztosítja a szabad hozzáférést a csővezetékes infrastruktúra használatához. Az előzőek miatt az új szabályozásnak mindenekelőtt biztosítani kell a földgázpiacon a kereskedelmi/ellátási tevékenységhez való jognak a technikai rendszer tulajdonjogától, illetve üzemeltetési jogától való egyértelmű elválasztását. A földgáz fizikai áramlását a gázmezőtől a fogyasztóig technológiai láncnak, a kereskedelmi/ellátási tevékenységhez kapcsolódó pénzügyi folyamatot pedig értékláncnak nevezik. A piacnyitás előfeltétele a technológiai és az értéklánc szétbontása jellemző részfolyamatokra. A korábbiakban a teljes vertikummal szemben érvényesült a gazdaságossági követelmény. A nyitott piacon minden részfolyamatnál teljesülni kell a gazdaságosságnak. Az EU Irányelv


24

szerint a tevékenységek szétválasztása (unbundling) eredményezi a folyamatok átláthatóságát (transparency).

Az európai gázpiac jövőképét Bierma úgy közelítette, hogy a leendő európai piacot összehasonlította a már működő észak-amerikai és angol piaccal legfontosabb jellemzőik alapján (Bierma, 2000). Az összehasonlító adatok a 1.2-2 táblázatban láthatók.

1.2-2 táblázat A földgázpiacok regionális eltérései É-Amerika Nagy-

Britannia Ny-Európa

Piaci méret [Mrd m3] 700 80 280 Termelők száma >500 30-40 4 meghatározó Importfüggőség 0 % 0 % 40 % növekvő A piac növekedése stagnál 4.5 %/év 2-3 %/év Fejlesztési költség kicsi közepes nagy Új gázforrások termelésbe állítása 1-2 év 2-3 év > 5 év Földgáz részaránya az erenergia-mérlegben

27 % 30 % 18 %

A vizsgált régiók közül Észak-Amerikában és Nagy-Britanniában jelentősen

eltérő piaci méret mellett alakult ki működőképes gázpiac. Közös jellegzetesség, hogy nincs importfüggőség, és az új gázforrások megjelenése a gázpiacon rövid időt igényel. Ez utóbbi oka valószínűleg az, hogy a gázforrások és a piac viszonylag közel van egymáshoz. Az európai országok összesített gázigénye elég nagy ahhoz, hogy kialakuljon a gázpiac, de nem lehet figyelmen kívül hagyni, hogy itt a piacot négy meghatározó forrás (Hollandia, Északi-tenger, Oroszország és Algéria) táplálja. Nagyok a szállítási távolságok, ezért új források megjelenése a piacon öt évnél hosszabb időt igényel. A nagyarányú importfüggőség is sajátos kezelési módot igényel. Az utóbbi tényezők miatt valószínűsíthető, hogy az európai gázpiac fejlődéséhez szükséges jelentős tőkebefektetések csak hosszú távú, „take-or-pay” típusú szerződések megfelelő arányával biztosíthatók.

Összességében megállapítható, hogy bármennyire is mintául szolgálhat az amerikai és az angol működő gázpiac, Európában az előzőektől eltérő, sajátos gázpiaci modell kialakulásával lehet számolni.

A földgázpiac keretszabályozása az EU-ban Az Erópa Parlament és Tanács 98/30 sz. "Egységes szabályozás a belső földgázpiac számára" c. irányelve a földgázipar szervezetére és működésére vonatkozó egységes keretszabályozás, amely az általános alapelveket tartalmazza (EU 98/30. sz. Irányelv, 1998). A részletes végrehajtás érdekében a tagállamoknak lehetőségük volt olyan szabályozó rendszer kialakítására, amely nem volt ellentétben az EU Irányelvvel, de figyelembe vette a nemzeti sajátosságokat. Az Irányelv minden tagország részére kötelezővé tette a meghatározott mértékű és időbeni ütemezésű piacnyitást.

Az Irányelv a földgáz-távvezetéki szállításra, -elosztásra, -ellátásra és -tárolásra vonatkozó egységes keretszabályozást tartalmazza. Rögzíti azokat a szabályokat, amelyek a földgázipar - beleértve az LNG-ipart - szervezetére és működésére, a piachoz való hozzáférésre, a rendszerek üzemeltetésére, valamint a földgáz távvezetéki szállításra, elosztásra, ellátásra és tárolásra szóló engedélyek megadásának követelményrendszerére és eljárásrendjére vonatkoznak.

A nemzeti szabályozásoknak biztosítaniuk kell, hogy a földgázipari vállalkozások az Irányelv alapelveinek megfelelően működjenek, és a földgázpiacon


25

ne alkalmazzanak diszkriminációt ezen vállalkozások között sem jogaik, sem kötelezettségeik tekintetében. A tagállamok a földgázipari vállalkozások részére alapvető gazdasági érdekből elrendelhetik a közüzemi szolgáltatási kötelezettséget, amely vonatkozhat a biztonságra - beleértve az ellátás biztonságát, folyamatosságát, minőségét és árát, valamint a környezetvédelmet.

Azokban az esetekben, amikor valamilyen engedély (pl. hatósági engedély, hozzájárulás, koncesszió, egyetértés vagy jóváhagyás) szükséges a földgáz létesítmény létesítéséhez vagy üzemeltetéséhez, a tagállamoknak, vagy valamely általuk kijelölt illetékes hatóságnak kell megadniuk az engedélyt a területükön lévő ezen létesítmények, vezetékek és tartozékaik megépítéséhez és/vagy üzemeltetéséhez. A tagállamok, vagy bármely általuk kijelölt illetékes hatóság ugyanezen az alapon adhatnak engedélyt a földgázellátásra, valamint a kereskedők számára is.

A tagállamoknak biztosítaniuk kell, hogy egy engedélyezés iránti kérelem elutasításának okai objektívek és diszkrimináció-mentesek legyenek. Az elutasítás okait közölni kell a kérelmezővel, és tájékoztatásul meg kell küldeni a Bizottságnak. A jogi szabályozás keretében biztosítani kell a kérelmező fellebbezési jogát. A tagállamok akkor tagadhatják meg az elosztó csővezeték rendszerek építésére és üzemeltetésére vonatkozó további engedély kiadását egy adott területen, ha ezen a területen már építés alatt, vagy előrehaladott előkészítési fázisban van ilyen vezetékrendszer, továbbá, ha a meglévő vagy tervezett rendszer kapacitása nincs teljesen kihasználva.

A tagállamoknak biztosítaniuk kell, hogy a különböző gázipari létesítmények (LNG rendszerek, tároló, szállító és elosztó rendszerek, célvezetékek) minimális műszaki tervezési és üzemeltetési előírásai ki legyenek dolgozva és hozzáférhetők legyenek. Ezeknek a követelményeknek biztosítaniuk kell a rendszerek együttes üzemeltetését, objektívnek és diszkrimináció-mentesnek kell lenniük.

Minden távvezetéki szállító, tároló és/vagy LNG vállalkozás: • köteles a gazdasági feltételeknek megfelelő biztonságos, megbízható és

gazdaságos technológiai létesítményeket üzemeltetni, fenntartani és fejleszteni, kellő figyelemmel a környezetre;

• semmilyen körülmények között nem tehet megkülönböztetést tenni a rendszerhasználók vagy a rendszerhasználók egyes csoportjai között, különösen nem kapcsolt vállalkozásaik javára;

• bármely másik földgázipari vállalkozás részére köteles megfelelő információt nyújtani annak biztosítása érdekében, hogy a földgáz távvezetéki szállítása és tárolása olyan módon történhessen, amely megfelel az együttműködő rendszer biztonságos és hatékony üzemeltetésének;

• köteles biztosítani a partnerek üzleti érdekét érintő információk bizalmas kezelését, és nem élhetnek vissza ezen információkkal.

A tagállamok kötelezhetik a gázelosztó és/vagy gázellátó vállalkozásokat, hogy egy adott területen, vagy meghatározott vevői csoporthoz tartozó vevőkhöz földgázt juttasson el. Ilyen esetben az ellátás tarifája lehet szabályozott, annak érdekében, hogy biztosítsa az érintett vevők részére az egyenlő elbánás elvét.

Minden egyes elosztó vállalkozásnak teljesíteni kell azokat a feltételeket, amelyek az előző pontban a szállító, tároló és LNG vállalkozásoknál szerpelnek.

A tagállamoknak, vagy az általuk kijelölt bármely illetékes hatóságnak, beleértve a vitás kérdések rendezésére kijelölt hatóságot, rendelkeznie kell a földgázipari vállalkozások beszámolóihoz való hozzáférés jogával a tevékenységük gyakorlásához szükséges adatok érdekében. A hatóságoknak bizalmasan kell


26

kezelniük az üzleti érdekeket érintő információkat. A tagállamok kivételt tehetnek a bizalmas kezelés elve alól, ha ez szükséges az illetékes hatóság feladatának ellátásához.

A tevékenységek szétválasztása: a tagállamoknak meg kell tenniük a szükséges lépéseket annak biztosítása érdekében, hogy a földgázipari vállalkozások beszámolói a Földgáz Irányelvnek megfelelően készüljenek.

A földgázipari vállalkozásoknak éves beszámolóikat a korlátolt felelősségű társaságok éves beszámolóira vonatkozó EU irányelvek és a nemzeti törvények előírásainak megfelelően kell elkészíteniük, auditálásra bemutatniuk és közzétenniük. Azoknak a vállalkozásoknak, amelyeket jogszabály nem kötelez éves beszámolóik közzétételére, ezen beszámolóik másolatát kell a székhelyükön a nyilvánosság számára hozzáférhetővé tenniük.

Az integrált földgázipari vállalkozásoknak a belső számviteli rendszerükben külön-külön beszámolót kell készíteniük a földgáz távvezetéki szállító, -elosztó és -tároló tevékenységükre - és ahol ez indokolt - konszolidált beszámolókat nem-gázipari tevékenységükre vonatkozóan, úgy, mintha ezeket a tevékenységeket külön vállalkozások végeznék. Ennek célja, hogy elkerüljék a diszkriminációt, a kereszttámogatást és a verseny torzítását. Ezeknek a belső beszámolóknak minden tevékenységre vonatkozóan tartalmazniuk kell külön mérleget és eredménykimutatást. A vállalkozások belső beszámoló rendszerében meg kell határozni az eszközök és források, a kiadások és bevételek, valamint az értékcsökkenés elszámolásának a szabályait. Ezeket a szabályokat csak kivételes esetben lehet módosítani.

A rendszerhez való hozzáférés szervezésére a tagállamok választhatják az alábbi két lehetőséget:

• tárgyalásos hozzáférés esetén a földgázipari vállalkozások és minősített fogyasztók tárgyalások útján kereskedelmi megállapodást kötnek a rendszerhez való hozzáférésre;

• szabályozott hozzáférés esetén a földgázipari vállalkozások és minősített fogyasztók jogosultak a rendszerhez való hozzáférésre a közzétett tarifák és/vagy egyéb feltételek alapján.

A tagállamoknak meg kell követelniük, hogy a földgázipari vállalkozások tegyék közzé a rendszer használatára vonatkozó fő kereskedelmi feltételeket az Irányelv hatályba lépését követő egy éven belül, majd ezt követően évenként.

Földgázipari vállalkozások visszautasíthatják a rendszerhez való hozzáférést a következő okok miatt

• kapacitáshiány esetén; • ha a rendszerhez való hozzáférés megakadályozná őket közüzemi

szolgáltatási kötelezettségük teljesítésében; • ha a take-or-pay szerződésekkel kapcsolatban súlyos gazdasági és

pénzügyi nehézségeik keletkeznének. Az elutasítást alaposan meg kell indokolni. A tagállamoknak rendelkezniük kell a minősített fogyasztók kijelölési

rendjéről. Minősített fogyasztónak kell tekinteni a földgáztüzelésű villamos erőműveket,

továbbá a 25 millió m3/a-nél nagyobb gázfogyasztású végfelhasználókat. Ez utóbbi határérték 2003-ig 15 millió m3/a-re, 2008-ig pedig 5 millió m3/a-re kell csökkenteni.

A tagállamok annak érdekében, hogy biztosítsák villamos energiapiacuk egyensúlyát, a kapcsolt hő- és villamosenergia termelőkre küszöbértéket határozhatnak meg, amely nem lehet nagyobb az egyéb végfelhasználókra tervezett fogyasztási szintnél.


27

A minősített fogyasztók kijelölési szabályainak meghatározásakor figyelembe kell venni, hogy az Irányelv alkalmazását követően a nemzeti gázpiac éves fogyasztásának legalább 20%-ával egyenlő piacnyitás alakuljon ki, és az legalább 28%-ra bővüljön 2003-ig, illetve 33%-ra 2008-ig.

A tagállamoknak minden évben nyilvánosságra kell hozniuk a minősített fogyasztók meghatározására vonatkozó követelményrendszert. Ezt az információt az Európai Közösségek Hivatalos Lapjában közzé kell tenni.

Az aránytalanságok elkerülése érdekében a gázpiac nyitása során a másik tagállam rendszerének minősített fogyasztójával a gázellátási szerződéseket nem lehet megtiltani, ha a vevő mindkét érintett rendszerben minősített fogyasztónak tekintendő.

A tagállamoknak meg kell tenniük a szükséges intézkedéseket annak érdekében, hogy a területükön lévő minősített fogyasztók elláthatók legyenek célvezetéken keresztül.

A tagállamoknak ki kell jelölniük egy független hatóságot az Irányelv hatálya alá tartozó, a hozzáférésre vonatkozó, és a hozzáférés visszautasításával kapcsolatos viták gyors rendezésére.

A tagállamoknak meg kell tenniük a szükséges intézkedéseket annak biztosítása érdekében, hogy a földgázipari vállalkozások és a minősített fogyasztók hozzáférhessenek az upstream csővezeték hálózatokhoz.

Az energiapiac hirtelen bekövetkező válsága esetén, ha veszély fenyegeti a személyek, berendezések vagy létesítmények fizikai biztonságát, vagy a rendszer integritását, a tagállamok ideiglenes biztonsági intézkedéseket vezethetnek be.

Derogáció adható az Irányelv szabályai alól az alábbi esetekben: • ha egy földgázipari vállalkozás súlyos gazdasági és pénzügyi helyzetbe

kerül egy vagy több gázvásárlási szerződésben vállalt "take-or-pay" kötelezettsége miatt;

• azoknak a tagállamoknak a részére, amelyek nem kapcsolódnak közvetlenül valamely másik tagállam összekapcsolt rendszeréhez, és egyetlen külső fő beszállítójuk van;

• a fejlődő piacnak minősülő tagállamok; • ahol az Irányelv végrehajtása lényeges nehézségeket okoz egy tagállam

földrajzilag körülhatárolt területén, különösen a távvezetéki szállító infrastruktúra fejlesztése szempontjából, és a beruházások ösztönzése szempontjából.

A 98/30/EC Földgáz Irányelv 1998. augusztus 10-én vált hatályossá, és a tagországoknak 2000. augusztus 10-ig két év állt rendelkezésre a nemzeti szabályozás megalkotására.

Az Európai Parlament és Tanács 2003/54 és 55 sz. Irányelvei a villamos energia és a földgáz piacnyitás ütemét módosították. Az áram- és gázpiac közös szabályait tartalmazó új irányelveket az Európai Parlament 2003. június 6-án fogadta el. Az új Irányelv szerint a villamos energia és a gáz-szektorban 2004.-július 1-ig a nem háztartási fogyasztók 100 %-a legyen feljogosított. 2005. december 31-ig átmenetileg a közüzemben maradhatnak egyes kisfogyasztói csoportok, amelyek a háztartási fogyasztóktól nehezen különíthetők el. 2007. július 1-től minden fogyasztó legyen feljogosított.

A szabad hozzáféréssel kapcsolatban az új irányelv kimondja, hogy a szállítói-, tárolói- és elosztói- engedélyesek kötelesek diszkrimináció mentesen, díj ellenében biztosítani a szabad hozzáférést a rendszerükhöz. Előnyben kell részesíteni a háztartási és kommunális, a közüzemi fogyasztókat. A hozzáférés megtagadásának


28

lehetséges esetei szabályozottak. A kereskedők és feljogosított fogyasztók szabadon importálhatnak földgázt.

Tevékenységek szétválasztásával kapcsolatos szigorítás lényege, hogy az egyes engedélyes tevékenységeket külön társaságba kell szervezni az alábbiak szerint:

• a szállítói engedélyes rendszerirányítási engedélyen kívül más engedéllyel nem rendelkezhet,

• az elosztói engedélyes 2007. július 1-ét követően más működési engedéllyel nem rendelkezhet,

• a szervezett földgázpiacot működtető engedélyes más engedéllyel nem rendelkezhet.

Az átállási veszteségek kezelésére az új Irányelv a szerződött mennyiség újratárgyalását javasolja. Ha a tárgyalások 90 napon belül nem zárhatók le sikeresen, akkor

• a hosszú távú szerződésben szereplő mennyiséget csökkenteni kell, ha a közüzemi nagykereskedővel kapcsolatban lévő kereskedő látja el a kilépett fogyasztót,

• a hosszú távú szerződésben szereplő mennyiséget változatlanul kell hagyni, ha szolgáltató kereskedője látja el a kilépett fogyasztót,

• az átállási veszteséget felezni kell, ha a kilépett fogyasztó kereskedője semleges.

Az elháríthatatlan veszteségek fedezésére pénzügyi alapot kell létrehozni. Ha ezek után is bizonyítható a közüzemi nagykereskedő, vagy –szolgáltató elháríthatatlan vesztesége, akkor a szabályozó hatóság a többlet behozatalt, vagy a feljogosított fogyasztó piacra lépését átmenetileg megtilthatja (Hatvani, 2003.).

Földgázpiaci szabályozás Magyarországon A Magyar köztársaság országgyűlése 2003. június 16-án fogadta el a 2003. évi

XLII. törvényt a földgázellátásról (továbbiakban GET). A törvény hatálya kiterjed: • a működési engedéllyel rendelkezőre (a továbbiakban: engedélyes),

illetőleg a meghatározott tevékenységek végzőjére, a földgázfogyasztóra, valamint az engedélyesek egymás közötti, és a fogyasztókkal fennálló jogviszonyára,

• a földgáz vezetéken történő szállítására, elosztására, tárolására, kereskedelmére, közüzemi nagykereskedelmére, közüzemi szolgáltatására, a rendszerirányításra és a földgáz felhasználására,

• a szállítóvezetékhez, az elosztóvezetékhez, a földgáztárolókhoz való hozzáférésre,

• a csatlakozóvezeték, fogyasztói berendezés tervezésére, létesítésére, üzemeltetésére, megszüntetésére,

• a szállító-, az elosztóvezeték és a tároló tulajdonosaira, • a cseppfolyós propán-, butángázok és ezek elegyeinek vezetéken történő

szolgáltatására, tartályban vagy palackban történő forgalmazására és hatósági felügyeletére,

• meghatározott kérdésekben a földgáztermelőre, • 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.


29

A törvény szerint engedélyköteles tevékenységek a következők: • földgázszállítás, • földgáztárolás, • földgázelosztás, • földgáz-kereskedelem, • közüzemi nagykereskedelem, • közüzemi szolgáltatás, • szervezett földgázpiac létrehozása és működtetése, • rendszerirányítás, • határon keresztüli földgázszállító-vezetékhez való hozzáférés, • propán-, butángázok és ezek elegyeinek vezetéken történő elosztása és

szolgáltatása. A szállítói engedélyes rendszerirányítási engedélyen kívül e törvényben

szabályozott más működési engedéllyel nem rendelkezhet. A rendszerirányító a rendszeregyensúly biztosításához szükséges földgázmennyiség mértékéig határon keresztüli földgázszállító-vezetékhez való hozzáférési engedéllyel rendelkezhet. Az elosztói engedélyes 2007. július 1-jét követően más e törvényben szabályozott működési engedéllyel nem rendelkezhet. A szervezett földgázpiac létrehozását és működtetését végző engedélyes más működési engedéllyel nem rendelkezhet.

A földgázellátás történhet: • a feljogosított fogyasztóval kötött szerződés, továbbá • közüzemi szerződés alapján. Az üzemviteli irányítási feladatokat ellátó engedélyesek közül rendszerirányító

feladatkörrel a Hivatal által kijelölt egy szállítói engedélyes rendelkezik, amely rendszerirányítói engedélyt kap. A rendszerirányító engedélyes tevékenységének ellátásához az engedélyesek kötelesek a rendszeregyensúly fenntartásához szükséges operatív jellegű adatokat folyamatosan szolgáltatni. Az adatszolgáltatási kötelezettséget az üzemi és kereskedelmi szabályzat tartalmazza.

A rendszerirányító engedélyes feladata: • a nemzetközi üzemviteli kapcsolatok irányítása és koordinálása, • a szállítóvezetékhez való átlátható és diszkriminációmentes hozzáférés

biztosítása, • a rendszerszintű szolgáltatások tervezése, biztosítása, igénybevételének

szabályozása és mennyiségi és pénzügyi elszámolása, különös tekintettel a rendszeregyensúly biztosításának eszközeire (többek között a napon belüli kereskedelem összehangolása, a megszakítható kapacitások, valamint tárolói készletek feletti rendelkezés az üzemi és kereskedelmi szabályzatban és a szerződésekben előírtak szerint),

• az együttműködő földgázrendszer biztonságos és hatékony működése érdekében az időszakos és kiegyenlítő fogyasztók ellátási menetrendjének megtervezése, valamint a szükséges fogyasztást korlátozó intézkedések elrendelése, az üzemi és kereskedelmi szabályzatban rögzített elvek szerint.

• az e törvényben meghatározott feladatok teljesítéséhez olyan technológiai távközlési és kommunikációs rendszert kell alkalmazni, amely biztosítja az együttműködő rendszer biztonságos üzemeltetését.

A közüzemi nagykereskedőt kizárólagos jog illeti meg, és ellátási kötelezettség terheli a közüzemi szolgáltatóval szemben a közüzemi fogyasztók ellátásához szükséges gázmennyiség mértékéig.


30

Az elosztónak és a közüzemi szolgáltatónak kizárólagos joga és ellátási kötelezettsége van az engedélyében meghatározott településeken a földgáz elosztására, illetve közüzemi szolgáltatására. A közüzemi szolgáltató köteles a közüzemi nagykereskedőtől megvásárolni földgázszükségletét.

Az energiapolitikai irányelvek teljesítése, az együttműködő földgázrendszer távlati fejlesztési feladatainak összehangolása, az együttműködő földgázrendszer biztonságos és hatékony működése érdekében a Hivatal rendszerfelügyeleti feladatokat lát el. Ennek érdekében különösen a következő feladatokat végzi:

• összegyűjti a szükséges információkat, a keresleti és kínálati oldalra vonatkozó előrejelzéseket; a miniszter tájékoztatására szükség szerint, de legalább kétévenként elkészíti a középtávú, rendszerszintű keresleti-kínálati mérleget;

• az együttműködő földgázrendszer folyamatos, biztonságos és megfelelő üzemeltetése érdekében a földgázszállítói, -tárolói és -elosztói engedélyesek által készített fejlesztési javaslatok figyelembevételével a legkisebb költség elvével összhangban az üzemi és kereskedelmi szabályzatban meghatározott szállító-, elosztóvezeték és föld alatti gáztároló fejlesztési irányelveinek elkészítése;

• hosszú távú fejlesztési irányelv készítése során a Hivatal köteles kikérni az engedélyesek és a fogyasztói társadalmi érdekképviseleti szervezetek véleményét;

• a szállítóvezeték, az elosztóvezeték és a gáztároló létesítésére a Hivatal pályázatot írhat ki és azt elbírálhatja, ha a fejlesztési irányelvben foglaltakat az engedélyesek nem hajtják végre.

A szállító- és az elosztóvezeték, valamint a földgáztároló tulajdonosa köteles azok működtetéséről, fenntartásáról és karbantartásáról gondoskodni. A szállítói, tárolói és elosztói engedélyes a földgázrendszer együttműködése és a rendszerhez való hozzáférés biztosítása érdekében köteles az általa üzemeltetett rendszert biztonságosan, hatékonyan és a környezetvédelmi követelmények figyelembe vételével üzemeltetni és a földgáz minőségének meghatározására vonatkozó mérések elvégzéséről gondoskodni. Az engedélyesek kötelesek a rendszer üzemeltetéséhez szükséges műszaki feltételeket biztosítani, a szükséges adatokat szolgáltatni más szállítói, tárolói és elosztói engedélyes, a rendszerirányító engedélyes és a Hivatal számára, az együttműködő földgázrendszer biztonságos és hatékony működése érdekében. A földgáz szagosítása a szállítói engedélyes, illetve célvezeték esetén az üzemeltető kötelezettsége.

A szállítói, az elosztói és a tárolói engedélyes köteles elvégezni a jogszabályban, az üzemi és kereskedelmi szabályzatban meghatározott méréseket az engedélyesek és a feljogosított fogyasztók közötti szerződések teljesítésének megfelelő alátámasztása érdekében, és a mérési adatokat az üzemi és kereskedelmi szabályzatban meghatározott módon összesíteni. Az engedélyes az ellátás biztonsága érdekében köteles más engedélyesnek, a rendszerirányító engedélyesnek, valamint a Hivatal számára az üzemi és kereskedelmi szabályzatban meghatározott adatot és információt szolgáltatni. Az engedélyes és a Hivatal a tudomására jutott, üzleti titoknak minősülő információkat köteles bizalmasan kezelni.

A feljogosított fogyasztó földgázellátás iránti igényének kielégítése érdekében a Hivatal előzetes hozzájárulásával célvezeték létesíthető. A Hivatal a célvezeték létesítéséhez akkor adhat előzetes hozzájárulást, ha a feljogosított fogyasztó igényének kielégítését a szállítói-, illetve az elosztói engedélyes visszautasította,


31

továbbá a célvezeték létesítése nem sérti az országos gázellátás rendszerszinten értékelt legkisebb költségének elvét.

Az együttműködő földgázrendszerhez való hozzáférés szabályai az alábbiak: • A szállítói engedélyes köteles a közüzemi nagykereskedő, a kereskedők,

saját felhasználásuk mértékéig a feljogosított fogyasztók, az általa termelt földgáz mértékéig a földgáztermelő és a rendszeregyensúly fenntartása érdekében szükséges mértékig a rendszerirányító részére az üzemeltetésében álló rendszer szabad kapacitását díj ellenében rendelkezésre bocsátani.

• A tárolói engedélyes köteles a közüzemi nagykereskedő és a rendszeregyensúly fenntartása érdekében szükséges mértékig a rendszerirányító részére az üzemeltetésében álló rendszer szabad kapacitását díj ellenében rendelkezésre bocsátani.

• A tárolói engedélyes az üzemeltetésében álló rendszernek az előző pontban foglalt kötelezettségei teljesítése után fennmaradó szabad kapacitását nyilvános, átlátható, hátrányos megkülönböztetéstől mentes kereskedelmi feltételek mellett köteles a kereskedők, valamint – saját felhasználásuk mértékéig – a feljogosított fogyasztók rendelkezésére bocsátani.

• Az elosztói engedélyes köteles a közüzemi szolgáltatók, a kereskedők, – saját felhasználásuk mértékéig – a feljogosított fogyasztók, az általa termelt földgáz mértékéig a földgáztermelő és a rendszer-egyensúly fenntartása érdekében szükséges mértékig a rendszerirányító részére az üzemeltetésében álló rendszer szabad kapacitását díj ellenében rendelkezésre bocsátani.

• A hálózathoz való hozzáférés feltételei nem tartalmazhatnak indokolatlan megkülönböztetést, nem adhatnak alapot visszaélésre, nem tartalmazhatnak indokolatlan korlátozásokat, valamint nem veszélyeztethetik az ellátás biztonságát és minőségét.

• Szabad kapacitást csak igazolt fogyasztói igény alapján lehet lekötni. • A szállítói, tárolói és elosztói engedélyes köteles az üzemeltetésében álló

rendszer szabad kapacitásáról a rendszerirányító engedélyes és a Hivatal részére adatot szolgáltatni.

• A szállítói, tárolói és elosztói engedélyes dönt az üzemeltetésében álló rendszerhez való hozzáférésről és a szerződésekben foglalt földgázmennyiség szállításáról, tárolásáról, elosztásáról.

• A szállítói, tárolói és elosztói engedélyes köteles döntéséről a kereskedőt, a közüzemi nagykereskedőt, a közüzemi szolgáltatót és a feljogosított fogyasztót az üzemi és kereskedelmi szabályzatban meghatározott módon és időpontig tájékoztatni. A kereskedő, a közüzemi nagykereskedő és a közüzemi szolgáltató a szerződés teljesíthetőségéről köteles a fogyasztót az üzemi és kereskedelmi szabályzatban meghatározott módon és időpontig tájékoztatni.

• A hozzáférés általános szabályait, a rendelkezésre álló szabad kapacitás közzétételének rendjét, valamint kapacitáshiány esetén az igény-kielégítés rendjét külön jogszabály határozza meg.

• A földgázrendszerhez való hozzáférés megtagadásánál az alábbiakat kell figyelembe venni:


32

• A háztartási fogyasztók és a külön jogszabályban meghatározott kommunális fogyasztók ellátását szolgáló földgáz tárolása, szállítása, elosztása élvez elsőbbséget.

• A háztartási és kommunális fogyasztókat követően a nem feljogosított közüzemi fogyasztók ellátását szolgáló földgáz tárolása, szállítása, elosztása élvez elsőbbséget.

A szállítói, az elosztói és a tárolói engedélyes az üzemeltetésében lévő rendszerhez való hozzáférést visszautasíthatja, ha

• az igény kielégítéséhez szükséges szabad kapacitás hiányzik, • a hozzáférés a háztartási és a kommunális fogyasztók földgázellátását

akadályozza, • az együttműködő földgázrendszer súlyos üzemzavara, válsághelyzete

következik be, • a rendszerbe betáplálni kívánt földgáz minősége az üzemi és kereskedelmi

szabályzatban foglalt követelményeknek nem felel meg. A tárolói, a szállítói engedélyes az üzemeltetésében lévő rendszer kapacitását

először a közüzemi nagykereskedőnek, illetve az elosztói engedélyes a közüzemi szolgáltatónak köteles felajánlani a közüzemi ellátásban részesülő fogyasztók ellátása céljából, és az ehhez szükséges szerződést megkötni. A háztartási és kommunális fogyasztók tárolási, szállítási és elosztási igényének kielégítése után rendelkezésre álló szabad kapacitásokat köteles a tárolói, a szállítói és az elosztói engedélyes a többi közüzemi fogyasztó ellátása érdekében a közüzemi nagykereskedőnek, illetőleg a közüzemi szolgáltatónak, az ezt követően még rendelkezésre álló szabad kapacitásokat a kereskedőknek és a feljogosított fogyasztóknak hozzáférhetővé tenni.

Amennyiben a Hivatal a határon keresztüli szállítóvezetékhez való hozzáférést megtiltotta, a földgázszállítói, az -elosztói és a -tárolói engedélyes a rendszerhez való hozzáférést a vonatkozó mennyiség tekintetében köteles visszautasítani. A hozzáférés visszautasítását indokolni kell. A Hivatal a rendszerhasználó kérelmére 8 napon belül megvizsgálja és elbírálja, hogy a visszautasítás feltételei fennálltak-e. Amennyiben a visszautasítás feltétele nem áll fenn, a Hivatal határozatában bírságot szabhat ki, és az engedélyest kötelezi a hozzáférés biztosítására. A Hivatal a határozatot azonnal végrehajthatóvá nyilváníthatja.

A GET hatálybalépését követően feljogosított fogyasztónak minősül minden földgáztüzelésű villamosenergia-termelő, valamint az egybefüggő telephelyen legalább 500 m3/h lekötéssel rendelkező fogyasztó. A feljogosított fogyasztó eldöntheti, hogy földgázigényét továbbra is a közüzemi szolgáltatás keretei között, vagy a közüzemi szerződés felmondásával a kereskedőtől, földgáztermelőtől való vásárlással, vagy földgázbehozatalból elégíti ki. A feljogosított fogyasztó közüzemi szerződését 2003. október 31-ig a törvény hatálybalépésének időpontjára felmondhatja. Amennyiben nem élt ezzel a jogával, a közüzemi szerződését tárgyév március 31-ig mondhatja fel, a tárgyév október 1-i hatállyal. Ha a feljogosított fogyasztó a közüzemi szerződését nem mondja fel, akkor továbbra is a közüzemi szolgáltatás keretében vételezhet földgázt.

A földgáz határon keresztüli szállítását a határon keresztüli földgázszállító vezetékhez való hozzáférési engedély alapján:

• a földgázkereskedő, • a közüzemi nagykereskedő, • a feljogosított fogyasztó saját felhasználásának mértékéig,

A hazai gázszállító rendszer fejlődése

33

• a földgáztermelő az általa Magyarországon termelt gáz kivitele érdekében annak mértékéig,

• a rendszerirányító a rendszeregyensúly megtartásának biztosításához szükséges földgázbehozatal mértékéig

végezheti. A határt keresztező vezetékhez való hozzáférésre az engedélyt a Hivatal adja

ki. A Hivatal a határkeresztező szállítóvezetékhez való hozzáférést megtilthatja, ha • az együttműködő földgázrendszer működését veszélyezteti, • a behozni kívánt földgáz az üzemi szabályzatban foglalt minőségi

követelményeknek nem felel meg, • a behozott földgáz szállításához szükséges szabad kapacitás hiányzik, • eseti jelleggel, meghatározott időtartamra az e törvény kihirdetése előtt

megkötött, vagy módosított hosszú távú földgázvásárlási szerződés mindenkori jogosultja, illetve kötelezettje kezdeményezi, és külön jogszabályban előírt módon bizonyítja, hogy a földgáz-behozatal számára elháríthatatlan gazdasági és pénzügyi nehézséget okozna,

• a földgáz behozatala olyan országból történik, amelyben a magyar jogszabályok szerint feljogosított fogyasztó nem minősül feljogosított fogyasztónak. Amennyiben a földgázszállító tagállam kéri, az Európai Bizottság elrendelheti a szállítás végrehajtását.

Az integrált földgázipari vállalkozás köteles eszközeit és forrásait, bevételeit és ráfordításait az egyes földgázipari tevékenységenként, illetve azokat a nem földgázipari tevékenységeitől belső számvitelében elkülöníteni, valamint azt az éves beszámoló kiegészítő mellékletében, földgázipari tevékenységenként készített mérlegben és eredmény-kimutatásban oly módon bemutatni, mintha az egyes tevékenységeket önálló gazdálkodó szervezetek végeznék. A beszámolási és könyvvezetési kötelezettségre, a beszámoló összeállítására, a könyvek vezetésére, valamint a nyilvánosságra hozatalra és közzétételre vonatkozó szabályokat a számvitelről szóló törvény állapítja meg. Az engedélyeseknek éves jelentést kell kiadni és nyilvánosságra kell hozni azt.

1.3 A hazai gázszállító rendszer fejlődése

A fejlődés korszakai A földgázszállítás fejlődését vizsgálva napjainkig, jellegzetes korszakokat lehet megkülönböztetni (Tihanyi et al., 1987):

1960-ig a helyi jellegű földgázfelhasználás korszaka, 1960-1970-ig a céltávvezetékek korszaka, 1970-1980-ig a gázszállító rendszer kialakulása, 1980-1990-ig a gázgazdálkodás korszaka, 1990-2003-ig a piacgazdaságra való áttérés korszaka, 2004-től a liberalizált földgázpiac kialakulása. Hangsúlyozni kell, hogy egy folyamatos fejlődésnél erőltetett dolognak tűnhet

éles határvonalakat húzni. A gondolatmenet szempontjából azonban nincs különösebb jelentősége, hogy 1-2 éves intervallumban a határvonalak hol vannak, milyen eseményekhez kötődnek. A lényeg az, hogy az egyes korszakok eltérő jellegűek, karakteresen különböznek egymástól.


34

0

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

14 000

16 000

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

Évek

Föld

gázf

orrá

sok

[mill

ió m

3 /a]

Hazai termelés Import 1.3-1 ábra A földgázforrások időbeni változása

(Forrás: A magyar gázipar 1970-1997, MOL Rt. éves jelentései)

Az 50-es években a távvezetékes földgázszállítás nagysága nem volt számottevő. Bár 1949-ben megindult a Bázakerettye-Csepel távvezetéken a kőolaj/földgáz dugós szállítása, az íly módon szállított éves mennyiség 1958-ban is csak 26 millió m3/a nagyságú volt. Áttörést, és egyben egy új korszak kezdetét 1959-ben a román földgázimport szállításának megindulása jelentette. A 200 millió m3/a-es földgázimport nagyságrendi ugrást eredményezett a korábbi időszakhoz képest. A vizsgált időszakban a távvezetéki földgázszállítás időbeni növekedése az 1.3-1 ábrán, a gáztávvezetékek összhosszának a növekedése pedig az 1.3-2 ábrán látható.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Távv

ezet

ékek

öss

zhos

sza

[km

]

1.3-2 ábra A gáztávvezetékek összhossza

A 60-as években a hajdúszoboszlói, a kardoskúti, a szanki és az algyői gázmezők termelésbe állítása a földgázfelhasználás dinamikus növekedését tette lehetővé. A mennyiségi növekedésre jellemző, hogy az éves földgázforgalom 1960 és 1970 között 3,05 milliárd m3/a-vel, a gáztávvezetékek összhossza pedig 1368 km-el


35

nőtt. A növekedés a gázforgalomnál közel 15-szörös, a távvezetéki hosszaknál pedig 8-szoros volt.

Ebben a korszakban épültek távvezetékek Hajdúszoboszló-Kistokaj-Center nyomvonalon a borsodi iparvidék, Hajdúszoboszló-Szolnok-Vecsés nyomvonalon a főváros, és Kardoskút-Városföld-Adony nyomvonalon a dunántúli ipari fogyasztók gázellátása céljából. A Hajdúszoboszló-Vecsés távvezeték volt az első, amelyet telemechanikai rendszerrel láttak el. Átépítették, és gázszállításra alkalmassá tették a Bázakerettye-Csepel kőolajszállító távvezetéket, majd összekapcsolták a Kardoskút-Adony távvezetékkel. Budapest körül kiépítették a (I) körvezetéket, majd az évtized végén átadták a Városföld-Vecsés távvezetéket. Ez DN 600 névleges átmérőjével a legnagyobb kapacitású hazai csőtávvezeték volt abban az időben. A korszakra jellemző, hogy a gázvezetékek egymástól függetlenül, céltávvezetékként üzemeltek.

A 70-es években a mennyiségi növekedésre jellemző volt, hogy 1970 és 1980 között az éves gázforgalom 6,3 Mrd m3/a-vel, a gáztávvezetékek összhossza pedig 1297 km-el nőtt. A növekedés a gázforgalomnál 2,9-szeres, a távvezetéki hosszaknál 1,8-szoros volt. Ebben az időszakban épült meg a Vecsés-Zsámbok DN 700 és az Algyő-Városföld DN 600 névleges átmérőjű távvezeték. A Zsámbok-Kisterenye vezeték üzembehelyezésével az észak-magyarországi távvezeték keleti része összekapcsolódott a budapesti körvezetékkel. A dél-alföldi földgáztermelés felfutásával párhuzamosan megépült a Városföld-Adony DN 600 párhuzamos és az Adony-Mezőszentgyörgy-Papkeszi DN 600 távvezeték. Ez utóbbi vezetékek tették lehetővé a nyugati országrész nagyobb településeinek, Zalaegerszegnek, Szombathelynek, Pápának és Győrnek a bekapcsolását a földgázellátásba. Az évtized végére helyezték üzembe a Mezőszentgyörgy-Lengyeltóti-Nagykanizsa távvezetéket, amely a Balaton déli részén húzódó első gáztávvezetéket váltotta ki. Kiemelkedő jelentőségű volt 1975-ben a szovjet földgázimport megindulása és ennek céljára a DN 800 névleges átmérőjű Testvériség gázvezeték üzembe állítása.

A mennyiségi változások több területen minőségi változásokat eredményeztek. Egyik minőségi változás a céltávvezetékekből az együttműködő gázszállító rendszer kialakulása volt. A nagyarányú távvezeték-építések során egyre több ponton kapcsolták össze a korábbi céltávvezetékeket és így fokozatosan kialakult az együttműködő szállítórendszer. A másik minőségi változás a távvezetéki kompresszor állomások üzembe helyezése volt. Elsőként Városföldön, majd Beregdarócon és végül Nemesbikken (Tiszaújváros) nyílt lehetőség nyomásfokozással beavatkozni a távvezetékek üzemviszonyaiba. További minőségi változásnak tekinthető a jogi szabályozás új formája. 1969-ben jelent meg az első magyar Gáztörvény, amely végrehajtási utasításaival egységes keretbe foglalta a földgázfelhasználás jogi és biztonságtechnikai kérdéseit. Ez nagymértékben hozzájárult a földgázipar egységes hazai technológiai bázisának kialakulásához. A Földgázfelhasználás Központi Fejlesztési Programja is kiemelkedően hatott a gázipar fejlődésére, elsősorban a fogyasztás szerkezetére és növekedési ütemére.

A 80-as évtizedet a gázgazdálkodás korszakának lehet tekinteni. Természetesen ez nem azt jelenti, hogy gázgazdálkodásra csak 1980-tól volt szükség, mivel ez a tevékenység elválaszthatatlan a távvezetéki földgázszállítástól. Ebben az időszakban azonban egyre nagyobb súlyt kapott a gázgazdálkodási tevékenység az üzemeltetési feladatokon belül. 1975-ben a szovjet földgázimport 1 Mrd m3/a mennyiséggel indult, amely 1979-ben az orenburgi gázszállítási szerződés megkötésével további 2,8 Mrd m3/a mennyiséggel bővült. A jelentős nagyságú import földgáz azonban az év során egyenletesen, esetenként kismértékű antiszezonalitással érkezett az országba. Ez a földgázforrás tehát "merev" volt, nem alkalmazkodott a


36

nagy téli, és a kis nyári gázigényekhez. A probléma megoldását föld alatti gáztárolók létesítése jelentette. 1978-80 között alakították ki és helyezték üzembe a pusztaedericsi, a hajdúszoboszlói és a kardoskúti föld alatti tárolókat. Segítségükkel lehetővé vált a szezonális fogyasztásingadozás kiegyenlítése. Ezzel párhuzamosan előtérbe került a tárolás-tervezés, mint a gázgazdálkodási tevékenység egyik alapvető (tervezési-felkészülési) része.

A hazai célú földgázszállítási feladattal egyidejűleg 1978 óta orosz-jugoszláv tranzitszállítási feladatot is teljesíteni kell. Az első időszakban un. lecseréléses rendszernél az orosz gázt a hazai fogyasztók használták fel és algyői földgázt adtak át a jugoszláv félnek. A szükséges távvezetéképítés után, 1983-ban vált alkalmassá a hazai gázszállító rendszer, hogy Szeged közelében, Horgosnál orosz földgázt adjanak át a jugoszláv félnek. A tranzit földgáz az ukrán-magyar országhatártól Vecsésig a hazai célú importföldgázzal együtt, ettől a ponttól viszont elkülönítetten áramlott Horgosig. A tranzit vezeték és a hazai gázszállító rendszer ilyen jellegű együttműködése a szállítási feltételrendszert tovább bonyolította. Halaszthatatlanná vált az irányítás korszerűsítése. 1984-ben üzembe helyezték az országos telemechanikai rendszert, (OTR) amely lehetővé tette az egyre bonyolultabb gázszállító rendszer irányítását az egyre komplexebb feltételrendszer mellett is.

A gázgazdálkodási tevékenység az operatív irányításon belül is fokozott szerepet kapott. Mind a távvezetéki kompresszorállomások, mind pedig a föld alatti gáztárolók üzemeltetése nagyon energiaigényes, ezért módszeresen törekedni kellett a minimális energiafelhasználásra. A korábbi, tapasztalati alapokon nyugvó diszpécser irányítási módszert fokozatosan felváltotta a rövidtávú fogyasztásprognózisra és számítógépes hálózatszimulációra épülő módszer. Az irányító diszpécser a tervezett beavatkozások hatását számítógépes szimulációval vizsgálhatta és megkereshette az irányítási kritériumok szempontjából legkedvezőbb megoldást.

A magyar gazdaságban a 90-es években a piacgazdaságra történő átállás mélyreható változásokat eredményezett. Ennek a folyamatnak volt része a gázszolgáltató társaságok és a MOL Rt. privatizációja. A privatizáció után a vezetékes földgázellátó rendszer, amely termelő, tároló, szállító és elosztó létesítményekből áll, különböző társaságok tulajdonába került. A rendszert azonban továbbra is integráltan kellett üzemeltetni, ami új típusú együttműködést igényelt a társaságoktól.

Az 1994-es Gáztörvény kimondta, hogy a gázszolgáltatás közüzemi szolgáltatás, ennek megfelelően a gázszolgáltató társaságok kötelesek a fogyasztók folyamatos és biztonságos gázellátására. Ugyanakkor a törvény rögzítette azt is, hogy a központi árszabályozásnak ösztönözni kell a legkisebb költségű gázellátásra, a termelő, tároló és szállító kapacitások, valamint a beszerzési források hatékony igénybevételére. A törvény a gázértékesítő kötelezettségévé tette, hogy gázszolgáltatók részére mindenkor biztosítsa a fogyasztói igényeknek megfelelő gázmennyiséget. Ennek megfelelően a gázértékesítőnek kellett a forrás-fogyasztási oldal szezonális és csúcsidei egyensúlyát biztosítani. Ugyancsak a gázértékesítőnek kellett az integrált csővezetékes földgázellátó rendszer hidraulikai egyensúlyát biztosítani.

A központilag szabályozott gázár a 90-es évek elején túlfűtött keresletet gerjesztett, aminek eredményeképpen a vezetékes földgázzal ellátott háztartások aránya meghaladta az európai átlagot. A gázárak nem voltak értékarányosak, és keresztfinanszírozás érvényesült. A piaci viszonyok térhódításával a gázár nemcsak a végfelhasználók részére szolgáltatott energia elszámolásának az eszköze lett, hanem a rendszeren belül a termelési, tárolási, szállítási és elosztási tevékenységek fedezésére szolgáló árrést is hivatott szabályozni. A földgáz a betáplálási ponttól a


37

végfelhasználókig mindig annak a társaságnak a tulajdonában van, amelyiknek a rendszerében éppen található, így a társaságok közötti elszámolási ár egyben a költség- és nyereségmegosztás eszköze is.

A gázár hatása a partnerek együttműködésére nagyon összetett, mivel az egyes kapcsolódási felületeken nemcsak az elfogyasztott mennyiség egységára van rögzítve, hanem a szerződésben lekötött teljesítmény is. A végfelhasználóknál fogyasztói kategóriák vannak definiálva (háztartási, álltalános célú, nagyüzemi) más-más tarifával. Az árváltozásokban fokozatosan érvényesítik, hogy az egyenletesebben vételező fogyasztók olcsóbban, a szezonálisan ingadozó gázigényű fogyasztók pedig drágábban kapják a földgázt, mivel a jelentős szezonális ingadozás rontja a gázszállító- és elosztó rendszer kapacitásának a kihasználtságát és növeli a tárolási igényt.

A fogyasztói oldal jellegzetessége Az 1.3-3 ábrán látható, hogy az országos földgázfelhasználás a 80-as évtized első felében stagnált, azt követően viszont egy dinamikus növekedés figyelhető meg. A 90-es évek elején a nagy gazdasági átalakulás hatására átmeneti csökkenés következett be, majd egy növekedési szakaszt követően a 90-es évek második felében a gázfelhasználás növekedése jelentősen lelassult. Hangsúlyozni kell, hogy a vizsgált időszakban a nagy fogyasztói csoportoknál eltérő jellegű változások mentek végbe, aminek eredményeként a gázfelhasználás strukturálisan is változott.

0

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

14 000

16 000

1980 1985 1990 1995 2000

Évek

Éves

föld

gázf

elha

szná

lás

[mill

ió m

3 ]

Gázszolgáltatók Erőművek Ipari és egyéb Szabad piac 1.3-3 ábra A nagy fogyasztói csoportok gázfogyasztása (Forrás: A magyar gázipar 1970-1997, MOL Rt. éves jelentései)

A gázszolgáltatói földgázértékesítés dinamikus növekedésének a hátterében egy infrastrukturális fejlesztési koncepció állt. A 90-es évek elején erős nyomás nehezedett az önkormányzatok részéről a kormányra a kistelepülések vezetékes gázellátása érdekében. Ennek eredményeként az ország különböző részein nagyszámú település bekötése valósult meg. Hangsúlyozni kell, hogy a földgázzal ellátott háztartások számának a növekedése a fűtési célú gázigények növekedését eredményezte, amely kedvezőtlen hatással volt az éves gázfelhasználás szezonális ingadozására.


38

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1980 1985 1990 1995 2000

Évek

Gázszolgáltatók Erőművek Ipari és egyéb Szabad piac 1.3-4 ábra A nagy fogyasztói csoportok gázfogyasztási arányai

(Forrás: A magyar gázipar 1970-1997, MOL Rt. éves jelentései)

A távvezetékről ellátott ipari nagyfogyasztók részarányának csökkenése a gazdasági átalakulásból következett. Fokozatosan visszaszorultak az energiaigényes iparágak, és a kis energiaigényű iparágak kerültek előtérbe.

Összetettebb a kép a villamos hőerőművek területén, mivel a 90-es években a villamosenergia termelés gyorsuló ütemben állt át földgázbázisra. Ezzel párhuzamosan a finomítói technológiai fejlesztések hatására megvalósult a kőolaj teljeskörű feldolgozása, azaz gyakorlatilag megszűnt az erőművekben felhasználható tüzelőolaj termelése. Így a korábbi alternatív szénhidrogén bázisú villamos erőművek földgáztüzelésű erőművekké váltak.

0200400600800

1000120014001600180020002200

1995

. Jan Jú

n

Nov Áp

r

Szep

t

Febr Jú

l

Dec Máj

Oct

Mar

c

Aug

2000

. Jan Jú

n

Nov Áp

r

Szep

t

Febr Jú

l

Dec Máj

Hónapok

Hav

i gáz

fogy

aszt

ás [1

06 m3 /h

ó]

Ipar Vegyipar Erőművek Gázszolgáltatók Tárolókba 1.3-5 ábra A gázigények szezonális ingadozása

(Forrás. MOL)

A gázigények szezonális ingadozása az 1.3-5 ábrán látható. Minden fogyasztói csoportnál megfigyelhető, hogy a téli hónapokban nagyobb, a nyári hónapokban


39

viszont kisebb a gázigény. A gázszolgáltató társaságoknál különösen nagy a szezonális ingadozás. A havi gázfelhasználás nagysága az időjárási viszonyoktól függ, az enyhébb téli hónapokban kisebb, a hidegebb hónapokban nagyobb értékek adódnak. Az ábrán az is látható, hogy az ingadozás kiegyenlítésére szolgáló föld alatti gáztárolókba a nyári hónapokban jelentős mennyiségű földgázt sajtolnak be.

Forrásoldal A forrásoldalon az előzőekkel ellentétes tendenciák érvényesültek. 1975 óta folyamatosan nőtt a szovjet import földgáz részaránya, amely azonban közel egyenletesen érkezett az országba, nem követte a gázfogyasztás szezonális ingadozását. Az import növekedésével párhuzamosan a 80-as években a jelentősebb hazai gázmezőknél a rétegnyomás olyan értékre csökkent, hogy a gázelőkészítés során energiaigényes technológiákat kellett alkalmazni. Ez utóbbiaknál azonban a megfelelő hatékonyságot csak közel egyenletes termelési ütemmel lehetett biztosítani. A gazdaságossági követelmények miatt a hazai földgázforrások jelentős része is “merevedett”, egyre kevésbé alkalmazkodott a gázigények változásához.

A forrásoldal további jellegzetessége az “egyoldalúság” volt. A hazai földgázforrások döntő részét az ország keleti, dél-keleti részén tárták fel. A föld alatti gáztárolók kialakítása sem változtatott lényegesen ezen az egyoldalúságon, mivel a két legjelentősebb tároló is az ország keleti részén - Hajdúszoboszlón és Kardoskúton - létesült. Az egyoldalúság hátrányos következménye a jelentős gázszállítási távolságok voltak.

Nem hagyható figyelmen kívül, hogy az orosz földgázimport növekedésével, és a hajdúszoboszlói föld alatti tároló fejlesztésével a földgázforrások jelentős koncetrálódása ment végbe. Már a 80-as évek második felében - téli időszakban - a beregdaróci import-forrás, illetve a hajdúszoboszlói tároló kiadási kapacitása külön-külön is nagyobb volt, mint az összes többi hazai forrás együttes kapacitása. A zavartalan ellátás érdekében ezeken a pontokon és a kapcsolódó távvezetékeknél az átlagosnál nagyobb üzembiztonságra volt szükség.

Az 1.3-1 ábrán látható volt, hogy a 80-as évek végén - a gázforgalom visszaesése ellenére - az import meghaladta a hazai termelést. A hazai termelés lassú csökkenése, és az import növekedése, azaz a növekvő importfüggőség a 90-es években jellemző tendenciává vált. Új import lehetőségek technikai feltételét termetette meg az 1996-ban üzembe állított Baumgarten-Győr DN 700-as HAG gáztávvezeték, amely lehetővé tette az import diverzifikálását.

A gázszállító rendszer 2000. végén a hazai gázszállító rendszer távvezetékeinek az összhossza 5225 km, a gázátadó állomások száma 374 volt (Zsuga, 2002.). A hazai termelésű földgáz 12, az import gáz pedig 2 állomáson lépett be a rendszerbe. A szállításhoz szükséges nyomásfokozást öt kompresszorállomás szolgálta. A gázminőség mérését a szállítórendszer kijelölt csomópontjaiba telepített 41 folyamatosan mérő kromatográf látta el 7-15 perces mintavételezési gyakorisággal.

Az 1.3-6 ábrán látható a távvezetékek átmérő szerinti megoszlása. A fővezetékekre a DN 600 … DN 800 tartomány a jellemző. A regionális szállítási feladatokat ellátó távvezetékek a DN 200 … DN 400 átmérő tartományba esnek.

Az 1.3-7 ábrán látható a gáztávvezetékek életkor szerinti megoszlása. Ennek alapján megállapítható, hogy 2000-ben a gáztávvezetékek 51 %-a fiatalabb, 49 %-a viszont idősebb volt 20 évesnél.


40

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

50 80 100

125

150

200

250

300

350

400

500

600

700

800

1400

Névleges átmérő

Veze

tékh

ossz

[km

]

1.3-6 ábra A gáztávvezetékek átmérő szerinti megoszlása

A gázszállító rendszer kapcsolódási vázlata az 1.3-8 ábrán látható. Az elmúlt évtizedekben a források és fogyasztások területi megoszlása folyamatosan változott, alapvetően ez határozta meg a szállító rendszer fejlesztését és üzemeltetési stratégiáját. A fejlődés során három ellátási körzet alakult ki.

1%21%27%29%22%0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0-10 11-20 21-30 31-40 40<

Életkor [év]

Veze

tékh

ossz

[km

]

1.3-7 ábra A gáztávvezetékek életkor szerinti megoszlása

A 70-es évek közepéig az ország egész területe hazai termelésű földgázzal volt ellátva. Két nagy forráspont alakult ki: Hajdúszoboszlón és Algyőn. Hajdúszoboszlóról látták el a közép-alföldi és az észak-magyarországi területet. Az algyői és más dél-alföldi mezők gázát a városföldi távvezetéki csomópontban gyűjtötték össze, innen szállították tovább a budapesti és a dunántúli fogyasztási helyekre. Az egyre több ponton összekapcsolt, és együttműködő távvezetékek nem jelentettek szükségképpen olyan üzemmódot, hogy minden csomópontban minden vezeték egymással össze volt kötve. Már ebben az időben is különböző csomóponti üzemmódokkal kellett biztosítani a szükséges mennyiségek megfelelő irányú áramlását.


41

1.3-8 ábra A magyar gázszállító rendszer strukturális jellegzetessége


42

Az orosz import földgáz szállításának megindulása után az észak-magyarországi és a budapesti fogyasztói körzet - beleértve a DHE-t is - fokozatosan az import földgáz ellátási területévé vált. A hazai és az import ellátási terület között több távvezetéki összeköttetés is létezett, például a Városföld-Vecsés és az Adony-DHE összeköttetés, amelyeken az igényektől függően szabályozott mennyiségeket kellett szállítani. A hazai termelésű, és az import földgáz részarányának változásával az ellátási területek határai időben folyamatosan változtak.

Az orosz import földgázt szállító távvezetéki részrendszer betáplálási pontja a beregdaróci átvételi ponton van. A 90-es években ez a részrendszer magába foglalta a Beregdróc-Tiszaújváros-Zsámbok-Vecsés nyomvonalú "Testvériség", valamint a Beregdaróc-Hajdúszoboszló-Városföld nyomvonalú "Összefogás" DN 800-as névleges átmérőjű távvezetékeket, továbbá a beregdaróci és a nemesbikki kompresszorállomásokat, illetve a hajdúszoboszlói föld alatti tárolót. A nyomások a beregdaróci betáplálási ponttól a Duna vonala felé haladva fokozatosan csökkentek. Budapest térségébe esett ennek a körzetnek a forrásoktól legtávolabb eső része, ezért itt alakultak ki a legkisebb nyomások.

A 90-es évek közepén a HAG vezeték üzembe állításával kialakult egy harmadik ellátási terület, amely a Dunántúl egy részét fedi le, de érinti a budapesti fogyasztói körzetet is. A HAG vezeték üzembeállításával hidraulikailag kiegyensúlyozottabbá vált a hazai gázszállító rendszer.

Az előző strukturális jellegzetesség miatt a hazai és az import földgázzal ellátott területeken nem azonos nyomásszintek alakultak ki, ezért a kapcsolódási pontokban szabályozni kellett az áramlást, azaz korlátozni kellett a részrendszerek együttműködését.

A 90-es évek közepéig - a forrásoldalhoz hasonlóan - a szállítórendszerre is az “egyoldalúság” volt jellemző. Az ország keleti felében a legnagyobb kapacitású forráspontokhoz nagy átmérőjű szállítóvezetékek kapcsolódtak, és itt üzemeltek a nyomásfokozó kompresszorállomások is. Az orosz-jugoszláv tranzitszállító kapacitás is a beregdaróci és a horgosi állomások között épült ki. Egy gázszállító rendszer általános jellegzetessége, hogy a forráspontoktól távolodva – a fogyasztás miatt – egyre kisebb mennyiségeket, és általában egyre több irányba kell szállítani. Az előzőek miatt a forráspontoktól távolodva egyre kisebb átmérőjű távvezetékekre van szükség. A Dunántúlon például hosszú ideig az Adony-Mezőszentgyörgy-Papkeszi DN 600-as névleges átmérőjű távvezeték volt a legnagyobb szállítókapacitású létesítmény, a többi távvezeték DN 400, vagy annál is kisebb átmérőjű volt. A kis átmérőjű vezetékek és a nagy szállítási távolságok a Dunántúl jelentős fogyasztású településeinél pl. Nagykanizsánál, Zalaegerszegnél, Szombathelynél, Győrnél, a fejlődés egyes szakasziban korlátozták a földgázfogyasztás növekedését.

A távvezetéki fejlesztések mellett bővíteni kellett a szezonális tárolókapacitást is. 1993-ban helyezték üzembe a Maros-I. föld alatti tárolót, majd ezt követte 1996-ban a nagy mobil készletű zsanai föld alatti tároló létesítése. Ez utóbbi, kedvező földrajzi elhelyezkedése révén lehetőséget teremtett a Városföldtől kiépített nagy szállítókapacitások jó kihasználására. A zsanai tárolóhoz kapcsolódva épült meg a Városföld-Szank és a Szank-Zsana DN 700 névleges átmérőjű távvezeték is.

Az 1996 őszén üzembe helyezték a DN 700 névleges átmérőjű HAG vezetéket, amely a hazai gázszállító rendszert fizikailag is összekapcsolta a nyugat-európai rendszerrel (Pallaghy, 1996.). A távvezeték ausztriai szakasza 48 km, magyarországi szakasza pedig 71 km. Névleges üzemnyomása 75 bar, tervezett szállítókapacitása 4,5 Mrd m3/a. Az új távvezeték orosz, és nyugat-európai gáztársaságoktól vásárolt földgáz beszállítására egyaránt lehetőséget biztosított. A


43

HAG vezeték belépése, és a nyugati import lehetősége kedvező irányba befolyásolta a gázszállító rendszer üzemviszonyait, mivel kétoldali betáplálásúvá tette az országot, és ezáltal csökkentette a szállítási távolságokat. Elsősorban a Dunántúlon nagyobb nyomásokat eredményezett, így megszűnt ennek a területnek az évtizedes hátrányos helyzete, ami a forráspontoktól való nagy távolságából adódott.

Az elmúlt évek fővezetéki és regionális fejlesztései részben a lokális kapacitáskorlátokat oldották, részben a gázszállító rendszer globális kapacitását bővítették. 1998-ban üzembe helyezték a Mosonszentmiklós-Kapuvár-Répcelak, majd 1999-ben a Hajdúszoboszló-Endrőd új párhuzamos távvezetéket. A gázszállító rendszer flexibilitását és szállítókapacitását növelte a 2001-ben üzembe helyezett mosonmagyaróvári kompresszorállomás (3 gépegység/4,4 MW teljesítmény), majd 2002-ben a hajdúszoboszlói kompresszorállomás (3 gépegység/3,7 MW teljesítmény).

Az elmúlt évtizedekben végrehajtott távvezetéki fejlesztések több általánosítható tapasztalattal gazdagították a hazai mérnökök ismereteit. Elsőként az orosz import földgázhoz kapcsolódó fővezetéki fejlesztéseket tanulságos részletesebben is elemezni. Ezek a fejlesztések kettős célt szolgáltak: egyidejűleg tették lehetővé a növekvő import mennyiségnek és a növekvő nagyságú tárolt gázmennyiségnek a szállítását. A “Testvériség” távvezeték esetén első lépésben megépítették a Beregdaróc-Zsámbok közötti szakaszt olyan nyomvonalon, amely nem tér el lényegesen a Beregdaróc-Budapest tengelyvonaltól. A fejlesztés második lépéseként a távvezetéket a nemesbikki kompresszor állomás létesítésével intenzifikálták. Ennek eredményeként 7 Mrd m3/a-es a névleges szállítókapacitású fővezeték alakult ki. A Beregdaróc-Hajdúszoboszló-Városföld “Összefogás” távvezeték már hármas célt szolgált, és kompromisszumos megoldást jelentett. Egyrészt lehetővé tette a hazai célú többlet importnak, továbbá a 80-as évek első felében gyorsan növekvő jugoszláv tranzitszállításnak a realizálását, másrészt a legnagyobb kapacitású hajdúszoboszlói föld alatti tárolóhoz kapcsolódot, lehetővé téve annak közvetlen töltését és kitárolását. A távvezeték és a föld alatti tároló együttműködése azonban hátrányokkal is járt, mivel a tároló az év egyik felében nyelőként, a másik felében pedig forrásként üzemelt. A besajtolás időszakában előnyös, hogy az import földgáz az országhatártól közvetlenül a tárolóhoz áramlik. A tárolóba azonban a Beregdaróc-Hajdúszoboszló távvezetéken szállított földgáz jelentős részét besajtolják, így a távvezeték Hajdúszoboszló-Városföld szakasza ennyivel kevesebbet szállít. A kisütés időszakában fordított helyzet alakul ki. A nagymennyiségű tárolt gázt Városföld irányába kell elszállítani, és ehhez nagy hajdúszoboszlói indítónyomás szükséges, ami viszont megakadályozza a Beregdaróc-Hajdúszoboszló távvezetéki szakasz kapacitásának megfelelő kihasználását. A tároló miatt tehát ciklikusan változik a távvezeték egyik, illetve másik szakaszának a terhelése, ami megakadályozza a névleges szállítókapacitás kihasználását.

A fővezetéki fejlesztések megváltoztatták a korábbi fő áramlási irányokat, és ezáltal megváltozott a szállítókapacitások területi megoszlása is. Példaként említhető, hogy az “Összefogás” távvezeték üzembe helyezése óta a Városföld-Vecsés DN 600-as és a DN 700-as párhuzamos vezetékek kapacitása nincs kihasználva. Vecsés és Városföld ugyanis egy-egy nagy kapacitású távvezeték végpontja, ahol a nyomások viszonylag alacsonyak és közel azonosak. Jelentős áramlás a gázigények kiegyensúlyozott területi megoszlása miatt sem alakul ki. A Testvériség vezeték a borsodi és a budapesti fogyasztói körzetet, valamint a THE-t és a DHE-t, az “Összefogás” távvezeték pedig a tranzitszállítási igényeket elégíti ki, illetve felfűzi a hajduszoboszlói és a zsanai föld alatti gáztárolót. A Vecsés-Városföld párhuzamos


44

vezetékek csak kiegyenlítő szerepet játszanak, és az áramlási irány a terhelési viszonyoktól függően változik a két nagy végponti csomópont között.

A 80-as évek második felében a legkritikusabb fejlesztési feladatnak a dunántúli szállítókapacitás bővítése látszott. Figyelembe véve a domborzati adottságokat, három lehetséges alternatív megoldással számoltak. A “déli” változatnál a Városföld-Szank-Pécs-Nagykanizsa szállítási útvonal fejlesztése merült fel. A “középső” változat a meglévő Városföld-Adony-Ajka-Jánosháza távvezetékek kapacitás-bővítésével számolt. Végül az “északi” változatot valósították meg a Pilisvörösvár-Győr DN 600 névleges átmérőjű távvezeték megépítésével. Ez a változat növelte a dunántúli betáplálások számát és a hurkolással üzemzavar esetén körszállításra is lehetőséget adott. Később ehhez a távvezetékhez kapcsolódhatott a HAG vezeték.


45

Irodalom Beyer, R.M.-Fasold,H.G. (1994): The European Gas Transportation Network The Institution of Gas Engineers, Communication1588 Bierma, R.: Assessing Possible Changes to the European Gas Market Flame Conference, March, 2000 Cornot-Gandolphe,S: Underground Gas Storage in the World IEA Natural Gas Technologies, Kyoto, 31st Oct.-3rd Nov., 1993 Európa Parlament és Tanács 98/30 sz. "Egységes szabályozás a belső földgázpiac számára" c. irányelve, 1998. február 12. Evaluation of Pipeline Design Factors (2000) GRI Report 00/0076, Gas Research Institute Gas and Power 2000 BP Amoco Gas and Power és a Petroleum Economist közös kiadványa Green Paper - Towards a European strategy for the security of energy supply COM(2000) 769, Brussels, 29.11.2000, www.europe.eu.int Hatvani Gy.: Gázipari liberalizáció, piacnyitás Nemzetközi Gázkonferencia, Pécs, 2003. Szeptember 11-12 Methodologies for Establishing National and Cross-Border Systems of Pricing of Access to the Gas System in Europe Brattle Report, February 17, 2000 Pallaghy B. (1996): A hazai földgázellátás diverzifikációja Kőolaj és Földgáz, 10, p.277-284 Rajzinger,J.-Derz,A.-Müller,F.-Zeppenfeld,R. (1997): Study identifies upgrade scenarios for Slovak gas system Oil & Gas Journal, Apr. 7, p.71-75 Steinmann, K (1985).:What's ahead for Europe's natural gas supply Pipe Line Industry, 9, p.63-68 Tihanyi L.-Csete J. (1987): A hazai földgázszállítás fejlődésének elemzése Kőolaj és Földgáz, 7, p.205-211 Tihanyi L.-Szerényi B. (1990): A magyarországi nagynyomású gázvezeték-rendszer fejlesztésének kérdései Kőolaj és Földgáz, 3, p.70-74 Tihanyi L. (2000): Földgázpiaci liberalizáció: áldás vagy átok Magyar Energetika, 4, p.23-30 Tiratsoo (Ed.) (1983): World Pipelines Gulf Publishing Co., Houston True, W.R. (1994): Trans-Med expansion nears start-up. Maghreb line nears construction


46

Oil & Gas Journal, Jan. 17, p.49-53 Vyakhirev, R. (1996): Gazprom: the leading fuel supplier Petroleum Economist, May, p.44 Zsuga J. (2002): A földgázszállító rendszer irányításának módszertani alapjai Doktori (PhD) értekezés, Miskolci Egyetem, Mikoviny Sámuel Földtudományi Doktori Iskola

Földgázjellemzők változása

47

2 Gázmérnöki alapismeretek

2.1 Földgázjellemzők változása

A földgáz atmoszférikushoz közeli nyomásokon ideális, nagyobb nyomásokon reális gázként viselkedik. A földgázszállítás során alkalmazott nyomások 25 bar-nál nagyobbak, és 100 bar-nál kisebbek, ezért a távvezetéki szállítás során a földgázzal, mint reális gázzal kell számolni. Az áramló gáz hőmérséklete a földgázszállítás során általában a talajhőmérséklettel vehető azonosnak, mert a csőtávvezetéket körülvevő talaj végtelen nagy hőkapacitású rendszernek tekinthető. Speciális technológiai folyamatok, például kompresszorozás vagy nyomásszabályozás a talajhőmérséklettől eltérő hőmérséklet kialakulását eredményezhetik. Általános esetben a gáztávvezetékek üzemi tartományát 25…100 bar nyomás-, és –10…40 oC hőmérsékleti intervallummal lehet jellemezni, és indokolt az áramló közeg jellemzőinek változását az előzőek szerinti tartományban vizsgálni.

A különböző rétegekből, ill. mezőrészekből termelt földgázt nem közvetlenül táplálják a távvezetékbe, hanem megfelelő technológiai eljárással előkészítik. Ennek során kivonják a nagyobb szénatomszámú komponenseket, és beállítják a telítettségi víztartalmat (harmatpontot). A folyamat végeredménye a szabványos minőségű földgáz, amelynek 92…98 tf%-a metán. A 2…8 tf% egyéb komponens általában a metán homológsor többi tagja, illetve nitrogén és szén-dioxid. A 2.1-1 táblázatban láthatók az európai földgázpiacon beszerezhető gázok jellemző összetétele (Physical properties of natural gas, 1988.).

2.1-1 táblázat Tájékoztató adatok az európában szolgáltatott gázokról Komponens Groningeni

gáz Holland

export gáz Orosz gáz Algériai gáz

Metán 81,30 92,24 98,28 83,47 Etán 2,85 3,36 0,56 7,68 Propán 0,32 0,84 0,17 1,94 i-Bután 0,07 0,14 0,03 0,29 n-Bután 0,07 0,16 0,03 0,44 i-Pentán 0,02 0,04 0,01 0,09 n-Pentán 0,02 0,03 0,01 0,10 Hexán+ 0,05 0,06 0,01 0,10 Szén-dioxid 0,89 0,87 0,09 0,20 Nitrogén 14,35 2,23 0,80 5,54 Egyéb 0,01 0,03 0,01 0,15

A továbbiakban 97 tf% C1, 2 tf% C2 és 1 tf% N2 összetételű földgáz fizikai

paramétereinek a változását vizsgáljuk a nyomás és a hőmérséklet függvényében. A földgáz sűrűsége atmoszférikus viszonyok között kisebb a levegő

sűrűségénél, ami azt jelenti, hogy gázkiáramlás esetén a földgáz felfelé migrál. Az atmoszférikusnál lényegesen nagyobb távvezetéki nyomások esetén a földgáz sűrűsége a nyomással arányosan nő. A 2.1-1 ábrán látható a nyomás és a sűrűség közelítően lineáris kapcsolata.

GÁZMÉRNÖKI ALAPISMERETEK

48

0

20

40

60

80

100

120

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Nyomás [bar]

Sűrű

ség

[kg/

m3 ]

-10 [oC] 0 [oC] 10 [oC] 20 [oC] 30 [oC] 40 [oC] 2.1-1 ábra A földgáz sűrűsége a nyomás és a hőmérséklet függvényében

Az általános gáztörvényből következik, hogy a hidegebb gáz sűrűsége nagyobb, és meredekebben nő a nyomással, mint a melegebb gázé. A távvezetékben áramló földgáz jó közelítéssel izotermikus állapotváltozással jellemezhető, amelynél az egyes paraméterek közötti kapcsolatot az általános gáztörvény írja le. Az egyenletben az R egyetemes gázállandó értéke független a gáz összetételétől.

MTRzp

=ρ

(2.1-1)

Gáztechnikai normál állapotban (pn=1,01325 bar és Tn=15 oC) a vizsgált összetételű földgáz sűrűsége 0,70 kg/m3. A tervezés során gyakran használják a levegőhöz viszonyított relatív sűrűséget, amely a moláris tömegek arányából, vagy az azonos állapotra vonatkozó sűrűségek hányadosaként számítható. A vizsgált összetételű földgáz moláris tömege 16,44 kg/kmól, relatív sűrűsége pedig 0,57.

A 2.1-2 ábrán látható, hogy a vizsgált tartományban a földgáz eltérési tényezője a nyomással arányosan csökken, a változás jó közelítéssel lineárisnak vehető. Nagyobb hőmérséklet esetén az eltérési tényező értéke nagyobb, azaz kevésbé tér el az ideális gázra jellemző 1-es értéktől. Minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál nagyobb az eltérés az ideális gáz tulajdonságától.

A gázszállítási gyakorlatban az eltérési tényezőre kellő pontosságú eredményt ad az alábbi alakú Wilkinson összefüggés (Wilkinson et al., 1964):

pr

prpr T

p533,0p257,01z −+= (2.1-2)

A földgázkeverékek pszeudo-redukált nyomásának és hőmérsékletének számítására empirikus összefüggések ismeretesek. A pszeudokritikus nyomás és hőmérséklet változását a földgáz összetételétől függő ρr függvényében lehet számítani.

rpcpr 05,494,48

pppp

ρ−== (2.1-3)


49

rpcpr 7,17071,94

TTTT

ρ+== (2.1-4)

Kis inerttartalmú földgázoknál a szállításra jellemző nyomás- és hőmérséklettartományban a (2.1-3) és (2.1-4) összefüggések jó eredményt adnak.

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Nyomás [bar]

Elté

rési

tény

ező

-10 [oC] 0 [oC] 10 [oC] 20 [oC] 30 [oC] 40 [oC]

2.1-2 ábra A földgáz eltérési tényezője a nyomás és a hőmérséklet függvényében

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Nyomás [bar]

Izen

tróp

ikus

kite

vő

-10 [oC] 0 [oC] 10 [oC] 20 [oC] 30 [oC] 40 [oC]

2.1-3 ábra A földgáz izentropikus kitevője a nyomás és a hőmérséklet függvényében

Az izentrópikus kitevő értékét az izobár és izokór fajhők cp/cv hányadosa határozza meg. A kitevőre azoknál az állapotváltozásoknál van szükség, amelyeknél nagy sebességű gázáramlás alakul ki, vagy a rendszer hőszigetelt, és így nem alakul ki hőcsere a környezettel. Ilyen esetekben nem izotermikus, hanem adiabatikus az állapotváltozás, és a számításokhoz a Poisson egyenletet kell használni. Az egyenlet a nyomás, a sűrűség és hőmérséklet között az alábbi összefüggést adja meg:

κ−κκ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ρρ

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

1

21

1

2

1

2

TT

pp (2.1-5)


50

vagy

( )1

1

2

1

1

2

1

2

pp

TT

−κκ−κ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ρρ

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (2.1-6)

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

-10 0 10 20 30 40

Hőmérséklet [oC]

Fajhő

[kJ/

kg.o C

]

10 bar 20 bar 30 bar 40 bar 50 bar 60 bar 70 bar 80 bar 90 bar 100 bar 2.1-4 ábra A földgáz fajhője a hőmérséklet és a nyomás függvényében

A fajhő az entalpia-hőmérséklet állapotsíkon a konstans nyomású görbék meredeksége. A kritikus pont környezetében a fajhő értéke a korábbiak sokszorosára nő. Az izobár fajhő termodinamikai definíciója matematikai formában az alábbi:

pp T

hc ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

≡

Kompresszorállomások után a talajhőmérsékletnél nagyobb hőmérsékletű földgáz áramlik a távvezetékekben. A hőmérséklet csökkenés számításához szükséges a földgáz fajhőjének az ismerete.

A 2.1-4 ábrán látható, hogy a vizsgált tartományban a földgáz fajhőjének a változása különböző jellegű és mértékű a nyomás és a hőmérséklet függvényében. A vizsgált összetételű földgáz fajhője 30 bar nyomáson alig változik a hőmérséklet függvényében. Nagyobb nyomások esetén a hőmérséklet csökkenésével a görbe egyre meredekebben nő, 10…30 bar nyomástartományban viszont a hőmérséklet csökkenésével a gáz fajhője kismértékben csökken. Adott hőmérséklethatárok között a görbék alatti terület az entalpiát adja meg.

A földgáz viszkozitására leggyakrabban a Reynolds-szám meghatározásánál van szükség. A 2.1-5 ábrán látható görbesereg szemlélteti a földgáz viszkozitásának sajátosságát. A vizsgált nyomás- és hőmérséklettartományban a hőmérséklet növekedésével a viszkozitás is nő, ami ellentétes tendenciát jelent a folyékony szénhidrogéneknél ismert hőmérséklet-viszkozitás összefüggéshez képest. További sajátos jellegzetesség, hogy kisebb nyomások tartományában az egyes hőmérsékletekhez tartozó viszkozitások jelentősen eltérnek, de a nyomás növekedésével az eltérés csökken.

A földgáz termelése, előkészítése, szállítása és elosztása során a nyomás- vagy a gázáram szabályozása fojtóelem segítségével végezhető. Ha fix fúvókán, vagy változtatható keresztmetszetű szabályozószelepen átáramló földgáz nyomása a


51

fojtóelem előtt nem vagy alig változik, az átáramlás során viszont térfogata növekszik, a H=U+pV entalpia állandó marad. (Feltételezve, hogy a folyamat során csak elhanyagolható mértékű hőcsere volt a gáz és a külső környezet között.) Ideális gáz esetében az U belső energia és a pV mennyiség csupán a hőmérséklettől függ, ezért ideális gázoknál H = const. esetben a hőmérséklet nem változik.

10

11

12

13

14

15

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Nyomás [bar]

Visz

kozi

tás

[cP]

*100

0

-10 [oC] 0 [oC] 10 [oC] 20 [oC] 30 [oC] 40 [oC] 2.1-5 ábra A földgáz viszkozitása a nyomás és a hőmérséklet függvényében

Reális gázoknál a belső energia függ a térfogattól és a nyomástól. Ilyen esetben fojtásos expanzió során a molekulák közötti távolság megnövekszik, munkát kell végezni a molekulák közötti erőkkel, illetve a belső nyomással szemben. Ezt a munkát a belső energia fedezi, ennek hatására viszont csökken a hőmérséklet. A hőmérsékletcsökkenés nagyságát a Joule-Thomson együttható adja meg.

A Joule-Thomson együttható termodinamikai függvénye az állapotegyenletekben használt paraméterekkel az alábbi formában írható fel:

( )pp

2

pph Tp/R

cTv

TvT

c1

pT

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

∂∂

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

=μ (2.1-7)

A (2.1-7) összefüggésből látható, hogy az együttható értéke nagyobb, egyenlő és kisebb lehet zérusnál. Ideális gázra az együttható értéke zérus. Reális gázoknál meghatározható az un. inverziós hőmérséklet, amelynél nagyobb értékek esetén a J-T együttható negatív, azaz a gáz melegszik.

A 2.1-6 ábrából látható, hogy a J-T együttható a nyomás és a hőmérséklet függvényében jelentősen változik, ezért közelítő számításokhoz célszerű a fojtóelem be- és kilépő nyomásának az átlagához tartozó értéket használni. Pontos számításoknál a be- és kilépő oldal entalpiájának azonosságából iterációs eljárással célszerű meghatározni a hőmérsékletváltozást. A gyakorlat szempontjából fontos jellegzetesség, hogy földgáz esetén a J-T együttható fordítottan arányos a hőmérséklettel. Ez azt jelenti, hogy hidegebb gáz esetén 1 bar nyomáscsökkenés hatására nagyobb hőmérsékletcsökkenés következik be, mint melegebb gáz esetén. A gázátadó állomáson tehát a talajhőmérsékletű földgáz adott nagyságú nyomásszabályozás hatására jobban lehül, mint az előmelegített gáz.


52

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Nyomás [bar]

Joul

e-Th

omso

n eg

yütth

ató

[o C/b

ar]

-10 [oC] 0 [oC] 10 [oC] 20 [oC] 30 [oC] 40 [oC]

2.1-6 ábra A Joule-Thomson együttható változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében

Fojtásos szabályozás esetén, ha a be- és kilépő nyomások hányadosa meghaladja a kritikus értéket, a legkisebb keresztmetszetnél hangsebességű áramlás alakul ki. Ugyancsak hangsebességű áramlás alakulhat ki csőtörés esetén a kiáramlási keresztmetszetben. A 2.1-7 ábrán látható, hogy a hangsebesség a földgázban a nyomás és a hőmérséklet függvénye. A hidegebb gázban kisebb, a melegebb gázban nagyobb hangsebesség alakul ki. A vizsgált nyomástartományban az állandó hőmérsékletű görbéknek minimumpontja van. Ez azt jelenti, hogy a tartomány első részében a nyomás növekedésével csökken, a tartomány második részében pedig a nyomás növekedésével nő a hangsebesség.

380

390

400

410

420

430

440

450

460

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Nyomás [bar]

Han

gseb

essé

g [m

/s]

-10 [oC] 0 [oC] 10 [oC] 20 [oC] 30 [oC] 40 [oC]

2.1-7 ábra A hangsebesség változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében

Állapotegyenletek Ismert tapasztalati tény, hogy a reális gázok, csak kis nyomások tartományában és szűk hőmérsékleti határok között követik az ideális gázokra érvényes


53

törvényszerűségeket. Ugyanakkor a technológiai számításokhoz szükség van olyan állapotegyenletre, amely megbízhatóan leírja a lehetséges nyomás- és hőmérséklet tartományban a gázok és folyadékok tényleges viselkedését. A reális gázokra érvényes állapotegyenletek egyesítik magukban az elméleti megfontolásokat és a tapasztalati tényeket. Van der Waals munkássága nyomán dolgoztak ki olyan állapotegyenleteket, amelyek a gáztérfogatot korrigálták a hőmérséklettől és a gázok kritikus állapotjellemzőitől függő paraméterekkel. A korrekciós függvényeket mérési adatokból illesztéssel határozták meg a tiszta komponensekre.

Az állapotegyenletek külön csoportját alkotják a teljesen empirikusnak tekinthető egyenletek. Ezek közé sorolhatók az USA-ban széles körben használt AGA-8 és NX-19 kódjelű állapotegyenletek. A továbbiakban ezeket az állapotegyenleteket nem ismertetjük.

A Soave-Redlich-Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR) és a Benedict-Webb-Rubin-Starling (BWRS) állapotegyenleteket széles körben alkalmazzák a vegyiparban és a földgáziparban. Mindhárom széles nyomás- és hőmérséklettartományban használható, és a keverési szabály segítségével különböző összetételű fluidumokra is alkalmazható (Modisette, 2000).

Az SRK és a PR egyenletek a Van der Waals egyenlethez hasonlóan un. harmadfokú egyenletek, amelyeknél a térfogati korrekció a sűrűség, ill. a fajtérfogat harnadik hatványával arányos. A BWRS állapotegyenletnél a nyomás a sűrűség (vagy fajtérfogat) magasabb hatványával van kifejezve.

A harmadfokú állapotegyenletek általános formája a következő:

BAVVa

bVRTp 2 ++

+−

= (2.1-8)

A gázáramlás szimulációs modelleknél az állapotegyenletekre az alábbiak miatt van szükség:

• eltérési tényező meghatározása nyomásveszteség számításhoz, tárolt gázmennyiség számításához, két tetszőleges állapot közötti átszámításhoz,

• az izentrópikus kitevő meghatározása kompresszorállomás teljesítményének a számításához,

• aktuális fajhő meghatározása nem-izotermikus áramlás vagy hőcsere számítás esetén,

• gázkeveredés számítása hálózati csomópontokban különböző minőségű földgázok szállítása esetén,

• Joule-Thomson együttható meghatározása fojtás számításához, • hangsebesség meghatározása szivárgás vagy kifúvás számításához, • fázisegyensúly számítása kondenzátum kiválás ellenőrzéséhez. Az állapotegyenletek alkalmazásának nagy előnye, hogy széles nyomás- és

hőmérséklet tartományban megfelelő pontossággal adják meg a kívánt értékeket. Tetszőleges gázösszetételhez nemcsak az eltérési tényező számítására alkalmasak, hanem hasonló pontossággal adják meg a szállított földgáz egyéb jellemzőit, így a fajhőjét és az izentrópikus kitevőjét. A termodinamikai jellemzők segítségével számítható a fojtóeffektus, és követhető a fázisátalakulás is. A gázipari számításokhoz különböző állapotegyenletek alkalmazására épülő, megbízható szubrutinok állnak rendelkezésre.

A hidraulikai számításoknál a reális gázokra érvényes általános gáztörvény használata a legcélszerűbb, de a z eltérési tényezőt valamely állapotegyenletből kell meghatározni az aktuális nyomás és hőmérséklet figyelembe vételével. Az eltérési


54

tényező számítása során más fontos paraméterek is meghatározásra kerülnek, így azok aktuális értéke mindig rendelkezésre áll.

Soave-Redlich-Kwong (SRK) állapotegyenlet Ezt az állapotegyenletet széles körben használják kémiai-technológiai számításoknál, különösen gőz/folyadék egyensúlyi feladatok esetén. A folyadék sűrűséget pontosabban közelíti, mint az eredeti RK állapotegyenlet, de ezen a téren nem éri el a BWRS állapotegyenlet pontosságát. Az alapegyenlet az alábbi formában írható fel:

( ) ( )bVbbVVa

bVTRp

−+++

−= (2.1-9)

Az a, b, A és B paraméterek a hőmérséklet függvényei, amelyeket komponensenként mérési adatokból empirikus függvényként határoztak meg.

( )( )[ ]25,0r

2

c

2c

2

T1176,0574,148,01P

TR42748,0a −ω−ω++=

c

c

PTR08664,0b =

ahol ω a Pitzer-féle acentricitási együttható Tr=T/Tc , azaz a redukált hőmérséklet Pc és Tc kritikus nyomás és kritikus hőmérséklet Az állapotegyenletben a Van der Waals-féle feltételezés szerint b a molekulák

által elfoglalt térfogatot jelenti, ami kritikus állapotban a gáztérfogat 1/12-ed része. Az egyenletet a térfogat helyett a sűrűséggel is fel lehet írni.

Az eltérési tényező az állapotegyenlet alapján felírt harmadfokú egyenletből határozható meg:

( ) 0ABABBzzz 223 =−−+−− (2.1-10)

ahol

5,22 TRpaA =

TRpbB = és

TRVpz =

További termodinamikai paraméterek az eltérési tényező segítségével számíthatók.

Peng-Robinson állapotegyenlet Népszerű, és széles körben használt állapotegyenlet. A harmadfokú alapegyenlet azonos, de a paraméterek számítási módja éltér az SRK állapotegyenletre vonatkozó összefüggésektől:

( ) ( )bVbbVVa

bVRTp

−++−

−= (2.1-11)

ahol


55

( )( )[ ]25,0r

2

c

2c

2

T126992,054226,137464,01P

TR45724,0a −ω−ω++=

c

c

PTR077804,0b =

Az eltérési tényező az állapotegyenlet alapján felírt harmadfokú egyenletből határozható meg:

( ) ( ) ( ) 0BBBAzB3B2AzB1z 32223 =−−−−−+−− (2.1-12)

ahol

22 TRaA =

TRbB = és

TRVpz =

Gázkeverékekre, így többkomponensű földgázra az alábbi keverési szabály alkalmazásával alkalmazásával számíthatók a fenti együtthatók:

∑∑=i j

ijjim ayya ∑=i

iim ybb

és

( )ijjiij k1aaa −=

A keverékekre érvényes am értéket a komponensekre vonatkozó ai és aj együtthatókból, a kij bináris kölcsönhatási tényezőből, továbbá a komponensek móltörtjéből lehet számítani. A bm érték az előzőnél egyszerűbben számítható.

Az eltérési tényező ismeretében további termodinamikai jellemzők (fajhő, izentrópikus kitevő, entalpia, entrópia, fugacitás stb.) számíthatók (Edmister, 1988.).

Benedict-Webb-Rubin-Starling (BWRS) állapotegyenlet A BWRS állapotegyenlet módosított és továbbfejlesztett változata a Benedict-Webb-Rubin által 1940-ben publikált egyenletnek. Starling az eredeti egyenlet paramétereinek a hőmérsékletfüggését pontosította, és megadta az együtthatókat a könnyű szénhidrogén komponensekre. Az egyenlet alkalmazását nagymértékben elősegítette azzal, hogy részletesen leírta a gázkeverékek esetén az együtthatók számításához szükséges keverési szabályt, továbbá a termodinamikai paraméterek és a gőz/folyadék egyensúly számításának részletes algoritmusát. Az előzőeket egészítették ki a tiszta komponensekre táblázatosan megadott termodinamikai paraméterek. Az állapotegyenlet igen jó közelítést ad a gázhalmazállapot tartományban, de megbízhatóan számíthatók a telített gőz és telített folyadék állapotadatok is.

A BWRS állapotegyenlet az alábbi formában írharó fel:

+ρ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−+

ρ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+−−+

ρ= 3

3

2

2

40

30

20

00 MTdaTRb

MTE

TD

TCATRB

MTRp


56

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ργ−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ργ+

ρ+

ρ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +α+ 2

2

2

2

23

3

6

6

Mexp

M1

TMc

MTda (2.1-13)

Az egyenlet tizenegy együtthatóját A0, B0, C0, D0, E0, a, b, c, d, α és γ minden komponensre empirikus úton kell meghatározni.

A BWRS egyenlet használatát nehezíti, hogy az áramlási modellek alapegyenleteiben a nyomás és a hőmérséklet szerepel változóként, a sűrűséget az állapotegyenletből kell meghatározni. Mivel az egyenletben a sűrűség különböző hatványokon szerepel, a sűrűség számítása csak iteratív módon lehetséges. Az előzőek miatt a BWRS állapotegyenletet használó modelleknél a futási idő nagy része a sűrűség meghatározásához szükséges.

2.2 Nyomásveszteség számítás

Vízszintes, állandó keresztmetszetű csővezetékben, állandósult állapotban áramló földgáz nyomásveszteségét az alábbi összefüggés adja meg:

2ijij

2j

2i qKpp =− (2.2-1)

A (2.2-1) karakterisztikus egyenletben a gázáram nem változik a vezeték hossza mentén, vagyis nincs közbenső elvétel. Az irreverzibilis nyomásveszteséget a gázáramon kívül a kezdő- és a végponti csomópontokat összekötő vezetékszakasz ellenállási tényezője határozza meg:

5i

.av.avD

2

n

nij dR

LMTzfTp4K ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

=

A gázipari gyakorlatban megengedett a gáztechnikai normál állapot használata, a (2.2-1) összefüggésben szereplő térfogatáram is erre vonatkozik. A súrlódási tényező számításával a későbbiekben részletesen foglalkozunk. Az eltérési tényező és az áramlási hőmérséklet a távvezetéki szakaszra vonatkozó átlagérték.

A nyomásveszteség ismeretében szükséges lehet a nyomásváltozás meghatározása, vagy szemléltetése a távvezeték hossza mentén. Egy köztes pont felvételével a teljes vezetékhossz két részre bontható, és a (2.2-1) összefüggés mindkét részre felírható. A két egyenlet összevonása után azt kapjuk, hogy két távvezetéki pont nyomás-négyzeteinek a különbsége a távolsággal arányosan változik. Az összefüggés matematikai formája az alábbi:

xLpp

xpp 2

22x

2x

21

−−

=− (2.2-2)

Átalakítással kifejezhető a közbenső pont nyomása

Lxp

LxLpp 2

221

2x +

−= (2.2-3)

A (2.2-3) összefüggés szerint a nyomás nem-lineárisan változik a távvezeték hossza mentén.

Nyomásveszteség számítás

57

0

10

20

30

40

50

60

70

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Hossz-arány

Nyo

más

[bar

]

p2=40 p2=30 p2=20 Pav.(60-40) Pav.(60-30) Pav.(60-20) 2.2-1 ábra Nyomásváltozás a távvezeték hossza mentén

A 2.2-1 ábrán látható, hogy a görbe kis nyomáskülönbség esetén alig tér el az egyenestől, nagyobb nyomáskülönbség esetén azonban már jól felismerhető a másodfokú görbe. Az ábrán látható az egyes görbékhez tartozó átlagnyomás értéke is, amely az alábbi összefüggéssel számítható:

( )( )2

221

32

31

.av pppp

32p

−−

= (2.2-4)

vagy átrendezve

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+=21

2121.av pp

pppp32p (2.2-5)

A fenti összefüggések a másodfokú görbének megfelelő átlagértéket adják meg, ami minden esetben nagyobb a számtani átlagnál. Kis nyomáskülönbségek esetén a kétféle módon számított átlagnyomás elhanyagolható mértékben tér el egymástól.

2.2-1 Mintapélda: Mekkora végponti nyomás alakul ki a DN 600 névleges átmérőjű és 65 km hosszú csőtávvezeték végpontján?

Megnevezés Érték Mértékegység

Névleges átmérő 600 Vezetékhossz 65 km Gázáram 300 103 m3/h Indítónyomás 50 bar Áramlási hőmérséklet 8 oC Falvastagság 9,5 mm Súrlódási tényező 0,01 A gáz moláris tömege 16,44 kg/kmól


58

A csőtávvezeték belső átmérője 9,5 mm-es falvastagság esetén 0,591 mm. Tételezzük fel, hogy az aktuális átlagnyomáshoz és átlaghőmérséklethez tartozó eltérési tényező értéke 0,91.

A nyomásveszteség számítására a (2.2-1) összefüggés alkalmazható az alábbiak szerint:

2n5

i

.av.avD

2

n

n212 q

dRLMTzf

Tp4pp ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

−=

Behelyettesítve az értékeket

( )2

5

22

2 3600300000*

591,0*4,831465000*44,16*16,281*91,0*01,0

16,288*013,1*4013,51p ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

π−=

p2=44,35 bar (absz.)=43,34 bar túlnyomás A számítás során abszolút nyomást kell figyelembe venni, amit a számítás

utolsó lépésében lehet túlnyomásra visszaszámolni. Így végeredményül azt kapjuk, hogy a csőtávvezeték végpontján 43,34 bar túlnyomás alakul ki.

2.2-2 Mintapélda: Mekkora a szállítókapacitása az előző példában szereplő csőtávvezetéknek 55 bar-os kezdőponti és 42 bar-os végponti nyomások esetén? A további feltételek azonosak a 2.2-1 mintapéldában adottakkal.

A szállítókapacitás meghatározása érdekében a (2.2-1) összefüggésből lehet a

gázáramot kifejezni az alábbiak szerint:

( )

5i

.av.avD

2

n

n

22

21

n

dRLMTzf

Tp4

ppq

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

−=

( )

5

2

22

591048314650004416162810910010

1628801314

0134301356

,*,*,*,*,*,

,*,*

,,qn

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛π

−= =119,3 m3/s

qn=429 329 m3/h Az adott feltételek mellett a csőtávvezeték szállítókapacitása 429 329 m3/h.

2.2-3 Mintapélda: Mekkora lesz egy gáztávvezeték átlagnyomása, és a vezetékhossz 40 %-nál mérhető közbenső nyomás az alábbi paraméterek esetén?


Kezdőponti nyomás 60 bar Végponti nyomás 45 bar Közbenső pont helye x/L=0,45


59

A vizsgált gáztávvezeték átlagnyomása a (2.2-5) összefüggésből számítható. Behelyettesítés során a kezdő- és végponti túlnyomás értékeket abszolút nyomásra kell átszámítani

86,53)013,46013,61(

013,46*013,61013,46013,6132p .av =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+= bar (absz.)

A vizsgált esetben a távvezeték átlagnyomása 52,85 bar túlnyomás. A távvezeték tetszőleges pontjában a nyomást a (2.2-3) összefüggéssel lehet

meghatározni. A számolás során itt is abszolút nyomásokat kell figyelembe venni.

19,300045,0*013,46)45,01(*013,61p 222x =+−=

77,5419,3000px == bar (absz.) = 53,76 bat túlnyomás A távvezeték vizsgált hossz-szelvényében 53,76 bar a túlnyomás.

A súrlódási tényező számítása A súrlódási tényező számítására különböző összefüggések ismeretesek (Gersten et al., 2000., Gregory et al., 1985., Hymen et al., 1975., Schroeder 2001., Smith et al., 1956., Tihanyi, 2002., Uhl 1965.).

A legáltalánosabb és legpontosabb a Colebrook összefüggés, amely egyesíti magában az áramlási egyenlet megoldásából a sima csőre érvényes elméleti, és az érdes csővekre kapott empirikus összefüggést. A (2.2-6) összefüggés szerint a súrlódási tényező a Reynolds-szám és a k/d relatív érdesség függvénye:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+−=

d71,3k

fN51,2lg2

f1

DReD

(2.2-6)

A (2.2-6) összefüggésben NRe<106...107 tartományban a szögletes zárójelben lévő kifejezés első tagja, nagyobb Reynolds-számok esetén viszont a második tagja lesz a meghatározó. Sima cső, azaz k/d=0 esetén az összefüggés a Pradtl-Kármán egyenletté redukálódik. Ennek ismert alakja a következő:

51,2fN

lg2f1 DRe

D

= (2.2-7)

A nagyteljesítményű számítógépek előtti korszakban közelítő egyenleteket használtak. Az átmeneti tartományban Reynolds-szám függő, míg a teljes turbulencia tartományban, illetve nagyon érdes csövek esetén átmérő függő közelítő összefüggéseket használtak. A közelítések általában csak meghatározott Reynolds-szám tartományban használhatók.

Az USÁ-ban széles körben használnak olyan összefüggéseket, amelyek a Reynolds-szám függvényében, explicit formában adják meg a súrlódási tényezőt. Ilyen például a Panhandle A egyenlet


60

( ) 220735,0Re

DEN87,6

4f = (2.2-8)

A Panhandle B összefüggés szerint a súrlódási tényező kisebb mértékben függ a Reynolds-számtól, mint a Panhandle A szerint

( ) 2201961,0Re

DEN49,16

4f = (2.2-9)

Az Institute of Gas Technology (IGT) képlete a Panhandle A összefüggéshez hasonló:

( ) 221,0Re

DEN619,4

4f = (2.2-10)

Az előző összefüggéseknél E az un. hatásfok tényező (efficiency factor), amelynek értéke 0,85 és 1,0 között változhat a csővezeték szakasz állapotától és belső jellemzőitől függően. A hatásfok tényező segítséget nyújt a felhasználónak a számított és a tényleges nyomásveszteség értékének összehangolására.

0,01

0,10

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08 1E+09 1E+10Reynolds-szám

Súrló

dási

tény

ező

Lamináris k/d=0.05 k/d=0.01 k/d=0.001 k/d=0.0005k/d=0.0001 k/d=0.00005 W-400 W-600 W-800

2.2-1 ábra Weymouth összefüggés a Moody diagramon

Az átmérő függő összefüggések közül legismertebb a (2.2-11) Weymouth egyenlet.

( )26/1Dd18,11

4f = (2.2-11)

A súrlódási tényező számítására szolgáló fenti összefüggések közül a Colebrook a legáltalánosabb. Mind az európai országokban, mind pedig az USÁ-ban az igényes szoftverekben alapösszefüggésként van beépítve. Az USÁ-ban széles körben használják a Panhandle A, a Panhandle B és az IGT összefüggéseket.


61

Egyszerűbb szoftvereknél, vagy kézi számításnál a Weymouth összefüggést, vagy a fenti explicit összefüggéseket használják. A számítógépek sebességének növekedésével előtérbe kerültek a pontosabb, de nagyobb számítási igényű összefüggések, és opcionális lehetőségként választhatók a közelítő képletek.

Az 2.2-1 ábrán látható, hogy a Moody diagramon nagy Reynolds-számoknál a súrlódási tényező értéke állandó, ezért ebben a tartományban a csak átmérőtől függő formulák is jó eredményt adhatnak. A Weymouth összefüggésből számított W-400, W-600 és W-800 egyenes értékei a teljes tartományban állandók, és a k/d=0,01 relatív érdességhez tartozó Colebrook görbe közelébe esnek.

0,01

0,10


Súrló

dási

tény

ező

Lamináris k/d=0.05 k/d=0.01 k/d=0.001k/d=0.0005 k/d=0.0001 k/d=0.00005 Panhandle A

2.2-2 ábra Panhandle A összefüggés a Moody diagramon

0,001

0,010

0,100


Súrló

dási

tény

ező

Lamináris k/d=0.05 k/d=0.01 k/d=0.001 k/d=0.0005k/d=0.0001 k/d=0.00005 Sima cső Panhandle B

2.2-3 ábra Panhandle B összefüggés a Moody diagramon

Az 2.2-2 ábrán látható Panhandle A összefüggés E=0,9 érték mellett 104<NRe<108 tartományban jól közelíti a Colebrook összefüggésből kapott értékeket.


62

Ebben a Reynolds-szám tartományban a kisebb áramlási sebességekkel jellemezhető gáztávvezetékek üzemelnek, ezért elsősorban ezek nyomásveszteségének a számítására ajánlják.

Az 2.2-3 ábrán látható Panhandle B összefüggés E=0,9 érték esetén 106<NRe<109 tartományban ad hasonlóan jó közelítést, ezért alkalmazását a nagyobb áramlási sebességű elosztóhálózatoknál ajánlják.

0,01

0,10


Súrló

dási

tény

ező

Lamináris k/d=0.05 k/d=0.01 k/d=0.001 k/d=0.0005k/d=0.0001 k/d=0.00005 IGT

2.2-4 ábra Az IGT összefüggés a Moody diagramon

Az 2.2-4 ábrán látható Institute of Gas Technology (IGT) képlete a Panhandle A összefüggéshez hasonlóan az átmeneti tartományban jól közelíti a Colebrook öszefüggést.

0,01

0,10


Súrló

dási

tény

ező

Lamináris k/d=0.05 k/d=0.01 k/d=0.001 k/d=0.0005k/d=0.0001 k/d=0.00005 Techo3 Techo4 Techo5Techo6 Techo1 Techo2 2.2-5 ábra Techo összefüggése a Moody diagramon


63

Az implicit összefüggések kézi számításnál csak nagyon nehézkesen használhatók, gépi számításnál is időigényes az alkalmazásuk. Több szerző explicit egyenletet határozott meg az implicit Colebrook összefüggés közelítésére. A Techo-féle explicit képlet a teljes Reynolds-szám tartományban elhanyagolható hibával közelíti a Colebrook összefüggést (Techo et al., 1965.):

2

Re

ReD d71,3

kN

8215,3Nln964,1ln8685,0f−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−= (2.2-12)

Az 2.2-5 ábrán látható Techo összefüggése, amely explicit formában megfelelő pontossággal közelíti a Colebrook összefüggést.

0,01

0,10


Súrló

dási

tény

ező

Lamináris k/d=0.05 k/d=0.01 k/d=0.001 k/d=0.0005 k/d=0.0001 k/d=0.00005 2.2-6 ábra Moody diagram

Az 2.2-6 ábrán látható a közismert Moody diagram, amely a Colebrook összefüggésnek megfelelően adja meg a súrlódási tényező és a Reynolds-szám közötti kapcsolatot. Lamináris áramlás a földgáz kis viszkozitása miatt csak kivételes esetben fordul elő. Az átmeneti és a teljes turbelencia tartományra jellemző görbék a Reynolds-szám és a csővezeték relatív érdességének (k/d) függvényében változnak. Közös jellemzőjük, hogy a súrlódási tényező a kisebb Reynolds-számok tartományában csökken, nagyobb Reynolds-számok esetén pedig aszimptótikusan tart egy állandó értékhez. Minél kisebb a k/d értéke, azaz minél nagyobb átmérőjű a távvezeték, annál nagyobb az átmeneti tartomány, és annál kisebb lesz a súrlódási tényező állandó értéke.

Egyes országokban nem az előző összefüggésekben szereplő Darcy-Weisbach, hanem a Fanning-féle súrlódási tényezőt használják. A kettő között az alábbi átszámítás lehetséges:

fD=4 fF Az 2.2-7 ábrán a relatív érdesség változása látható a névleges átmérő és az

egyenértékű érdesség függvényében.


64

0,000001

0,00001

0,0001

0,001

0,01

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Névleges átmérő

Rel

atív

érd

essé

g (k

/d)

k=0,5 k=0,1 k=0,05 k=0,01 k=0,005 2.2-7 ábra A relatív érdesség változása

A belső bevonat nélküli gáztávvezetékek hidraulikailag érdes csövek, de az abszolút érdesség nagysága nem függ a csővezeték átmérőjétől. Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb átmérőjű a távvezeték, annál kisebb lesz a k/d relatív érdesség.

A 2.2-1 táblázat tartalmazza az acél csővezetékek abszolút érdességét az ISO 5167-1:2003 alapján.

2.2-1 táblázat Csővezetékek abszolút érdessége A csővezeték típusa k

[mm] Új, rozsdamentes < 0,03 Új, varrat nélküli hidegen hengerelt < 0,03 Új, varrat nélküli melegen hengerelt ≤ 0,10 Új, hosszvarratos ≤ 0,10 Új, spirálhegesztett 0,01 Gyengén korrodált 0,10 – 0,20 Korrodált 0,20 – 0,30 Lerakódásos 0,5 - 2 Erősen lerakódásos > 2 Bitumenes bevonatú, új 0,03 – 0,05 Bitumenes bevonatú, normál 0,10 – 0,20 Galvanizált 0,13

A csővezeték szakaszok abszolút érdességével kapcsolatban érdekes

vizsgálatról számoltak be holland szerzők (Kuper et al., 1994.). A nagynyomású távvezetékek hidraulikai számításához belső bevonatos csövek esetén 0,012 mm érdességet, belső bevonat nélküli acélcsövek esetén pedig 0,018 mm értéket használtak. Fontos szempont volt, hogy ne becsüljék alá a szállítókapacitást. A tényleges nyomásveszteségek azonban rendre kisebbek voltak a számított értékeknél. Ebből a tapasztalatból kiindulva készítették elő azt a vizsgálatsorozatot, amelynek célja a csővezetékszakaszok egyenértékű érdességének meghatározása volt üzemi adatokból.

A súrlódási tényezőt mért nyomás és gázáram adatokból állandósult áramlásra érvényes nyomásveszteség összefüggésből határozták meg. A vizsgálati projekt


65

részeként a csővezetéket kitisztították, és azt találták, hogy ennek hatására 8 %-al nőtt a szállítókapacitása. Görényezés előtt a hidraulikai számításokból az érdességre 0,025±0,007 mm-t, tisztítás után viszont 0,005±0,003 mm értéket kaptak. A viszgált vezetékszakaszok között volt egy viszonylag új szakasz, amely mindössze egy éve üzemelt. A számításokból erre a szakaszra is 0,005±0,003 mm egyenértékű érdességet kaptak. A szerzők az eredményekből arra a következtetésre jutottak, hogy egy új, belső bevonatos cső egyenértékű érdességét is jó közelítéssel 0,005±0,003 mm értékűnek lehet venni. A mérések alátámasztották a korábbi tapasztalatokat, miszerint a hidraulikai számításokhoz túl nagy egyenértékű érdességet tételeztek fel. Az előzőhöz hasonló vizsgálatról számoltak be norvég szerzők, akik laboratótiumi kísérletekből az egyenértékű érdességre belső bevonatos csövek esetén 0,001 mm-t, bevonat nélküli acélcsöveknél pedig 0,021 mm-t kaptak (Sjøen et al., 1998.).

A súrlódási tényező hatása a nyomásveszteségre Számítás szempontjából a legegyszerűbb a Weymoth összefüggés, amely a súrlódási tényező és a csőátmérő közötti kapcsolatot adja meg. Ezzel az összefüggéssel számított súrlódási tényező egy adott átmérőjű távvezeték esetén a teljes szállítási tartományban állandó nagyságú.

DN 600, 100 km

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200 250 300 350

Gázáram [103 m3/h]

Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(C-W) Dp(W) 2.2-8 ábra A Colebrook-White és a Weymouth összefüggés összehasonlítása

A 2.2-8 ábrán látható, hogy a kis gázáramok tartományától eltekintve a Weymouth (W) összefüggés alkalmazása sokkal nagyobb nyomásveszteséget eredményez, mint a tényleges áramlási viszonyokat jól közelítő Colebrook-White (C-W) összefüggés. A Weymouth képlet alkalmazásával a vizsgált gázáram tartománynak már a 60 %-ánál adódik akkora nyomásveszteség, mint a C-W összefüggéssel a maximális gázáram értékéből számított nyomásveszteség.

A 2.2-9 ábrán az előzőhöz hasonló számítási eredmények láthatók DN 400 névleges átmérőjű, és 100 km hosszúságú gáztávvezeték szakaszra. A két összefüggésből számított nyomásveszteség értéke közötti különbség még szembetűnőbb, mint az előző esetben. A Weymouth képlet alkalmazásával a vizsgált gázáram tartománynak az 57 %-ánál adódik akkora nyomásveszteség, mint a C-W összefüggéssel a maximális gázáram értékéből számított nyomásveszteség.


66

DN 400, 100 km

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 25 50 75 100 125 150


Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(C-W) Dp(W) 2.2-9 ábra A Colebrook-White és a Weymouth összefüggés összehasonlítása

A különböző - Reynolds szám függő - explicit összefüggések és a bázisnak tekintett C-W összefüggés összehasonlításánál a vizsgált gázvezeték szakaszok feltételezett egyenértékű (abszolút) érdessége k=0,1 mm, ami DN 600 névleges átmérő esetén k/d=0,00017.

A 2.2-10 ábrán a C-W és a Panhandle A összefüggésekkel számított nyomásveszteségek összehasonlítása látható. A feltételezett relatív érdességhez tartozó C-W görbe nagyobb nyomásveszteséget ad, mint a Panhandle A görbe E=0,9, illetve E=1,0 „hatásfok tényező” esetén. Ez azt jelenti, hogy szimulációnál a Panhandle A összefüggés választása egy korrodált belső felületű gáztávvezeték szakasz esetén a ténylegesnél kisebb nyomásveszteséget fog eredményezni.

DN 600, 100 km

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 50 100 150 200 250 300 350


Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(C-W) Dp(PA E=0,9) Dp(PA E=1,0) 2.2-10 ábra A Colebrook-White és a Panhandle A összefüggés összehasonlítása

A gáztávvezetékek nyomásveszteség számításánál a Panhandle A összefüggéshez hasonlóan széles körben alkalmazzák az IGT összefüggést is. A 2.2-11 ábra. tanúsága szerint az IGT összefüggés választása, a Panhandle A-hoz hasonlóan, a ténylegesnél kisebb nyomásveszteséget eredményez. Az eltérés az E „hatásfok tényező”-nek 0,9<E<1,0 intervallumban történő változtatásával nem kompenzálható.


67

DN 600, 100 km

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 50 100 150 200 250 300 350


Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(C-W) Dp(IGT E=0,9) Dp(IGT E=1,0) 2.2-11 ábra A Colebrook-White és az IGT összefüggés összehasonlítása

A további vizsgálatoknál a DN 400 névleges átmérőjű távvezeték feltételezett egyenértékű (abszolút) érdessége azonos a korábban számításba vett k=0,1 mm-es értékkel, ami k/d=0,00026 relatív érdességnek felel meg.

DN 400, 100 km

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 25 50 75 100 125 150 175 200


Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(C-W) Dp(PA E=0,9) Dp(PA E=1,0) 2.2-12 ábra A Colebrook-White és a Panhandle A összefüggés összehasonlítása

A 2.2-12 és 2.2-13 ábrák tanúsága szerint az eredmények nagyon hasonlóak DN 400 néveleg átmérő esetén is, mint a korábban vizsgált DN 600 névleges átmérő esetén. Az IGT összefüggés alkalmazása lényegesen kisebb nyomásveszteséget eredményez, mint a C-W összefüggés, a különbség az E „hatáfok tényező” segítségével nem kompenzálható.

A fentiek alapján megállapítható, hogy egy átlagos korú, és átlagos mértékben korrodált belső felületű DN 600 és DN 400 névleges átmérő gázvezeték esetén a kevesebb számítási időt igénylő Panhandle A, vagy az IGT összefüggés alkalmazása jelentősen kisebb nyomásveszteséget eredményez, mint a C-W összefüggés.

A továbbiakban a C-W összefüggés alkalmazásánál a relatív érdesség hatása látható a nyomásveszteségre.


68

DN 400, 100 km

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200


Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(C-W) Dp(IGT E=0,9) Dp(IGT E=1,0) 2.2-13 ábra A Colebrook-White és az IGT összefüggés összehasonlítása

A 2.2-14 és 2.2-15 ábrák tanúsága szerint az érdesség jelentős mértékben befolyásolja a súrlódási tényező értékét, és az érdes csövek nyomásvesztesége többszöröse is lehet a sima csőének. A 2.2-1 táblázat alapján a vizsgálatokhoz feltételezett k=0,1 mm egyenértékű érdesség a 20-25 éves, belső bevonat nélküli acélcsöveknél tekinthető reális értéknek. A vizsgált DN 600 névleges átmérőjű csőtávvezeték súrlódási nyomásvesztesége 350 103 m3/h gázáramnál közel kétszerese a sima cső nyomásveszteségének.

DN 600, 100 km

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 50 100 150 200 250 300 350


Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(k/d=0) Dp(k/d=0,0001) Dp(k/d=0,00017) Dp(k/d=0,001) 2.2-14 ábra A relatív érdesség hatása a Colebrook-White összefüggés esetén

A kisebb átmérőjű, DN 400-as csővezeték esetén, 150 103 m3/h gázáramnál a vizsgált érdes cső nyomásvesztesége több, mint kétszerese a sima csőének. Az eredmények rávilágítanak a csőtisztítás, illetve a belső bevonat fontosságára.

Hőmérséklet- és gázkeveredés számítás

69

DN 400, 100 km

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 25 50 75 100 125 150


Nyo

más

vesz

tesé

g [b

ar]

Dp(k/d=0) Dp(k/d=0,0001) Dp(k/d=0,00026) Dp(k/d=0,001) 2.2-15 ábra A relatív érdesség hatása a Colebrook-White összefüggés esetén

2.3 Hőmérséklet- és gázkeveredés számítás

Hőmérsékletváltozás a távvezeték mentén Ha a gázszállító rendszer valamely pontjáról a talajhőmérséklettől eltérő hőmérsékletű gáz áramlik tovább, energiaáramlás alakul ki a csőtávvezeték és a körülötte lévő talaj között. A csőtávvezeték mentén áramlási irányban haladva egyre kisebb lesz a hőmérsékletkülönbség. A talajhőmérséklettől eltérő indítóhőmérséklet a csővezeték rendszer egy részében, vagy a teljes rendszerben befolyásolja az áramlási viszonyokat. A talajhőmérsékletnél nagyobb áramlási hőmérséklet esetén nagyobb, a talajhőmérsékletnél kisebb áramlási hőmérséklet esetén pedig kisebb lesz az áramlási nyomásveszteség annál az értéknél, amely talajhőmérséklettel történő számításkor adódik. Talajhőmérsékletnél nagyobb áramlási hőmérséklet alakul ki a földgáz komprimálása során, ha a gáz hűtése csak részleges. A talajhőmérsékletnél kisebb gázhőmérséklet viszont nyomásszabályozás után fordulhat elő, ha a földgázt a szabályozás előtt nem, vagy csak kismértékben melegítik.

Csőtávvezetékek mentén a hőmérsékletváltozás az ismert exponenciális összefüggéssel számítható (Pápay,1984.; Szilas,1985.):

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−+=

cqkLexpTTTT

mt1t2 (2.3-1)

Az egyenlet az áramló közegnek a környezeti hőcsere miatt bekövetkező hőmérsékletváltozását adja meg. Az indítási pontban érvényes (T1-Tt) hőmérsékletkülönbség a távolság függvényében exponenciálisan csökken. A hőmérsékletcsökkenés egyenesen arányos a kezdőponttól mért távolsággal és az egységnyi hosszra eső hőátbocsátási együtthatóval, és fordítottan arányos a tömegárammal, valamint a közeg aktuális fajhőjével.

Az egységnyi felületre és az egységnyi hosszra vonatkozó hőátbocsátási együttható közötti átszámításra az alábbi összefüggés szolgál:


70

π=

∗

dkk

ahol k* az egységnyi felületre, k pedig az egységnyi vezetékhosszra vonatkozó hőátbocsátási együttható. Az első esetben a mértékegység W/m2K, míg a második esetben W/mK.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50Távolság [km]

Hőm

érsé

klet

[o C]

Talaj 100% 200% 300% Tav. (100%) Tav. (200%) Tav. (300%) 2.3-1 ábra Hőmérsékletváltozás a távvezeték mentén

A 2.3-1 ábrán látható egy DN 400 névleges átmérőjű, és 50 km hosszú gáztávvezeték mentén a (2.3-1) szerint kialakuló hőmérsékletváltozás különböző gázáramok esetén. A legkisebb, 75·103 nm3/h-ás gázáramnál leggyorsabb az áramló közeg lehűlése. Kétszeres és háromszoros gázáramok esetén a gáz lehűlése kisebb mértékű, és a görbe alakja is változik.

Az ábrán megfigyelhető, hogy a távvezeték kezdőpontjától a végpontja felé haladva az exponenciális függvénynek megfelelően csökken a lehűlés mértéke. Az egyes görbéknél látható a (2.3-2) szerinti átlaghőmérséklet érték is.

Egy távvezetéki szakasz átlaghőmérsékletét a (2.3-1) összefüggés integrálásával kapott egyenletből lehet számítani:

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−+=

cqkLexp1TT

kLcqTT

mt1

mt.av (2.3-2)

Távvezetékhálózat esetén a (2.3-1) és (2.3-2) összefüggéseket ki kell egészíteni a keveredési egyenlettel. A 2.3-2 ábrán látható esetben a csomópontba két irányból érkezik a gáz, és általános esetben feltételezhető, hogy az érkezési hőmérsékletek különböző nagyságúak lesznek. A különböző hőmérsékletű gázok a csomópontban keverednek, így alakul ki a csomópontból ki-, illetve továbbáramló gáz hőmérséklete.

A keveredésnél a csomópontba be- és kiáramló gázok hőtartalmának egyenlőnek kell lenni egymással. A 2.3-2 ábrán látható csomópontra a következő egyenlet írható fel:

( ) ( ) ( ) ( )( )t3bb2211tbbbt222t111 TTcqcqcqTTcqTTcqTTcq −++=−+−+− (2.3-3)


71

T11q1

T12 q3T31 T32

T22

q2T21

2.3-2 ábra Különböző hőmérsékletű gázáramok keveredése a csomópontban

A T1 és a T2 érkezési hőmérsékleteket a (2.3-1) összefüggés segítségével lehet meghatározni. A q1 és q2 gázáramok nagysága a hidraulikai számításból adódik, a fajhőket pedig az állapotegyenletből lehet számítani. Betáplálási pont esetén a qb betáplálás nagysága adott vagy számított érték, ehhez tartozik az adott Tb betáplálási hőmérséklet. Íly módon a (2.3-3) egyenletben csak T3 az ismeretlen. Az iteratív számítás elkerülése érdekében a (2.3-1) és (2.3-3) egyenletek kombinálásával egy lineáris egyenletrendszer írható fel a távvezeték hálózatra, amelynek megoldása adja az egyes csomópontokra a keveredés utáni hőmérsékletet.

A számítási igény nagymértékben csökkenthető, ha az egyenletrendszer segítségével nem a tényleges hőmérsékletet, hanem a talajhőmérséklethez viszonyított hőmérséklet különbséget határozzák meg. Ez matematikailag a következő transzformációt jelenti:

τ = T - Tt A 2.3-2 ábrán látható elemi hálózatra a hőmérsékletszámítási összefüggés az

elmondottak alapján a következő alakban írható fel:

( ) bbb3bb2211222

2221

11

111 cqcqcqcq

cqLkexpcq

cqLkexpcq ττ++−τ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −τ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=+

(2.3-4)

Ha a vizsgált csomópontban nincs betáplálás, akkor qb=0, és a (2.3-4) egyenlet ennek megfelelően egyszerűsödik.

p=60 bar5 oC

p=56,2 bar p=37,5 bar

5 oC

p=60 bar

400

200

200

2.3-3 ábra Izotermikus áramlás


72

Az 2.3-3 és 2.3-4 ábrákon látható mintahálózat mindkét betáplálási pontjától 100+100 km hosszú DN 600 névleges átmérőjű vezetékszakaszon áramlik a földgáz az elvételi pontig. Az első változatban talajhőmérsékleten áramlik a gáz, a második változatban viszont a betáplálási pontokban a talajhőmérsékletnél nagyobb hőmérsékletű gázokat táplálnak be. A melegebb gáznak nagyobb az áramlási sebessége, ami végeredményben nagyobb nyomásveszteséget eredményez.

p=60 bar25 oC

5,3 oC 5 oC

p=55,8 bar p=34,8 bar

35 oC

p=60 bar

400

199

201

2.3-4 ábra Nem-izotermikus áramlás

Mindkét ábrán a három vezeték kapcsolódási pontjába a betáplálási pontok irányából eltérő hőmérsékletű gázáramok érkeznek, és keveredés után alakul ki az a közös hőmérséklet, amely a harmadik vezetékszakasz gázáramának induló hőmérséklete. A betáplálási pontokból 100 km-es áramlás után a gáz hőmérséklete megközelíti a talajhőmérsékletet.

2.3-1 Mintapélda: Mekkora hőmérséklet alakul ki a DN 400 névleges átmérőjű gáztávvezeték végpontjában, és mekkora lesz az átlaghőmérséklet az alábbi feltételek esetén?


Névleges átmérő 400 Vezetékhossz 50 km Gázáram 75 103 m3/h Indítóhőmérséklet 40 oC Talajhőmérséklet 5 oC Hőátbocsátási együttható 3 W/m2.K Fajhő 2,6 kJ/kg.K

A hőmérsékletcsökkenés a távvezeték mentén a (2.3-1) összefüggésből

számítható. Behelyettesítés előtt át kell számítani a felületegységre vonatkozó hőátbocsátási együtthatót hosszegységre vonatkozó értékre, továbbá a normálállapotra vonatkozó gázáramot tömegárammá:

( ) 4626004814

4425000054052 ,*,

,*exp*T =⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −−+= oC

Az 50 km hosszú DN 400 névleges átmérőjű gáztávvezetékben a gáz

hőmérséklete a 40 oC-os indítási értékről 6,4 oC-ra hűl le miközben a végpontig áramlik.


73

Az átlaghőmérséklet a (2.3-2) összefüggésből számítható:

( ) 4,152600*48,14

44,2*50000exp1*540*44,2*50000

2600*48,145T .av =⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −−−+= oC

A vizsgált gáztávvezetékben az áramló gáz átlaghőmérséklete 15,4 oC.

Gázkeveredés számítás A keveredési számítások segítségével meghatározható, mekkora lesz a földgáz energiatartalma az egyes fogyasztói végpontokban olyan esetekben is, amikor különböző összetételű - elsősorban eltérő inerttartalmú – földgázokat táplálnak be a rendszerbe.

A földgáz energetikai célú felhasználásánál alapvető paraméter az égéshő és a Wobbe-szám, de a két jellemző nem független egymástól. Az átszámítás a gáz relatív sűrűségének segítségével a következő összefüggéssel végezhető el:

r

gWo

HNρ

=

A földgázkeveredési számítások végeredménye minden csomópontra a Wobbe-szám és az inerttartalom. A Wobbe-számot nem lehet bemenő paraméterként kezelni, mert nem lineáris függvénye a földgáz összetételének, és nem érvényesek rá a keveredési mérlegegyenletek (Vet, 1982).

Az AGA Gázszállítási Munkabizottsága a gázmennyiség méréshez szükséges eltérési tényező számítási módszernél a földgáz összetételének jellemzésére figyelembe veszi a földgáz inerttartalmát is (AGA Report No.8). A gázszállító rendszerben a gázkeveredés számításához indokolt az AGA módszerét alkalmazni, és a földgázok jellemzésére a szimuláció során a következő négy paramétert célszerű használni:

• a földgáz relatív sűrűsége, • égéshője, • CO2 tartalma, • N2 tartalma. A felsorolt négy paraméter tartalmazza azt a minimális

információmennyiséget, amely a különböző számításokhoz szükséges. Mindegyikre érvényes a térfogati keveredési szabály, és segítségükkel bármely hálózati csomópontban meghatározható a Wobbe-szám is.

x1iq1

q3x3i x3i

q2x2i

2.3-5 ábra Különböző összetételű gázáramok keveredése a csomópontban


74

A hivatkozott AGA módszer a felsorolt négy gázjellemzőből egy közelítő összetételt határoz meg, ez képezi az alapját az eltérési tényezőnek és más gázjellemzőknek állapotegyenletből történő számításának. A földgáz relatív sűrűségére nemcsak a Wobbe-szám számításakor van szükség, hanem a nyomás- és hőmérsékletszámításkor is. A 2.3-5 ábrának megfelelő elemi hálózatrészre a térfogati keveredési szabály a következő egyenlettel írható le:

( ) i3b21bibi22i11 xqqqxqxqxq ++=++ (2.3-5)

Az egyenletbe az xi változó helyére rendre be kell helyettesíteni a földgáz minőségének jellemzésére korábban felsorolt négy paramétert. Ha valamely csomópontban nincs betáplálás, akkor qb=0, és az egyenlet ennek megfelelően egyszerűsödik.

p=60 barC1 97%C2 3%

p=56,2 bar p=37,5 bar

C1 97%C2 3%

p=60 bar

200

200

400

2.3-6 ábra Azonos összetételű földgáz áramlása

Az előző közelítő számítási módszerrel szemben csomópontról csomópontra meghatározható az áramló gáz öszetétetele és abból az energiatartalma, ha a (2.3-5) csomóponti keveredési egyenletbe rendre behelyettesítik az egyes komponensek móltörtjét. A keveredési egyenletet annyiszor kell felírni és megoldani, ahány komponens van összesen a különböző csomópontokon betáplált földgázokban.

Mivel a (2.3-5) egyenletben csak azoknak a szomszédos csomópontoknak a változói szerepelnek, amelyekből a gáz a vizsgált csomópont felé áramlik, ezért a (2.3-5) egyenletből álló lineáris egyenletrendszer együttható mátrixának egyik jellegzetessége, hogy aszimmetrikus. Másik jellegzetessége, hogy nagyon sok a zérus együttható, ami a (2.3-4) egyenletekből álló egyenletrendszerhez hasonló speciális megoldási eljárást igényel.

p=60 barC1C2 C1

C2CO2

p=56,1 bar p=36,3 bar

C1C2CO2 p=60 bar

97%3%

92%3%5%

204

196

400

94,5%3,0%

2,50%

2.3-7 ábra Eltérő összetételű földgáz áramlása

Nagy sebességű gázáramlás

75

Az 2.3-6 és 2.3-7 ábrákon látható mintahálózat mindkét betáplálási pontjától 100+100 km hosszú DN 600 névleges átmérőjű vezetékszakaszon áramlik a földgáz az elvételi pontig. Az első változatban azonos a földgáz összetétele a betáplálási pontokban, a második változatban viszont eltérő. Látható, hogy a földgáz összetétele hatással van az áramlási és nyomásviszonyokra is.

2.4 Nagy sebességű gázáramlás

Gázkiáramlás nagynyomású vezetékből Ha egy p0 nyomású távvezetéki szakaszból szűkítőnyíláson keresztül gáz áramlik ki a környezetbe, vagy egy kisebb nyomású térbe, az alábbi feltétel alapján két esetet kell megkülönböztetni (Bobok, 1997). Ha a nyílás p2 kilépési és a p1 belépési oldalán uralkodó nyomások hányadosára érvényes a következő egyetlőtlenség

1

1

2

12

pp −κ

κ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ>

akkor a kiáramlási sebesség hangsebességnél kisebb marad, és nagyságát a Bernoulli egyenletből levezetett összefüggéssel lehet számítani:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−κκ

=κ−κ 1

1

21 p

p1TR1

2v (2.4-1)

Az összefüggésből látható, hogy a kiáramlási sebesség nemcsak a szűkítőnyílás előtti és utáni nyomásoktól, hanem a szűkítőnyílás előtti hőmérséklettől is függ, és ismerni kell a gáz κ anyagi jellemzőjét. Ebben az esetben a kiáramlási keresztmetszetben a nyomás egyenlő a környezeti nyomással, a hőmérséklet pedig a kiindulási értéktől és az expanzió mértékétől függ.

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Nyomás [bar]

Krit

ikus

nyo

más

arán

y (p

2/p1)

-10 [oC] 0 [oC] 10 [oC] 20 [oC] 30 [oC] 40 [oC] 2.4-1 ábra Kritikus nyomásarány a nyomás és hőmérséklet függvényében

Abban az esetben, ha


76

1

1

2

12 −κ

κ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ≤

pp

a kiömlési keresztmetszetben kritikus állapot alakul ki, a gáz kiáramlási sebessége egyenlő lesz a hangsebességgel. Ezt a sebességet bármilyen kis nyomásarány esetén sem lépi túl. A kiömlési keresztmetszetben a gázsugár nem expandál a pk környezeti nyomásig, hanem csak a

1

1.krit 12pp

−κκ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ= (2.4-2)

értékig. A (pkrit.-pk) nagyságú véges nyomáskülönbség egy nyomáshullám kialakulása során emésztődik fel.

A 2.4-1 ábrán a 2.1 fejezetben adott gázösszetéllel számított kritikus nyomásarány látható a nyomás és a hőmérséklet függvényében.

A földgáz termelési, előkészítési és szállítási technológiája során fúvókákon és szabályozó szelepeken áramlik keresztül, vagy a távvezetékek sérülése esetén gázkifúvás alakul ki. A szűkítési keresztmetszetben kialakuló kritikus paramétereket az alábbi összefüggésekből lehet számítani. A kritikus kiáramlási sebesség a helyi hangsebességgel egyenlő:

12av 1.krit +κ

= (2.4-3)

1

1.krit 12pp

−κκ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ= (2.4-4)

11

1.krit 12 −κ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κρ=ρ (2.4-5)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ=

12TT 1.krit (2.4-6)

A gáziparban ismert jelenség, hogy nyáron a gázkutak hozamkorlátozó fúvókáján, vagy a távvezetékek gázátadó állomásain a nyomásszabályozó külső részén jégburkolat alakul ki. A gáztávvezetékek mentén, kis átmérőjű korróziós lyukaknál is összefagy a talaj.

Nagy sebességű súrlódásos gázáramlás A nagy sebességű gázáramlás speciális esetét jelenti a lefúvató rendszerekben kialakuló gázáramlás. A nagy sebesség miatt korlátozott a rendszer és környezete közötti kölcsönhatás, ezért a rendszerben végbemenő állapotváltozás adiabatikusnak tekinthető, ugyanakkor figyelembe kell venni a súrlódásból adódó energiaveszteséget. Nagy sebességű gázáramlás esetén már jelentős különbség van a nyugalmi állapotban vagy kis sebességnél érvényes p0 és T0, illetve az aktuális Mach-számnál a


77

mérőműszerekről leolvasható ps és Ts statikus értékek között. Az átszámítás a (2.4-7) és (2.4-8) összefüggések segítségével végezhető el.

121

011s

M2

11

pp−κκ

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −κ

+

= (2.4-7)

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −κ

+=

21

011s

M2

11

TT (2.4-8)

A gázszállító és -elosztó vezetékekben kialakuló áramlási sebesség – normál üzemviszonyok mellett - elég kicsi ahhoz, hogy a gáz térfogatváltozásából származó gyorsuláskomponens elhanyagolható legyen. A folyamat ilyen esetben alapvetően Reynolds-szám függő. Csőtöréskor vagy lefúvatás során a vezetékekben olyan nagy sebességek (v > 50 m/s) alakulnak ki, hogy ilyen esetekben a térfogatváltozásból származó gyorsuláskomponens nem hanyagolható el. A Reynolds-szám mellett a Mach-szám szerepe lesz meghatározó.

Az előzőekben említett különleges esetekben a nagy sebességű gázáramlás viszonylag rövid, néhány száz méteres csőszakaszban alakul ki, ahol az áramló gáz igen rövid ideig tartózkodik. Ezalatt nem jöhet létre jelentős nagyságú hőátadás a csővezeték és a környezete között, ezért elfogadható közelítést jelent, ha a vizsgált rendszert tökéletesen hőszigeteltnek, adiabatikusnak tekintjük. A rendszer adiabatikus jellegének feltételezése azonban nem jelenti automatikusan az áramlás izentrópikus jellegének feltételezését is, hiszen a súrlódás irreverzibilis volta miatt az entrópia az áramlás irányában monoton növekszik. Az áramlással együtt járó termikus állapotváltozás tehát nem izentrópikus. Ez egy különleges folyamat, amelynek jellemzői: a tökéletesen hőszigetelt rendszer, a súrlódás okozta entrópianövekedés, valamint az állandó tömegáram-sűrűség (Tihanyi et al., 2001.).

A nyomásesés meghatározásánál egy elemi csőszakaszra felírt kinetikus energiamérlegből kell kiindulni:

02v

Ddxfdpdvv

2

D =+ρ

+ (2.4-9)

Az egyenlet átalakításával, és megfelelő állapotegyenlet felhasználásával adódik a differenciálegyenlet végső alakja:

( )⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

−κκ

−=

1M2

1M

dMM12Ddxf

23

2

D (2.4-10)

Integrálásnál célszerű egyik határpontnak a cső kiömlő végét felvenni, ahol a gáz kritikus állapotba kerül, és az x = 0, M = 1 feltételrendszer érvényes. A másik integrálási határpont a cső végétől visszafelé mért x távolságban lévő pont, amelyben M a Mach-szám értéke. A gázipari gyakorlat szempontjából a 0 ≤ M ≤ 1 szubszonikus tartományt indokolt vizsgálni, amelyben a gáz gyorsulva halad a kritikus sebességű


78

kiömlő keresztmetszet felé. Az előző feltételek mellett az integrálás eredménye az alábbi:

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+−κ

+κ+κ

+−

κ=

1M2

1

M2

1

ln2

1M

M1fDL

2

2

2

2

D

(2.4-11)

Az összefüggés megadja a csőhossz és Mach-szám közötti kapcsolatot. Számítás során célszerű a 0 … 1 tartományban különböző M értékeket felvenni, és a hozzájuk tartozó L értékeket számítani.

A (2.4-10) összefüggés M1 és M2 határok között is integrálható. Az így kapott összefüggés a csővezeték mentén tetszőleges pontok között teszi lehetővé a Mach-szám változás meghatározását (Coulter, 1984).

( )[ ]( )[ ]2

122

22

21

22

21

D

M12MM12Mln

21

M1

M1

DLf

−κ+−κ+

κ+κ

+κ

−κ

= (2.4-12)

Ha a vezeték valamely pontjaiban ismertek a Mach-számok, akkor a nyomások és a hőmérsékletek az alábbi összefüggésekkel számíthatók:

( )( ) 2

2

21

2

1

1s

2s

M12M12

MM

pp

−κ+−κ+

= (2.4-13)

22

21

1s2s

M2

11

M2

11TT

−κ+

−κ+

= (2.4-14)

A (2.4-12), (2.4-13) és (2.4-14) összefüggések felhasználásával számított paraméterek a 2.4-1, a 2.4-2 és a 2.4-3 ábrákon láthatók.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 50 100 150 200 250 300

Távolság [m]

Mac

h-sz

ám

2.4-1 ábra Mach-szám változása a távolság függvényében


79

A 2.4-1 ábra egy 300 m hosszú és DN 200-as névleges átmérőjű lefúvató vezeték mentén szemléteti a Mach-szám változását. A kezdőpontban a Mach-szám 0,2-as értékű, ami az első 250 m-es hosszúságú szakaszon az expanzió következtében 0,44-re nő. A lefúvató vezeték utolsó 50 m-es szakaszán a sebesség nagyon gyorsan nő, és a kiömlési keresztmetszetben eléri a hangsebességet. Az ábrán látható jellegzetes Mach-szám eloszlást a lefúvató vezeték szakaszokra osztásánál figyelembe kell venni, azaz a kiáramlási végpont közelében egyre rövidebb szakaszokra kell a számítást végezni.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200 250 300

Távolság [m]

Ára

mlá

si s

ebes

ség

[m/s

]

2.4-2 ábra Áramlási sebesség változása a távolság függvényében

A mintapélda szerinti esetben a lefúvató rendszer végpontjában, azaz a kiáramlási keresztmetszetben a Mach-szám eléri az 1-es értéket, és un. kritikus áramlási állapot alakul ki. A gyakorlatban a lefúvató rendszerek általában több, eltérő átmérőjű szakaszból állnak. A lefúvató vezeték egy állványcsőhöz (fáklyakéményhez) kapcsolódik, ennek végén pedig az égőcső található. Ha az állványcső és az égőcső nagyobb átmérőjű a földbe fektetett lefúvató vezetéknél, akkor a kritikus állapot nem a kiáramlási keresztmetszetben, hanem a rendszer egy előző pontjában, például a lefúvató vezeték és az állványcső kapcsolódási pontjában alakul ki.

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 50 100 150 200 250 300

Távolság [m]

Hőm

érsé

klet

[o C]

T0 Tti 2.4-3 ábra Hőmérsékletváltozás a távolság függvényében


80

A 2.4-2 ábra tanúsága szerint az áramlási sebesség változása a vezeték hossza mentén összhangban van a Mach-szám változásával. A lefúvató vezeték 5/6-od részén csak mérsékelt, az utolsó 1/6-od részén viszont nagyon erőteljes a sebességnövekedés.

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250 300

Távolság [m]

Nyo

más

[bar

]

P0 Pti Psi(Fanno) 2.4-4 ábra Nyomásváltozás a távolság függvényében

A 2.4-3 ábrán a hőmérsékletváltozás látható a lefúvató vezeték mentén. A T0 jelű görbe a gáz nyugalmi, vagy kis sebességeknél érvénye hőmérsékletét mutatja. A nagy áramlási sebesség miatt már a lefúvató vezeték kezdőpontjában is eltér a gáz hőmérséklete a nyugalmi értéktől. Megfigyelhető, hogy a lefúvató vezeték utolsó szakaszán erőteljes hőmérsékletcsökkenés lép fel. A 2.4-4 ábrán három görbe látható. A p0 nyomás a lefúvatandó távvezetéki szakaszban lévő gáz nyomását jelenti. A pti értékek a súrlódási nyomásveszteséggel csökkentett nyomásértékeket adják meg. A nagy sebesség miatt a nyomásenergia egy része kinetikus energiává alakul. Ennek a csökkenésnek a mértékét szemlélteti a psi jelű görbe.

2.5 Általános tervezési szempontok

Párhuzamosan üzemelő csőtávvezetékek Két azonos hosszúságú csőtávvezeték párhuzamos üzeme esetén a kezdőpontok a betáplálási pontban, a végpontok pedig az elvételi pontban kapcsolódnak egymással. A szállított mennyiség az átmérőktől függően lehet azonos vagy különböző.

d1 L q1

p1 p2 d2 L q2

2.5-1 ábra Párhuzamosan üzemelő távvezetékek

A 2.5-1 ábrán látható a párhuzamosan üzemelő távvezetékek általános esete, amelynél az egyik csővezeték átmérője d1, a másiké pedig d2.

Általános tervezési szempontok

81

Ilyen esetben a nyomásveszteség számítására szolgáló (2.2-1) alapegyenletből az alábbi összefüggések vezethetők le. Egyenértékű átmérő:

( ) 5/22/52

2/51e ddd += (2.5-1)

A gázáramok aránya:

52

51

2

1

d

dqq

= (2.5-2)

A sebességek aránya:

2

1

2

1

dd

vv

= (2.5-3)

Szállítókapacitás növelése párhuzamosítással Előadódhat az a helyzet, hogy egy létező távvezeték kapacitását kell bővíteni, és ennek egyik lehetséges módja, ha a régi vezeték nyomvonalán párhuzamos veztetéket létesítenek. Indokolt lehet azonban a párhuzamosítást egynél több ütemben végezni. A szakaszos párhuzamosítás hidraulikai hatását az alábbi módon lehet vizsgálni. Legyen az eredeti távvezeték szállítókapacitása q0, ekkor a nyomásveszteség az alábbi egyszerűsített formában fejezhető ki:

LdqKpp 5

1

202

221 =− (2.5-4)

Részleges párhuzamosítás esetén a számításokhoz a távvezeték két részre bontható: az x hosszúságú párhuzamosított szakaszra, és az (L-x) hosszúságú még nem párhuzamosított szakaszra. A párhuzamosított szakaszon a szállított gáz megoszlik a két távvezeték között, míg a nem párhuzamosított szakaszon a teljes gázáram fog áramolni:

( )xLdqKx

dqKpp 5

1

21

51

2112

221 −+=− (2.5-5)

A párhuzamosított szakaszon a két vezeték együttes szállítókapacitása:

12111 qqq += de (2.5-2) szerint

52

51

12

11

d

dqq

=

Az előzőek alapján


82

Bq

dd1

qq 12/5

1

2

111 =

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

ahol ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

2/5

1

2

dd1B

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 25% 50% 75% 100%

Párhuzamosított vezetékhossz

Szál

lítók

apac

itás

növe

kmén

y

2.5-1 ábra Szállítókapacitás növekedés párhuzamosítással

Azonos átmérő esetén B=2. Részleges párhuzamosításnál a megnövekedett szállítókapacitást az eredeti távvezeték szállítókapacitásához célszerű viszonyítani. Ebben az esetben az alábbi összefüggést kapjuk:

Lx1

B11

1qq

20

1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

= (2.5-6)

A 2.5-1 ábrán azonos átmérővel történő párhuzamosítás kapacitásnövelő hatása látható. Az ábra alapján megállapítható, hogy a szállítókapacitás nem lineárisan változik a párhuzamosított hosszal. 50 %-os párhuzamosítás esetén a szállítókapacitás 26 %-al, 75 %-os párhuzamosítás esetén pedig 51 %-al fog növekedni. Természetesen teljes párhuzamosítás esetén a szállítókapacitás megduplázódik.

2.5-1 Mintapélda: Mekkora az egyenértékű átmérő, továbbá a gázáramok és a sebességek aránya azonos hosszúságú párhuzamosan üzemelő gáztávvezetékek esetén?


Névleges átmérő (1) 400 Névleges átmérő (2) 600


83

A hidraulikailag egyenértékű átmérő a (2.5-1), a gázáramok aránya a (2.5-2) és a sebességek aránya a (2.5-3) összefüggésből számítható. A belső átmérőt a falvastagság ismeretében vagy feltételezésével lehet számítani.

( ) 666,0591,0387,0d 5/22/52/5e =+= m

347,0591,0387,0

qq

5

5

2

1 ==

809,0591,0387,0

vv

2

1 ==

2.5-2 Mintapélda: Mekkora szállítókapacitás növekményt eredményez egy DN 400 gáztávvezeték első szakaszának részleges párhuzamosítása azonos átmérőjű távvezetékkel?

Megnevezés Érték Mértékegység Névleges átmérő 400 Részleges párhuzamosítás aránya (x/L) 40 %

Részleges párhuzamosítás esetén a kapacitásnövekményt a (2.5-6)

összefüggésből lehet számítani: B=2

1951401

211

1

20

1 ,,q

q=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=

A vezetékhossz 40 %-os részleges párhuzamosítása az eredetivel azonos

átmérőjű távvezetékkel 19,5 %-os kapacitás növekedést eredményez.

Szállítókapacitás növelése részleges cserével

P1 d2 p3 d1 p2 x L-x

2.5-2 ábra Csőtávvezeték részleges cseréje nagyobb átmérőjű vezetékre

A gázszállító rendszer fejlesztése során felmerülhet valamely kis kapacitású távvezeték cseréje nagyobb átmérőjű vezetékre. Ha a cserét nem egyetlen ütemben végzik, a részleges csere kapacitásnövelő hatását az alábbi módon lehet vizsgálni.

Az eredeti csőtávvezeték szállítókapacitása az alábbi egyenlettel jellemezhető:

205

1

22

21 q

dLKpp =− (2.5-7)


84

Változatlan kezdő- és végponti nyomást feltételezve a részleges csere után az egyenlet jobb oldalán az első tag az új, x hosszúságú és nagyobb átmérőjű vezetékszakasz nyomásveszteségét, míg a második tag az (L-x) hosszúságú régi vezetékszakasz nyomásveszteségét írja le:

( ) 215

1

215

2

22

21 q

dxLKq

dxKpp −

+=− (2.5-8)

A két egyenletből összevonás után kapjuk a számítás alapegyenletét

( ) 215

1

215

2

205

1

qd

xLqdxq

dL −

+= (2.5-9)

A (2.5-9) összefüggésből meghatározhatjuk azt a távvezetéki hosszt, amelyen az eredeti d1 átmérőjű vezetéket d2 nagyobb átmérőjű vezetékre cserélve biztosítható a (q1/q0-1) szállítókapacitás növekmény.

( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= xL

ddx

qqL

5

2

120

21 (2.5-10)

Ha a kérdés az, hogy adott hosszúságú távvezetéki szakasz cseréje mekkora szállítókapacitás növekményt eredményez, a (2.5-9) egyenletből a gázáram arányt kell kifejezni.

11dd

Lx

1qq

5

2

10

1

+⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (2.5-11)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

180%

200%

0% 25% 50% 75% 100%

Párhuzamosított vezetékhossz

Szál

lítók

apac

itás

növe

kmén

y

2.5-3 ábra Szállítókapacitás növekedés részleges hosszúságú vezetékcsere esetén

A 2.5-3 ábrán egy DN 400 névleges átmérőjű távvezetéknek DN 600 névleges átmérőjű távvezetékkel történő részleges cseréje során a szállítókapacitás változás nagysága látható. Az ábra alapján megállapítható, hogy a kapacitásnövekedés nem


85

lineárisan változik a cserélt szakasz hosszával. A távvezetéki hossz felének a cseréje mindössze 34 %-os kapacitásnövekedést eredményez. A távvezeték hosszának 75 %-án végrehajtott vezetékcsere esetén a kapacitásnövekedés 71 %-os. Ha a régi távvezeték helyett teljes hosszban elkészül a nagyobb átmérőjű új távvezeték, a szállítókapacitás változatlan kezdő- és végponti nyomások esetén 182 %-kal lesz nagyobb.

2.5-3 Mintapélda: Mekkora szállítókapacitás növekményt eredményez, ha egy DN 400 névleges átmérőjű gáztávvezeték első 40 % hosszúságú szakaszát DN 600 névleges átmérőjű távvezetékre cserélik?

A távvezeték első szakaszának részleges cseréje esetén a kapacitásnövekményt a (2.5-11) összefüggésből lehet számítani. A belső átmérőt a falvastagság ismeretében vagy feltételezésével lehet számítani.

242,1

11591,0387,0*4,0

1qq

50

1 =

+⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

=

A vezetékhossz 40 %-os részleges cseréje DN 600 névleges átmérőjű

távvezetékre 24,2 %-os kapacitásnövekedést eredményez.

Célszerű fejlesztési stratégiák A fejlesztési stratégia alapkérdése általánosan úgy fogalmazható meg, hogy egy adott nagyságú szállítókapacitást egyetlen nagy átmérőjű, vagy több kisebb átmérőjű csőtávvezeték létesítésével célszerű-e biztosítani. A kétféle megoldás egyenrangúnak tekinthető-e beruházási és üzemeltetési szempontból.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Névleges kapacitás [109 m3/a]

Fajla

gos

felü

let [

m2 /m

]

DN 400 Párhuzamos Céltávvezeték 2.5-2 ábra A fajlagos felület változása hidraulikailag egyenértékű megoldások esetén

A 2.5-2 ábra azonos névleges szállítókapacitást biztosító technikai megoldások esetén mutatja az egységnyi gázáramra jutó fajlagos felületet. Minél kisebb ennek a mutatószámnak az értéke, annál kisebb a súrlódási energiaveszteség, és annál hatékonyabb a nyomásenergia felhasználása. A legkisebb fajlagos felület egyetlen nagy átmérőjű csőtávvezeték esetén adódik. Ha egy adott szállítókapacitást két kisebb


86

átmérőjű, együttműködő párhuzamos vezetékkel biztosítják, a fajlagos felület 1,52-szer lesz nagyobb. Az alapesethez képest többszörös lesz a növekedés, ha a szükséges szállítókapacitást DN 400 névleges átmérőjű, párhuzamosan üzemelő távvezetékekből építenék ki. Könnyű belátni, hogy minél kisebb átmérőjű csővezetkékből álló „csőköteg” biztosítja a kívánt szállítókapacitást, annál kedvezőtlenebb és gazdaságtalanabb a megoldás.

0

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Névleges kapacitás [109 m3/a]

Fajla

gos

töm

eg [k

g/m

]

DN 400 Párhuzamos Céltávvezeték 2.5-3 ábra A fajlagos tömeg változása hidraulikailag egyenértékű megoldások esetén

Az előzőhöz hasonló következtetés vonható le a 2.5-3 ábrából, ha a hidraulikailag egyenértékű megoldásoknál a fajlagos tömeget vizsgáljuk. Minél kisebb átmérőjű csővezetékekből építik ki a szükséges szállítókapacitást, annál nagyobb mennyiségű acélt kell beépíteni. A szállítókapacitás növelés gazdaságos módja tehát nem a párhuzamosítás, hanem nagyobb átmérőjű távvezeték létesítése.

A gyakorlat szempontjából fontos kérdés az áramlási sebesség és a nyomásgradiens közötti kapcsolat. A kérdés vizsgálatához a Darcy-Weisbach összefüggés használható:

2D vd2

fLp ρ

=Δ (2.5-12)

Az összehasonlító vizsgálatnál 40 bar-os távvezetéki átlagnyomást, és konstans értékű súrlódási tényezőt feltételeztünk.

A 2.5-4 ábra jól szemlélteti a sebesség növekedését a nyomásgradiens függvényében. Látható, hogy 100 km hosszúságú távvezeték esetén 0,2 bar/km, vagy annál kisebb gradiens engedhető csak meg, vagyis az átmérőtől függően 10 m/s sebesség tekinthető felső határnak. A gyakorlatban a szállítási útvonalak 100 km-nél hosszabbak, ezért az áramló gáz nyomásenergiájával való hatékony gazdálkodás érdekében nem célszerű túllépni a 0,2 bar/km-es nyomásgradiens, és a 10 m/s-os áramlási sebesség határértéket. A (2.5-12) összefüggésből látható, hogy az áramlási sebesség és a nyomásgradiens közötti kapcsolatot nemcsak a csőátmérő, hanem a gáz sűrűsége, közvetve a vezetékszakasz átlagnyomása is befolyásolja.

A szállítókapacitás értelmezése

87

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25Nyomásgradiens [bar/km]

Sebe

sség

[m/s

]

0,0

3,6

7,2

10,8

14,4

18,0

21,6

25,2

28,8

32,4

36,0

Sebe

sség

[km

/h]

DN 400 DN 600

2.5-4 ábra A sebesség változása a nyomásgradiens függvényében

2.6 A szállítókapacitás értelmezése

A földgázpiac liberalizációs folyamatában egyre élesebben vetődnek fel a földgázszállító rendszer tényleges, illetve szabad kapacitásával kapcsolatos kérdések. A nyitott gázpiac működését szabályozó EU Földgáz Direktíva előírja, hogy az engedéllyel rendelkező földgázkereskedők az energiahordozó szállítása céljából – megfelelő tarifa ellenében - korlátozás nélkül igénybe vehetik a csővezetékes infrastruktúrát. Az Irányelv szerint a rendszer üzemeltetőjének – megkülönböztetés nélkül - biztosítani kell a szabad hozzáférést a csővezetékes rendszer szabad kapacitásához. Az egyszerű és világos jogi feladat megoldása során azonban nem várt nehézségekbe ütközik az, aki megpróbál módszert kidolgozni a kapacitás abszolút nagyságának, vagy a szabad (tartalék) kapacitás mértékének a meghatározására. Az alábbiakban elemi mintapéldák szemléltetik a kapacitás értelmezésének alapvető problémáját (Tihanyi et al., 2002.).

A szállítókapacitás meghatározása szempontjából a legegyszerűbb esetet a céltávvezeték jelenti. Az alábbiakban vizsgált céltávvezeték 200 km hosszúságú és DN 600 névleges átmérőjű csőtávvezeték, amelynek indítópontjában 60 bar, elvételi pontjában pedig 35 bar nyomás van adva. Az a./ esetben csak a távvezeték végpontjában van elvétel, azaz ténylegesen céltávvezetéknek tekinthető, a b./ esetben a felezőpontban is van elvétel. Végül a c./ esetben az elvételi pont a távvezeték felezőpontjában van, és mindkét végpont betáplálási pont. A számítási eredmények az alábbi hálózati vázlatokon és a 2.6-1 ábrán láthatók. Az ábrán, és a továbbiakban a gázáramok mértékegysége 103 m3/h.

a./ eset

60 bar 35 bar

332 332332 332

Teljes szállítókapacitás: 332 em3/h


88

b./ eset

60 bar 35 bar

417 217417 217

200

Teljes szállítókapacitás: 417 em3/h c./ eset

60 bar 35 bar 60 bar

470 470940470 470

Teljes szállítókapacitás: 940 em3/h Az a./ esetben a szállítókapacitás azt a gázáramot jelenti, amely a betáplálási

pontból a fogyasztási végpontba szállítható. A b./ esetben a közbenső elvétel aszimmetrikussá tette a távvezetékrendszer terhelését. Változatlan indító- és érkezőponti nyomás mellett csökkent az elvételi végpontba szállítható gázáram, de a távvezetékrendszeren szállítható összes gázmennyiség nőtt. A c./ esetben a szállítási távolság a felére csökkent, ennek hatására a felezőpontba szállítható gázmennyiség többszörösére nőtt.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0 25 50 75 100 125 150 175 200Távolság [km]

Nyo

más

[bar

]

125% 100% 283% 2.6-1 ábra Gáztávvezeték szállítókapacitásának változása

60 bar-os indítónyomás esetén

A 2.6-1 ábrán a nyomásváltozás látható a távvezeték hossza mentén a vizsgált esetekben. Az összehasonlításnál az a./ esetet tekintettük alapesetnek. Ha a b./ esetben a szállítókapacitást úgy értelmezzük, mint a közbenső és a végponti elvétel összegét, akkor az alapesethez képest 25 %-os kapacitásnövekedés adódik. A közbenső elvétel azonban visszahat a végponti elvétel nagyságára, ami az alapesethez képest csökken. Ilyen esetben a távvezeték mentén a végpontig elszállított gázmennyiség hidraulikai hatása, és a közbenső pontig elszállított gézmennyiség hidraulikai hatása összeadódik. Ez okozza azt, hogy az első távvezetéki szakaszban a nagyobb gázáram hatására


89

nagyobb, a második szakaszban a kisebb gázáram hatására kisebb nyomásgradiens alakul ki, mint az alapesetben. Az előzőekből következik, hogy minél kisebb távolságra van a közbenső elvételi pont a betáplálási ponttól, annál jobban közelít a nyomásváltozási görbe az alapesethez, továbbá annál nagyobb lesz a rendszer kapacitásnövekedése. A c./ esetben az elvételi pontba két oldalról áramlik a gáz, ennek hatására a szállítókapacitás 183 %-kal nő.

Az előző esetek arra világítottak rá, hogy egy adott rendszernél a betáplálások és az elvételek területi megoszlása jelentősen befolyásolja a szállítókapacitást.

A második mintapéldában egyetlen eltérés van az elsőhöz képest, mégpedig a kezdő- és végponti nyomás 5 bar-al kisebb a korábban feltételezett 60 bar-os értéknél.

a./ eset

55 bar 30 bar

315 315315 315

Teljes szállítókapacitás: 315 em3/h b./ eset

55 bar 30 bar

398 198398 198

200

Teljes szállítókapacitás: 398 em3/h c./ eset

55 bar 30 bar 55 bar

445 445445 445

890

Teljes szállítókapacitás: 890 em3/h A 2.6-2 ábrán az a./ …c./ esetekre vonatkozó nyomásváltozás látható a

távvezeték hossza mentén. Az első mintapéldához hasonlóan az a./ esetben csak végponti elvétel van, a b./ esetben a végponti elvételen kívül a felezőpontban is van elvétel. A kapacitás értékelésnél az első mintapélda a./ esete jelentette az alapesetet, a százalékos kapacitásértékek erre a bázisértékre vonatkoznak. A számítási eredményekből látható, hogy az 5 bar-os kezdő- és végponti nyomáscsökkenés minden vizsgált esetben kisebb szállítókapacitást eredményezett, mint az első mintapéldában.

A Gas Transmission Europe (GTE) szervezet szakértői által 2001. júliusában, a 4th European Gas Regulatory Forum-on, vagy szakmai körökben használt rövid elnevezéssel a 4. Madrid Fórum-on munkaanyagként beterjesztett „Capacity and Congestion Report”–hoz kapcsolódó előadásban a szállítókapacitás értelmezését egyszerű mintapélda segítségével szemléltették (GTE-Capacity, 2001.).


90

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0 25 50 75 100 125 150 175 200Távolság [km]

Nyo

más

[bar

]

120% 95% 268% 2.6-2 ábra Gáztávvezeték szállítókapacitásának változása

55 bar-os indítónyomás esetén

A 2.6-3 ábrán látható mintapélda egy elemi hálózat áramlási viszonyait szemlélteti. Mindkét betáplálási pontban 80 bar az indítónyomás, az elvételi végponton 49 bar az érkezőnyomás. Az előző feltételekhez tartozó áramlási viszonyokat bázisállapotnak, az egyes vezetékszakaszok kapacitáskihasználtságát 100 %-nak tekintették.

80 bar 80 bar

100 % 100 %

3

100 %

49 bar

12001200

2400

21

4 2.6-3 ábra Kapacitás mintapélda két forráspont esetén

A 2.6-4 ábrán változatlan létesítmény, továbbá változatlan betáplálási és elvételi nyomások esetén, de közbenső fogyasztás feltételezésével láthatók a gázáramok, és az egyes vezetékszakaszok kapacitáskihasználtsága. A százalékos értékekből látható, hogy csupán a közbenső elvétel számításba vétele milyen jelentős mértékben módosítja az áramlási képet.


91

80 bar 80 bar

150 %

3 67 %

75 %

49 bar

18002000167 %

4

1 21000

1800

800100083 %

1000

2.6-4 ábra Szállítókapacitás változása közbenső elvételek esetén

A 2.6-5 ábrán a csőtávvezeték rendszer azonos a korábbiakkal, de a szállítási irány két vezetékszakaszban megváltozott. Az új hidraulikai határfeltételek mellett teljesen új áramlási kép alakult ki, és az egyes vezetékszakaszok kapacitáskihasználtsága a korábbiaktól merőben eltérő képet mutat.

Az előző mintapéldák szerzői a szállítókapacitást egymástól eltérő módon értelmezték. A 2.6-1 és 2.6-2 ábrák szerinti mintapéldáknál a kapacitás adott feltételek mellett a távvezetékrendszer lehetséges maximális gázforgalmát jelenti. A 2.6-3 … 2.6-5 ábrák szerinti mintapéldában a szállítókapacitás vezetékszakaszokra vonatkozik, és a referencia állapotban kialakuló gázáramokat tekintették az egyes vezetékszakaszok névleges szállítókapacitásának.

Az első, rendszerszemléletű értelmezés összhangban van azzal a tapasztalattal, hogy a szállítókapacitás minden esetben a rendszer egészére vonatkozó feltételek halmazától függ. Ennek a megközelítésnek a gyenge pontja az, hogy a rendszer eredő kapacitását nem lehet szállítási útvonalakra bontani. A második értelmezés a rendszernek és az egyes alkotóelemeknek a névleges szállítókapacitását egy referencia állapothoz köti. Ennek a közelítésnek a gyenge pontja az, hogy ténylegesen nincs referencia állapot.

80 bar 49 bar

88 %

3 171 %

71 %

80 bar

29 %1700

4

10001000

113 %

350 2050

1050

1 2

1350

2.6-5 ábra Kapacitás változása fordított áramlási irány esetén


92

Általánosságban elmondható, hogy egy szállítórendszer esetén megkülönböztethető téli és nyári üzemállapot, tényleges csúcsnapi, vagy adott szigorúságú tél leghidegebb napjára vonatkozó, előrejelzett terhelési állapot. Egy új betáplálási pont vagy föld alatti tároló belépésével megváltozhatnak az áramlási útvonalak és a szállítási távolságok, ennek hatására új létesítmények nélkül is megnőhet a szállítókapacitás.

A „GTE Balancing and Storage Report” c. jelentés szakértői rámutattak az időben állandó (állandósult) és az időben változó (tranziens) gázáramok esetén érvényes szállítókapacitás eltérésére (GTE-BSR, 2001.). Azt vizsgálták, hogy DN 750 névleges átmérőjű céltávvezeték esetén 66 bar betáplálási és 49 bar elvételi nyomás mellett mekkora gázáramok alakulnak különböző hosszúságú távvezetékek esetén. Állandósult esetben a végponti gázelvételt a betáplálási és az elvételi végpontok nyomásaiból határozták meg. Ezt tekintették a távvezeték statikus szállítókapacitásának. Időben változó szállítási rezsim esetén feltételezték, hogy a vizsgált nap első felében az elvétel 10 %-al nagyobb, második felében pedig 10 %-al kisebb, mint a betáplált órai gázmennyiség. Az indítóponti és az elvételi végpont nyomásának a változások ellenére benn kell maradni a 66 … 49 bar-os tartományban. Az előző feltételezésekkel kapták a 2.6-1 táblázatban szereplő kapacitás értékeket.

2.6-1 táblázat Céltávvezeték szállítókapacitása különböző rezsimek esetén Vezetékhossz Szállítókapacitás

(statikus) Szállítókapacitás

(napi kiegyensúlyozás esetén) Kapacitás csökkenés

[km] [103 m3/h] [103 m3/h] [%] 50 1080 360 67

100 760 460 40 150 620 450 27 200 530 420 21 250 470 390 17 A csőtávvezetékek szállítókapacitásának az előzőek szerinti értelmezése

figyelemre méltó, de látni kell, hogy kiindulási feltételként egy nagyon szigorú feltételt építettek be: a betáplálási és az elvételi pont nyomása változó terhelés mellett sem léphet ki a statikus kapacitás meghatározásánál felvett nyomástartományból.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 50 100 150 200 250 300

Vezetékhossz [km]

Akt

uális

szá

llító

kapa

citá

s [1

03 m3 /h

]

Állandósult Napi kiegyensúlyozás 2.6-6 ábra Aktuális szállítókapacitás a vezetékhossz függvényében


93

A 2.6-6 ábra tanúsága szerint már viszonylag kismértékű terhelésingadozás is jelentős kapacitáscsökkenést eredményez. Az a tény azonban, hogy a két görbe a távvezeték hosszának a növekedésével közelít egymáshoz azt mutatja, hogy nagyobb vezetékkészlet esetén a terhelésingadozásból adódó nyomásváltozás csökkenő mértékű, egyre jobban közelít az állandósult állapotra érvényes konstans nyomásokhoz.

DN 750 névleges átmérő és 100 km vezetékhossz

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

0 4 8 12 16 20 24

Idő [h]

Végp

onti

terh

elés

ek [1

03 m3 /h

]

Betáplálás Elvétel qáll. 2.6-7 ábra Állandó és időben változó terhelés összehasonlítása

A 2.6-7 és 2.6-8 ábrák a fentiek szerinti kapacitás értelmezést szemléltetik. Ennek megfelelően 100 km-es vezetékhossz esetén 760 103 m3/h gázmennyiség szállítható 66 bar-os betáplálási és 49 bar-os elvételi nyomás mellett. Ha ugyanezen a vezetékszakaszon az előző nyomástartományt úgy használják ki, hogy a vizsgált nap első felében az elvétel 10 % -al nagyobb, a nap második felében pedig 10 %-al kisebb a betáplált órai gázmennyiségnél, akkor az előzőnél lényegesen kisebb, mindössze 460 103 m3/h gázmennyiség szállítható a vezetékszakaszon.


30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 4 8 12 16 20 24

Idő [h]

Nyo

más

[bar

]

p1 p11 p1áll. p11áll. 2.6-8 ábra Nyomásváltozás állandósult és tranziens áramlási viszonyok esetén


94

A 2.6-8 ábrán látható, hogy időben változó végponti elvétel mellett a p1 és p11 nyomások különbsége kisebb, mint p1áll. és a p11áll. nyomások különbsége. Végeredményben a szállítókapacitás csökkenés 40 %-os.


300

350

400

450

500

550

0 4 8 12 16 20 24

Idő [h]

Végp

onti

terh

elés

ek [1

03 m3 /h

]

Betáplálás Elvétel qáll. 2.6-9 ábra Állandó és időben változó terhelés összehasonlítása

A 2.6-9 és 2.6-10 ábrákat összehasonlítva a 2.6-7 és 2.6-8 ábrákkal megállapítható, hogy hosszabb vezetékszakasz esetén a korábbiakkal azonos hidraulikai határfeltételek mellett csökken az eltérés az állandósult és a tranziens áramlási viszonyok között kialakuló szállítókapacitás között. Ennek megfelelően 200 km-es vezetékhossz esetén 530 103 m3/h gázmennyiség szállítható állandósult, és 420 103 m3/h gázmennyiség szállítható tranziens áramlás esetén. A szállítókapacitás csökkenés ebben az esetben csak 21 %.


30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 4 8 12 16 20 24

Idő [h]

Nyo

más

[bar

]

p1 p11 p1áll. p11áll. 2.6-10 ábra Nyomásváltozás állandósult és tranziens áramlási viszonyok esetén

Egy csőtávvezeték rendszer szállítókapacitását az alábbi feltételek befolyásolják:

A/ Fix vagy lassan változó tényezők: • Csőtávvezetékek hossza, átmérője,


95

• Kompresszorállomások beépített gépegységeinek teljesítménye, • Betáplálások és elvételek helyének és nagyságának területi (földrajzi)

megoszlása, B/ Változó tényezők: • A csőtávvezetékes szállítórendszer alkotóelemeinek kapcsolódása, • A betáplálási pontoknak és a kompresszorállomások kimeneti pontjainak a

nyomása, • Az elvételi pontokban a terhelések nagysága, jellemző értéke, • Az elvételi pontok terhelésének a nagysága. A fejezet első részében bemutatott mintapéldákban a felsoroltak közül az

elvételi pont helye, az indítónyomás, valamint a szállítási irány változott. A vizsgált egyszerű hálózaton már a felsorolt néhány tényező változása is elegendő volt ahhoz, hogy a kapacitás nagyságára vonatkozó kérdést ne tudjuk megválaszolni. A többszáz betáplálási és elvételi ponttal rendelkező országos gáztávvezeték hálózat esetén további szabadságfokok miatt a szállítókapacitás nagyságára, vagy a szabad kapacitásra vonatkozó kérdés megválaszolása csak az összes létesítményre és az összes csomópontra vonatkozó aktuális feltételek megadásával egyidejűleg lehetséges.

Az előzőek alapján hangsúlyozni kell, hogy a szállítókapacitás egy sokváltozós függvénnyel írható le matematikai formában. Ennek a függvénynek az értékei analitikusan nem, csak egy szimulációs programmal határozhatók meg. A rendszer irányítása szempontjából nem a komplex kapacitásfüggvénynek van jelentősége, hanem annak a szimulációs szoftvernek, amely tetszőleges paraméterek mellett alkalmas a rendszer áramlási és nyomásviszonyainak számítására.

A fenti értelmezések közös jellemzője volt, hogy a kapacitás értelmezését a létesítmény oldaláról, azaz technikai szempontból közelítette. Ettől alapvetően eltér a szállítókapacitás kereskedelmi értelmezése, amelynél nem a technikai, hanem a kereskedelmi feltételrendszer az elsődleges. Mivel a gázszállító rendszer üzemeltetőjének a szállítási szerződésekben rögzített feladatokat kell teljesíteni, a „GTE Capacity and Congestion Report” c. jelentés szakértői a kereskedelmi értelmezés fontosságára hívták fel a figyelmet (GTE-Capacity, 2001.).

170 170

100 100100

170

70

Tényleges áramlás

Lekötött kapacitás

Lekötött kapacitás

S1 C1

S2C2

A B

2.6-11 ábra A szállítókapacitás kereskedelmi értelmezése

A 2.6-11 ábra szemlélteti azt az alaphelyzetet, amely a szállítókapacitás kereskedelmi értelmezéséhez vezetett. Ebben az esetben C1 fogyasztó S1 kereskedővel kötött szerződést 170 egységnyi földgázellátásra. A földgáz A pontból B


96

pontba történő szállításához 170 egységnyi távvezetéki szállítókapacitás lekötésére van szükség. Az előzővel egyidejűleg C2 fogyasztó S2 kereskedővel kötött szerződést 100 egységnyi földgázellátásra. A B pontból A pontba történő szállításhoz a kereskedő 100 egységnyi távvezetéki szállítókapacitást köteles lekötni. Egy adott távvezetéki szakaszon azonban csak egyirányban áramolhat a gáz, ezért az a helyzet alakul ki, hogy S1 kereskedő által betáplált gázból C2 fogyasztó fog 100 egységet felhasználni, és csak 70 egységet kell továbbszállítani A pontról a B pontba. A távvezeték másik végén hasonló helyzet alakul ki: S2 kereskedő által betáplált gázt teljes egészében C1 fogyasztó használja fel. Ebben a helyzetben C2 fogyasztó gázellátása attól az S1 kereskedőtől függ, akivel nincs szerződéses kapcsolatban, és hasonlóan C1 fogyasztó gázellátása részben S2 kereskedőtől függ, akivel nincs szerződéses kapcsolatban. Az előzőek szerinti alaphelyzet az un. lecseréléses gázellátás, amelynél a gázellátási szerződésben a fogyasztó csak a folyamatos ellátás jogát szerezte meg, de nem biztosítják számára, hogy a kereskedő által megvásárolt gázmolekula fizikailag is eljut hozzá. A rendszer működőképes, de számos kérdés tehető fel. Példaként ezek közül csak néhány: Mit szavatolnak a gázellátási szerződések? Milyen kötelezettségeik vannak az egyes szereplőknek? Ki vagy mi szavatolja az ellátásbiztonságot? Hogyan lehet a szállítókapacitást és a szállítási díjat számítan?

A lecseréléses gázellátás esetén a szállítókapacitás-lekötés új megközelítést igényel. Ha a 2.6-11 ábra szerinti esetben mindkét kereskedő a gázellátási szerződéssel szinkronban teljesíti a kapacitáslekötést, akkor összesen 270 egységnyi kapacitást kötnek le, a tényleges 70 egységnyi szállítókapacitás igénybevételével szemben. A kereskedelmi és a fizikai szállítókapacitás elszakadása egymástól jelentős túlértékesítést eredményezhet, amely költségnövelő hatása mellett csökkenteni fogja az átláthatóságot. Felmerül a kérdés, mi lesz akkor, ha C1 vagy C2 fogyasztó 2-3 hetes karbantartásra leáll, és a kereskedő csak a minimális gázigénynek megfelelő mennyiség betáplálásáról gondoskodik ebben az időszakban. Ez a racionális üzleti lépés alapvetően érinti a hidraulikailag kapcsolódó másik fogyasztó gázellátását.

A lecseréléses kereskedelmi rendszernél kiemelt hangsúlyt kap a gázminőség, illetve a gáz energiatartalmának a kérdése. Csak kivételes esetben biztosítható, hogy egy földgázszállító távvezetékrendszer minden betáplálási pontján teljesen azonos összetételű és energiatartalmú földgázt tápláljanak be. Ha a fogyasztó a lecserélés következtében nem olyan minőségű földgázt kap, amilyet a kereskedő megvásárolt és betáplált a rendszerbe, joggal fog reklamálni. Ennek a problémának a kezelésére szolgál a gázmennyiség szerinti elszámolás helyett az energiatartalom szerinti elszámolás.

A kereskedelmi megközelítésnél a gázszállítói engedélyes nem arra vállal kötelezettséget, hogy meghatározott útvonalon meghatározott mennyiséget elszállítson, hanem arra, hogy a kereskedő által megvásárolt, és a gázszállító rendszer egy vagy több pontján betáplált gázmennyiséget meghatározott elvételi pont(ok)ra elszállítja. A sok betáplálási és elvételi ponttal rendelkező nemzeti távvezeték hálózatoknál sem a gázszállító rendszer üzemeltetője sem pedig a rendszerirányító nem tud kötelezettséget vállalni a kereskedő vagy a fogyasztó által kért szállítási útvonalon történő szállításra. Az előzőek miatt a fejlett gázpiacon a „belépési/kilépési” (entry/exit) modellt részesítik előnyben. A gázszállító rendszer üzemeltetője a becsült vagy tényleges szállítási igények alapján hidraulikai számításokkal határozza meg, hogy milyen feltételekkel lehet teljesíteni a tervezett, vagy szerződésben rögzített szállítási kötelezettségeket, és a „belépési/kilépési” pontokra határozza meg a kapacitásdíjat. A hidraulikai szoftverek is belépési/kilépési

Zajhatás

97

modellek, mert a hálózati csomópontokra megadott elvételekből és betáplálásokból számítják a csomóponti nyomásokat, a távvezetéki szakaszok gázáramát, a szükséges kompresszorteljesítményt, összességében a nagyszámú szállítási szerződés teljesítésének hidrulikai feltételeit.

2.7 Zajhatás

A zajelhárításra vonatkozó alapismereteket Kurucz nyomán foglaljuk össze (Vida, 1991.). A hang valamely rugalmas közeg állapotának gyors változása, amely a vivőközegben terjed. A vivőközeg lehet gáz, folyadék vagy szilárd test. A terjedés sebessége a hangsebesség, amelyet a vivőközeg p nyomása és ρ sűrűsége határoz meg. A legegyszerűbb hangjelenség akkor alakul ki, ha a vivőközeg részecskéi rezgőmozgást végeznek.

A hangjelenség a vivőközegben hullám formájában terjed. Az a terjedési sebesség a vivőközeg anyagi jellemzőitől függ, a hanghullám jellemző paramétere az f frekvencia és a λ hullámhossz. A három paraméter között a fizikából ismert összefüggés van:

fa

=λ (2.7-1)

A hanghullámmal továbbított energiára az I intenzitás jellemző, ami a felületegységen áthaladó teljesítményt adja meg. Az intenzitás és a hangnyomás pillanatnyi értéke közötti kapcsolatot az alábbi összefüggéssel lehet leírni:

( ) ( )a

pI2

ρτ

=τ (2.7-2)

A legtöbb zajforrás nem egyetlen tiszta hangot kelt, hanem számos, különböző frekvenciájú hang keverékét sugározza. Az eredő intenzitás és az effektív hangnyomás a követketkezők szerint számítható:

∑=

=n

1iiII (2.7-3)

∑=

=n

1i

2i

2 pp (2.7-4)

Valamely keverékhang megadására a spektrum alkalmas. Gyakorlati okokból azonban nem lehet a spektrumot 1 Hz-es felbontásban vizsgálni, ezért a zajelhárítási gyakorlatban a méréseket és számításokat többnyire oktávsávonként végzik. Egy oktávsáv felső határfrekvenciája az alsó határfrekvencia kétszerese, azaz

af f2f = (2.7-5)

A sáv középfrekvenciája a határfrekvenciák geometriai közepe

aafk f2fff == (2.7-6)


98

A nemzetközileg szabványosított középfrekvenciák fk (Hz) értékei: 16; 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; 31500. A legtöbb esetben elegendő az fk = 63....8000 Hz közé eső 8 oktávsáv vizsgálata. Az oktávsávos zajspektrumban az egyes sávokra jellemző értékeket a középfrekvenciákhoz rendelve ábrázolják, majd az így kapott pontokat törtvonalakkal kötik össze (lépcsős diagram készítése).

Az akusztikában a szinteket a vizsgált teljesítményjellegű vagy azzal arányos mennyiség, s egy azonos jellegű alapérték viszonyának a tízszeres, tízes alapú logaritmusaként decibelben adják meg.

Hangteljesítményszint:

01 P

Plg10L = dB P0=10-12 W

Intenzitásszám:

01 I

Ilg10L = dB I0=10-12 W/m2

Hangnyomásszint:

L pp

pp

= =10 202

0 0

lg lg dB p0=2.10-5 Pa

A szokásos légköri viszonyok mellett az intenzitásszint és a hangnyomásszint számértéke gyakorlatilag megegyezik. Nagy hőmérsékletű levegőben, gázokban terjedő hang esetében azonban L1 és L között jelentős különbség lehet.

Az emberi fül érzékenységének az alsó határa a hallásküszöb, f=1000 Hz frekvenciájú hangoknál jó közelítésssel L=0 dB. A hangnyomásszintben bekövetkező 1 dB változás gyakorlatilag észrevehetetlen, 3 dB már jól érzékelhető, 10 dB-t pedig jelentős változásnak érzékeljük.A hangnyomásszint 25 dB-es csökkenését a hangforrás kikapcsolásaként érzékeljük. A fül érzékenysége az f = 3000 Hz körüli frekvenciáknál a legnagyobb, a kis frekvenciáknál lényegesen kisebb. Az érzékelésben mutatkozó különbség a frekvencián kívül a hangnyomásszinttől is függ: kis hangnyomásszintnél nagyobb különbséget észlelünk.

A nemkívánatos, és általában számos különböző frekvenciájú összetevőt tartalmazó hangjelenség a zaj. A zajterhelések összehasonlítása és szabályozására szükséges volt a folytonos spektrumú zajokat egyetlen számadattal jellemezni. Ennek érdekében szabványosították az un. "A" szűrőt, amely a tényleges zajspektrumot az érzékelés szerinti közepes hangnyomásszinteknél tapasztalt frekvenciafüggőség szerint módosítja. A szűrő segítségével módosított spektrum eredő szintjét súlyozott zajszint néven - LA dB(A) jelöléssel adják meg. Sok kisfrekvenciájú összetevőt tartalmazó spektrum esetén a súlyozott zajszint az eredő szintnél mindig kisebb: LA < L. A súlyozott zajszint ismerete részletesebb akusztikai vizsgálatoknál általában nem elegendő, legalább az oktávsávos spektrum meghatározása szükséges.

Zajhatás

99

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

Szabványos középfrekvenciák [Hz]

ΔLA

[dB

]

2.7-1 ábra Az “A” szűrő csillapítása

Már kis zajszintek is okoznak pszichológiai hatást: figyelemelvonást, a munka teljesítményének csökkenését. Nagyobb zajszintek befolyásolhatják a vegetatív idegrendszer működését (pl. vérnyomás, pulzusszám, pupillatágulás), majd bizonyos szint túllépése után múló, végül maradandó halláscsökkenés lép fel. Külön gondot okoz a zaj megítélése során, ha annak szintje időben nem állandó. Ezért a vonatkozó előírások az egyenértékű A szintet, Leq-t korlátozzák, amely az időben változó LA dB(A) értékeknek - azok logaritmikus jellegének figyelembevételével képzett - átlaga. A káros hatások elkerülésére a különböző helyeken, adott körülmények között megengedhető zajszinteket szabványok rögzítik.

Épületek környezetében a területi besorolástól függően az alábbi zajterhelés engedhető meg:

Határérték dB

Zajtól védendő terület Nappal 6-22h

Éjjel 22-6h

Üdülőterület, gyógyhely, egészségügyi terület, védett természeti terület kijelölt része

45 35

Lakóterület (kisvárosias, kertvárosias, falusias, telepszerű beépítésű)

50 40

Lakóterület (nagyvárosias beépítésű), vegyes terület 55 45Gazdasági terület és különleges terület 60 50

A halláskárosodás elkerülésére munkahelyeken maximálisan Leq = 85 dB(A)

egyenértékű A-szintet engedhető meg. Ezen belül a hangnyomásszint pillanatnyi értéke nem haladhatja meg az LA = 125 dB(A) értéket.

Zajforrások Az osztályozás alapja a vivőközegben (levegőben) fellépő nyomásingadozások keltési módja. Két fő csoportot különböztetünk meg. A mechanikai zajok esetében a zajforrás (gép, alkatrész, jármű) teljes egészében rezgéseket végez, vagy egyes elemei, részei rezegnek. E rezgések átadódnak a levegőnek. A rezgések lehetnek folyamatos, időben állandó amplitudójú gerjesztett rezgések, s előfordulhatnak csillapodó rezgések, vagy impulzusszerű jelenségek. További csoportosítás lehetséges a rezgések eredete szerint.


100

A technológiai folyamatból származó zajok jelentkeznek a forgácsoló megmunkálások során a szerszám és a munkadarab rezgései folytán, dugattyús gépeknél a periodikus nyomásváltozások következtében fellépő alakváltozások miatt. Ide-oda mozgó géprészek esetén (forgattyús hajtómű, periodikus működésű záróelemek, szelepek, csappantyúk) a tömegerők ingadozása kelt rezgéseket. Rezgések léphetnek fel az elkerülhetetlen gyártási pontatlanság, s az üzem során jelentkező kopások miatt (kiegyensúlyozatlanság, csapágyhézag). Mechanikai zaj keletkezhet olyan erőingadozások folytán is, amelyet mágneses (transzformátor, villamos motor vasteste) vagy áramlási (csőszerelvények, szeleptányér, csappantyú) jelenségek okoznak.

Az áramlási eredetű zajok magában a vivőközegben fellépő periodikus nyomásingadozásból származnak. Légtechnikai berendezések (ventilátorok, klímaberendezések elemei) esetén e zajok a levegőn át közvetlenül jutnak az észlelőhöz. Gázvezetékekben, vízben, egyéb folyadékokban keletkező zajok (kompresszorok, szivattyúk, vegyi üzemek, fűtőberendezések, hidraulikus rendszerek) csak közvetve (testhangközvetítéssel) érzékelhetők. Nyomásingadozások léphetnek fel az áramlás turbulens volta miatt egyébként helyesen kialakított rendszerekben is. Idomdarabokban (könyök, elágazás), csappantyúkon, szelepekben, esetleg áramlástanilag helytelen kialakítás esetén az áramlás leválik, s ez jelentős zajt kelthet.

Folyadékot szállító gépekben, csővezetékekben kedvezőtlen körülmények között helyi gázbuborékképződés (kavitáció) lép fel, amely nemcsak nagy intenzitású zajt kelt, hanem a szerkezet károsodását is okozhatja. A térfogat-kiszorítás elvén működő, s egyéb áramlástani elveken működő gépekben üzem közben perodikus nyomásingadozások keletkeznek. E zajkeltést, mivel az a gép működésével szükségszerű kapcsolatban van, a leggondosabb konstrukcióval sem lehet bizonyos határok alá szorítani.

Zajcsökkentés A kisugárzott hangteljesítmény csökkentése. A gépek, berendezések zajsugárzását általában csak a konstrukció megváltoztatásával lehet csökkenteni. Ezen belül számos lehetőség kínálkozik. Így pl. siklócsapágy alkalmazása gördülőcsapágy helyett, szerkezeti elemek merevségének növelése bordákkal (ez egyes esetekben - rezonanciák miatt - hátrányos is lehet), a szerkezeti elemek belső csillapításának fokozása pl. acéllemez helyett alumíniumöntvény alkalmazásával, csillapítóbevonatok felvitelével.

Az áramlási zajok az áramlás helyesebb vezetésével, a leválások, kavitáció elkerülésével csökkenthetők. Fontos szerepe lehet a túlméretezés elkerülésének: az indokolatlanul nagy teljesítményű gép (ventilátor, szivattyú) eleve zajosabb, s a kívánt üzemi állapot csak szabályozással (zajt keltő fojtóelem beiktatásával) érhető el. A nagy sebességek alkalmazása lehetőleg elkerülendő. A szabályozó-, nyomáscsökkentő szelepekben összenyomható közeg (levegő, gáz) áramlása esetén az esetek többségében (ha a nyomásviszony a kritikus értéket meghaladja) fellépő hangsebességű áramlás az expanzió fokozatokra osztásával megszüntethető. Eredményes lehet egyes esetekben a technológia alkalmas megválasztása is: ütések és ebből származó rezgések elkerülése, szakaszos helyett folyamatos műveletek beiktatása.

A berendezések tervezőinek, üzemben tartóinak sokszor nincs lehetősége az alkalmazandó technológia megváltoztatására, a gépek konstrukciójára. Kívánatos azonban, hogy a szállítótól, tervezőtől igyekezzenek az akusztikai jellemzőket

Zajhatás

101

(hangteljesítményszint-spektrum) beszerezni, mert csak az lehet az összehasonlítás és a további zajcsökkentési tevékenység alapja.

A zaj terjedése elleni védekezés területén több lehetőség áll rendelkezésre: • Célszerű telepítés. Ha mód van rá, a legintenzívebb zajforrásokat a

védendő helytől távol kell elhelyezni, mert szabadtéri terjedés esetén a távolság megkétszerezése 6 dB csökkenést okoz. A zajforrás és a megfigyelő közé épített hanggát is hatásos lehet.

• A zajforrás burkolása. A zajforrásra, vagy köré nagy hanggátlású burkolat, tokozás helyezendő, amely az ellenőrzés, kezelés, anyagszállítás biztosítására esetleg nyitott is lehet (ez esetben a hatásosság jelentősen csökken). A burkolat belső felületét hangelnyelő borítással kell ellátni (szálas- vagy szivacsos anyaggal).

• A visszavert hangtér intenzitásának csökkentése. Zárt térben előnyös lehet a falak hangelnyelő anyaggal való burkolása. A zajforrás közvetlen közelében tartózkodók számára azonban ez nem jelent javulást. A visszavert hangtér hangnyomásszintjének csökkenésén kívül, szubjektíve kellemes a füllel való tájékozódás lehetőségének (zajforrás helyének és távolságának érzékelése) javulása is.

• Testhangterjedés korlátozása. A gépek, összetettebb berendezések mechanikai rezgésének terjedése rugalmas alátámasztással, felfüggesztéssel csökkenthető. Lényeges, hogy rugalmas elem megválasztása számításon alapuljon: a rendszer önrezgésszáma alacsony legyen, ne haladja meg a gerjesztőfrekvencia 1/3-át. A gyakorlatban főleg gumi- vagy acélrugókat szoktak alkalmazni, az utóbbi esetben célszerű az olyan szerkezet, amely csillapítással is rendelkezik. Az előzetes méretezés nélküli rugalmas alátámasztás rosszabb lehet, mint az eredeti állapot!

• Csőben, csatornában terjedő hang csillapítása. Szellőzőberendezések légcsatornáiban, sűrített levegő és gázvezeték esetén a levegőben, gázban keletkezett áramlási eredetű zaj főként magában a közegben terjed. Célszerű a hangelnyelésen alapuló csillapítás. Lehetőség: a vezeték belső falának burkolása hangelnyelő anyaggal. Hatásosabb az iránytörést jelentő bélelt idomdarabok beépítése. Gyakori jó megoldás a vezetékbe iktatott, készen beszerezhető betétes csillapító, amely a beépített, hangelnyelő anyagból készült (ill. azzal töltött) betéttáblák vastagságától és a köztük levő hézag méretétől függően, széles frekvenciasávon ad jelentős csillapítást. Az esetleges testhangtovábbítás elkerülésére, célszerű e csillapítókat a hálózat többi eleméhez rugalmasan csatlakoztatni.

Kisebb csőkeresztmetszetben (kompresszorok, belsőégésű motorok kipufogóvezetéke) a visszaverődésen alapuló csillapítókat használják. Ezek hirtelen keresztmetszet-változásokat jelentő, ún. expanziós dobokként, vagy a csőhöz oldalágként, szűkebb nyakkal csatlakozó kamrából álló rezonátorként alakíthatók ki.

Egyéni védelem. Az előzőekben említett módszerek esetleg műszaki vagy gazdasági okból (pl. a zaj csak néhány dolgozót, azokat is csak rövid ideig érint) nem alkalmazhatók. Ilyenkor füldugó, fülvédő vagy fejvédő sisak alkalmazható. Ezek tényleges használatát következetesen ellenőrizni kell.


102

Irodalom Bobok E. (1997): Áramlástan Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc Coulter, B.M.(1984): Compressible Flow Manual Handbook for the design of compressible flow piping systems Hymen, S.-Stoner, M.-Karnitz, M (1975): Gas flow formulas Pipeline and Gas Journal, 12, p.34-44. Gersten,K.-Papenfuss, H.-Kurschat, T.-Genillon, P.-Fernández Pérez, F.-Revell, N. (2000): New transmission-factor formula proposed for gas pipelines GERG Research Project 1.19, Oil & Gas Journal, February 14, pp. 58-62. Gregory, G.A.-Fogarasi, M. (1985): Alternate to standard friction factor equation Oil & Gas Journal, April 1, pp. 120-127. GTE-2000234-capacity.ppt (2000) http:europa.eu.int/…/madrid4.htm (2001) GTE-Capacity and Congestion Report.pdf (2001) http:europa.eu.int/…/madrid4.htm (2001) GTE-Capacity and Storage Report.pdf (2001) http:europa.eu.int/…/madrid4.htm (2001) Kuper, W,-Fournier, A. (1994): Determination of Actual Wall Roughness Using Operational Data PSIG Papers, 9404, www.psig.org (2001) Pápay J. (1984): A szénhidrogénkutak hőmérsékletviszonyai OMBKE kiadvány Physical properties of natural gases N. V. Nederlandse Gasunie, (1988) Schroeder, D.W. (2001): A Tutorial on Pipe Flow Equations PSIG Papers, 0112, www.psig.org (2002) Sjøen, K.-Gudmundsson, J.-Sletfjerding, E. (1998): Flow Experiments with High Pressure Natural Gas in Coated and Plain Pipes: Comparison of Transport Capacity PSIG Papers, 9808, www.psig.org (2001) Smith, R.W.–Miller, J.S. (1956): Flow of Natural Gas through Experimental Pipe Lines and Transmission Lines Monograph 9, U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines Szilas A. P. (1985): Kőolaj és földgáz termelése és szállítása Akadémiai Kiadó, Budapest Techo, R.-Tickner, R.-James R. (1965): An accurate equation for the computation of the friction factor for smooth pipes from the Reynolds number Journal of Applied Mechanics, June p. 443

Zajhatás

103

Tihanyi L. (2002): Súrlódási tényező – a gázhálózati modellek kulcsparamétere BKL - Kőolaj és Földgáz, 135 évf. 7-8. sz. 81-85 Tihanyi L.-Zsuga J. (2002): A gázszállító rendszer kapacitása a gázpiac alapkérdése Magyar Energetika, 2, pp. 20-24 Tihanyi L.- Bobok E. (2001): Flow Conditions during Blow-off of Gas Pipeline Journal of Computational and Applied Mechanics, vol. 2., No. 1., pp. 145-156 Uhl, A. E. (1965): NB-13 Committee: Steady Flow in gas Pipelines Institute of Gas Technology Report No. 10, American Gas Association Vida M. (főszerk.) (1991): Gáztechnikai Kézikönyv Műszaki Könyvkiadó, Budapest Wilkinson, J.V.-Holliday, D.V.-Batey, E.R. (1964): Analytic solution for gas flow Pipe Line Industry, 11.


104

Hidraulikai rendszertervezés

105

3 Gáztávvezetékek tervezése

3.1 Hidraulikai rendszertervezés

Céltávvezeték tervezése Céltávvezeték esetén a hidraulikai tervezés viszonylag egyszerű feladat, mivel adott a kezdő- és a végpont, a távvezeték hossza, továbbá ismert a szállítási feladat, azaz a végponti fogyasztó gázigénye. Kiegészítő feltételként adottak a biztonsági előírások, amelyek behatárolják az üzemelési nyomástartományt. Ilyen feltételek mellett egyetlen paramétert, a csőtávvezeték átmérőjét kell meghatározni. Általánosítva úgy jellemezhető ez a hagyományos tervezési módszer, hogy kapacitástervezés adott határfeltételek mellett.

Hidraulikai rendszertervezés Lényegesen összetettebb a tervezési feladat, ha egy meglévő rendszer bővítésére kell javaslatot tenni. Egy új létesítmény a rendszerbe illesztve és a rendszerrel együttműködve visszahat a rendszerre, jelentősen módosítva a korábbi állapot áramlási- és nyomásviszonyait. Legtöbb esetben a tervezési feladat azzal a kérdéssel kezdődik, hogy az új létesítmény a rendszer mely pontjaihoz kapcsolódjon a legnagyobb mértékű kapacitásbővítés érdekében. Különböző kapcsolódási pontok esetén ugyanis más-más határfeltételek alakulnak ki az új létesítmény számára. Nagyon gyakran az új létesítmény és a rendszer együttműködése szükségessé teszi, hogy a korábbi rendszer kapcsolódásait, vagy egyéb üzemeltetési feltételét is megváltoztassák. Az előzőeket a hazai gázszállító rendszerre vonatkozó mintapélda támasztja alá.

A vizsgált esetben a Pilisvörösvár-Győr DN 600 névleges átmérőjű távvezeték volt az az “új létesítmény”, amelynek a rendszer kapacitásnövekedését kellett eredményeznie. A 3.1-1 ábrán látható a gázszállító rendszer sémavázlata a bővítést jelentő távvezeték nélkül. Az ábrán csak azok a vezetékáramok és csomóponti nyomások láthatók, amelyek a további változatokkal való összehasonlítás szempontjából érdekesek. Látható, hogy Pilisvörösváron a nyomás 38,6 bar, Győrben pedig 20,1 bar. A hagyományos tervezési módszer esetén ezek az értékek képezték volna a nyomásfeltételeket az új távvezeték részére.

A 3.1-2 ábra azt szemlélteti, hogy az új távvezeték és a rendszer együttműködése során (változatlan csomóponti terhelések és kapcsolódás esetén) jelentősen megváltozott a kezdő- és végpont nyomása. A korábbi 18,5 bar-os nyomáskülönbség 0,3 bar-ra csökkent le, ami felhívja a figyelmet arra, hogy nagyon félrevezető lett volna a tervezésnél az eredeti nyomáskülönbséget alapul venni. Az új létesítmény és a rendszer együttműködése során az eredetitől lényegesen eltérő határfeltételek alakultak ki. Hangsúlyozni kell azt is, hogy az új vezeték hatása nemcsak lokális jellegű, mivel a rendszer távoli forráspontjainak a terhelését, és az azokból induló fővezetékek (Testvériség és Összefogás, továbbá az Algyő-Vecsés vezetékek) gázáramát is jelentősen módosította. Az új vezeték által szállított gázmennyiség teljes egészében az import átadási-átvételi állomás terhelését növelte, és ugyanilyen mértékben csökkentette az algyői betáplálás nagyságát.

GÁZTÁVVEZETÉKEK TERVEZÉSE

106

3.1-1 ábra A rendszer áramlási viszonyai a bővítés előtt


107

3.1-2 ábra A bővített rendszer áramlási viszonyai


108

3.1-3 ábra Áramlási viszonyok az átszabályozás módosítása után


109

A 3.1-3 ábrán látható változat abban különbözik az előzőtől, hogy a DHE-nél a hazai földgázt szállító rendszerből az import földgázt szállító rendszerbe átadott 20 103 m3/h gázáram 75 103 m3/h-ra változott. Ennek hatására mind az import, mind pedig az algyői betáplálás nagysága visszaállt az eredeti értékre, így a Testvériség és az Összefogás távvezetékek terhelése megegyezik a 3.1-1 ábrán láthatóval. Az átszabályozott gázáram megváltoztatásával megnőtt az új távvezeték terhelése, és kedvezően változott mind a pilisvörösvári, mind pedig a győri nyomás. Ez az egyszerűnek látszó beavatkozás, - az átszabályozás helyének és nagyságának a megválasztása - amellyel a forráspontok terhelése, illetve a hálózat áramlási viszonyai módosíthatók, nem algoritmizálható lépése a tervezési folyamatnak, és nem nélkülözhető a tervező alapos ismerete a rendszerről.

A tervezőnek az új létesítmény rendszerbe történő illesztésekor számos korábbi üzemeltetési jellemzőt meg kell változtatnia annak érdekében, hogy az új, bővített rendszer üzemállapota a legkedvezőbb legyen.

A bemutatott mintapélda jól szemlélteti, hogy a bővítést szolgáló új létesítmény visszahat a rendszerre, és kisebb-nagyobb mértékben befolyásolja az áramlási viszonyokat. Minél bonyolultabb a rendszer, annál nagyobb a valószínűsége, hogy az új létesítmény jelentős, előre nehezen átlátható változást okoz az áramlási viszonyokban. Nyilvánvaló, hogy ilyen esetekben a hagyományos tervezési módszer - az előre adott határfeltételeken alapuló kapacitástervezés - nem használható.

A lehetséges megoldások számbavételénél mérlegelni kell az idő- és költségigényt. Az alábbi felsorolásnál az első csoportban szerepelnek a kisebb költséggel és rövidebb idő alatt, míg a második csoportban a nagyobb költséggel és hosszabb idő alatt megvalósítható kapacitásbővítések:

1. csoport • kompresszor forgórész csere (3 időegység), • nyomásnövelés (4-5 időegység), • a csővezeték felminősítése (4-5 időegység), • nyomásszabályozó beépítése (3 időegység) 2. csoport • új csővezeték létesítése (6 időegység), • új kompresszorállomás létesítése (8 időegység), • új tárolási lehetőség (8-9 időegység). A rendszerfejlesztési feladatoknál általában a következő kérdésekre kell

választ keresni: • új távvezeték kapcsolódási pontja, • új távvezeték átmérője, • új kompresszor állomás helye, • kompresszor gépegységek száma, egységteljesítménye, • nyomásszabályozás helye, mértéke, • gázáram szabályozás helye, mértéke, • a távvezetékek kapcsolódása a nagy csomópontokban, • föld alatti tároló és a gázszállító rendszer együttműködése télen, illetve

nyáron, • az új létesítmény kapacitásának illeszkedése a kapcsolódó hálózatrész

kapacitásához, • az új létesítmény kapacitásának időbeni felfutása. A felsorolt, különböző jellegű feladatoknál akkor alkalmazható egységesen a

rendszerszemlélet, ha a tervező egy általános célú hálózatszimulációs szoftvert, és


110

heurisztikus, indirekt tervezési módszert használ. Ennek lényege, hogy minden esetben előre fel kell tételezni a rendszer bővítését jelentő új létesítmény telepítési helyét, fő paramétereit és a szükséges további változtatásokat. Ezután áramlásszimulációval lehet vizsgálni az új rendszer együttműködését, és különböző számított paraméter pl. csomóponti nyomás, kompresszor teljesítmény, áramlási sebesség, gázminőségi paraméterek stb. alapján lehet dönteni az elfogadásról, vagy változtatások után az áramlásszimuláció megismétléséről. Az előzőek szerinti tervezési módszert nevezzük hidraulikai rendszertervezésnek. A módszer egyik alapvető jellemvonása, hogy rendszerszemléletű, másik jellegzetessége pedig az általánossága, amely alkalmazhatóvá teszi a feladatok széles körénél.

Általánosítva a hidraulikai rendszertervezés módszerét, az alábbiak szerint foglalható össze (Tihanyi, 1990.). A felhasználónak az új (bővítő) létesítmény és a rendszer együttműködését kell vizsgálnia annak érdekében, hogy a következő kérdésekre választ kapjon:

• melyek a feltételezett új létesítmény legkedvezőbb kapcsolódási pontjai a régi rendszerhez;

• mekkora legyen az új létesítmény kapacitása, amely hatékony együttműködést tesz lehetővé a régi rendszerrel;

• a rendszer mely részén, és milyen mértékben kell megváltoztatni a korábbi üzemeltetési feltételeket, illetve a bővített rendszernek melyek lesznek a legkedvezőbb üzemeltetési feltételei?

Mivel a hidraulikai rendszertervezés során egyidejűleg több kérdésre kell választ keresni, és mindegyik kérdéskörön belül általában nem egy, hanem több a szabadsági fokok száma, ezért a megoldáshoz csak fokozatos közelítéssel lehet eljutni.

A tervezési módszer kapcsán hangsúlyozni kell a rendszerfejlesztés paradoxonát, amely abból adódik, hogy a gázvezeték rendszerek hosszú távon folyamatosan “fejlődő” rendszerek, de bővítésük csak nagy holtidővel, és diszkrét lépésekkel végezhető. A nagy holtidő azt jelenti, hogy a tervezéskor figyelembe vett feltételrendszer már az üzembeállítás időpontjáig is módosulhat, a távvezeték teljes élettartama alatt pedig valószínűleg jelentősen megváltozik. A prognosztizálttól eltérően alakulhatnak a gázigények, de változhat a források nagysága és területi elhelyezkedése. Hazai körülmények között a tranzitszállítással kapcsolatos változások is jelentős hatásúak lehetnek. Olyan időszakban, amikor a gazdasági, vagy az egyéb változások nehezen kiszámíthatók, akkor a tervezőtől sem várható el, hogy a gázszállítás feltételrendszerét nagy biztonsággal előre lássa. Ilyen esetekben előadódhat, hogy a megvalósuló fejlesztés nem a tervező szándékainak megfelelő kapacitástöbbletet eredményezi.

A rendszerfejlesztés további dilemmája, hogy a gazdaságos üzemeltetés a rövidtávú profitérdekeknek megfelelően mindig csak a szükséges mértékű fejlesztést preferálja. A kis lépésekben végrehajtott fejlesztések ugyanakkor hidraulikailag és energetikailag általában kedvezőtlenek (lásd 1.5 fejezet). A nagyobb léptékű bővítések eredményeképpen a rendszer egyes részein esetenként több évig tartó átmeneti kapacitásfelesleg jöhet létre. Általában igaz, hogy a beruházás nagysága és eredményeképpen létrejött többlet szállítókapacitás között nemlineáris a kapcsolat. Az előzőek miatt a fejlesztési lépések optimális nagysága mai ismereteink szerint nem határozható meg, és a döntési kritériumok nem algoritmizálhatók.

Az előzőek tükrében túlságosan leegyszerűsített és statikus a hálózattervezésnek az a módszere, amelynél egyetlen terhelési állapot esetére matematikai szélsőérték feladatot fogalmaznak meg, és ebből határozzák meg a


111

vezetékátmérőket. A gázvezeték rendszereket éppen azzal a céllal létesítik, hogy az időben változó gázigényeket kielégítsék. Nincs olyan fogyasztói hely, amelynek a gázigénye hosszú távon sem nagyságát, sem pedig fogyasztási szerkezetét tekintve ne változna. A matematikai szélsőértékfeladatokhoz hallgatólagosan azt is fel kell tételezni, hogy a rendszer struktúrája állandó, és a rendszerelemek kapacitáskihasználtsága szezonálisan elhanyagolható mértékben változik. Az ilyen jellegű megszorítások - különösen a szállító rendszer esetében - nagyon szigorúak, emiatt a kapott optimum csak nagyon szűk üzemelési tartományra érvényes, vagyis reálisan nem tekinthető optimumnak.

Tapasztalatok szerint a tervezőt, az embert nem lehet “kikapcsolni” a tervezési folyamatból. Éppen ellenkezőleg: megfelelő módszerrel és eszközzel tág teret kell nyitni a tervezői intuiciónak. Hatékony módon kell biztosítani, hogy a tervező ne távvezetékben, vagy egyedi létesítményekben gondolkozzon, hanem minden esetben rendszerben. A tervező “ha-akkor” típusú vizsgálatsorozattal tárja fel a rendszer működésének jellegzetességeit és fejlesztési elképzeléseinek hatását. Ehhez a módszerhez azonban a tervezőnek olyan szoftverre van szüksége, amellyel könnyen és gyorsan el tudja végezni a hidraulikai számításokat a különböző változatokra. A tervezői munka eredményességét és hatékonyságát javítja, ha a tervező idejének döntő részét nem az adatelőkészítésre és a számításokra, hanem az eredmények értékelésére, a rendszer “viselkedésének” megismerésére tudja fordítani.

Modellalkotás hidraulikai számításokhoz Gázszállító rendszer hidraulikai számításához az alábbi adatcsoportokra van szükség:

• a rendszer fizikai létesítményeinek jellemző paraméterei, • az áramló közeg paraméterei, • aktuális terhelési- vagy nyomásadatok a rendszer ki- és bemeneti

pontjaiban (a rendszer hidraulikai határfeltételei). Bármely célú hidraulikai számításhoz az alábbi szempontok mérlegelését kell

elvégezni: • a gázszállító rendszert alkotó csővezeték szakaszokban az áramlási

nyomásveszteség leírására szolgáló összefüggések pontossága és érvényessége,

• a gázszállító rendszert alkotó egyéb elemek (kompresszor, nyomásszabályozó, stb.), működését leíró egyenletek,

• az előző egyenletek numerikus megoldására alkalmazott eljárás, • a rendszerben áramló közeg fizikai-kémiai tulajdonságait leíró

összefüggések (empirikus közelítés, állapotegyenlet stb.), • komplex csomópontokban a kapcsolódásra vonatkozó lehetőségek és

korlátozások, • technológiai állomásokon az egyszerűsítés és elhanyagolás mértéke, • bemeneti és kimeneti pontok terhelésének, ill. terhelésváltozásának a

leírási lehetőségei, • állandósult és/vagy tranziens szimulációs szükségessége, • izotermikus és/vagy nem-izotermikus áramlás számításának

szükségessége, • különböző összetételű gázok betáplálásának és a gázok keveredésének

figyelembe vétele, korlátozása. A hidraulikai alapegyenletek felírásánál célszerű opcionális lehetőségekben

gondolkodni. Ez azt jelenti, hogy a modell alkalmas legyen állandósult és tranziens,


112

izotermikus és nem-izotermikus áramlás számítására, továbbá a számítások során a gázkeveredés miatt kialakuló változó gázösszetétel figyelembe vételére. A csővezeték szakasz áramlási nyomásveszteségének számítási összefüggésében szereplő surlódási összefüggés számítására az egyes országok felhasználói más-más összefüggéseket részesítenek előnyben. Ennek figyelembe vételére két lehetőség kínálkozik: vagy választási lehetőség biztosítása, vagy a felhasználói kör által használt összefüggés beépítése. Mindkét esetben számolni kell azzal az igénnyel, hogy valamilyen illesztő paraméter (érdesség, „hatásfok tényező”) segítségével szakaszonként legyen lehetőség a számítási eredmények illesztésére a tényleges értékekhez.

A gázszállító rendszert alkotó egyéb elemek általában a következők: kompresszor, nyomásszabályozó, gázáram szabályozó, elzáróelem. Számos további elemet lehet még definiálni, így adott ellenállású elemet, távolsági nyomásszabályozót, fix átmérőjű fojtást, hőcserélőt stb.

Az áramló közeg adott nyomáson és hőmérsékleten érvényes eltérési tényezőjének a számítására empirikus összefüggések és állapotegyenletek egyaránt használhatók. Ha további gázjellemzők (izentrópikus kitevő, fajhő, stb.) számítása is szükséges, indokolt valamilyen állapotegyenlet beépítése a modellbe.

Egy technológiai állomás általában sok olyan elemet tartalmaz, amelynek az áramlási ellenállása normál üzemviszonyok esetében elhanyagolható: idomdarabok, elzárószerelvények, szűrők, hőcserélők, mérők, stb. Tapasztalatok alapján a feladatok döntő részénél az előző elemek hidraulikai hatása elhanyagolható, az állomások egyszerűsített kapcsolási sémája elegendő. A kérdés elsősorban on-line szimulációra is alkalmas modell esetén igényel alaposabb mérlegelést, mivel ilyen esetben a tényleges és a modellhálózat között szigorúbb megfelelésnek kell fennállni. A szállítási üzemmódokat a modellhálózaton is meg kell tudni valósítani, továbbá a tényleges hálózat kiválasztott mérési pontjait egyértelműen azonosítani kell tudni a modellhálózaton is. (Bachman et al., 2000.).

Hálózatszámításnál a terhelési feltételeket a csomópontokra megadott hidraulikai határfeltételek jelentik. Egy modellnél olyan lehetőségeket kell biztosítani, hogy minél kevesebb korlátozással lehessen megadni a terhelési jellemzők változását az egyes csomópontokban.

Egyszerűsítő feltételezések Egy gázszállító rendszer az alkotóelemek számát tekintve is nagy rendszer. Ehhez járul az áramlási folyamatok bonyolultsága, amit az egyidejű térbeli és időbeli változások okoznak. Az áramlásszimuláció csak egyszerűsítő feltételezésekkel végezhető gazdaságosan.

Távlati fejlesztéshez megengedhető egyszerűsítő feltételezés, hogy az áramlás időben nem változik, azaz állandósult. Ilyen állapot egy tényleges gázszállító rendszer esetén nem, vagy csak nagyon ritkán fordul elő. Távlati tervezési feladatoknál azonban az alapadatok pontossága és megbízhatósága csak az állandósult állapotra vonatkozó szimulációs vizsgálatokat indokolja.

További egyszerűsítést jelent, hogy a szimulációt nem a tényleges gázszállító rendszerre, hanem egy azzal megegyező hidraulikai karakterisztikájú modellhálózatra végzik el. A modellhálózatnak nem kell tartalmaznia számos olyan elemet, amelyeknek vagy elhanyagolható a hidraulikai hatása (pl. folyadékleválasztó, lefúvató rendszer, mérőberendezés, stb.), vagy állandósult állapotban nincs funkcionális szerepe (pl. elzáróelem).

A gázszállító rendszer áramlási- és nyomásviszonyait alapvetően a következő technológiai elemek határozzák meg:


113

• csőtávvezeték szakasz, • kompresszor, • nyomásszabályozó, • gázáram szabályozó. A szimulációhoz szükséges modellhállózat az esetek többségében ezekből az

elemekből felépíthető. A felsorolt modell-elemek csomópontokban kapcsolódnak egymáshoz. A csomópontok egyben a gázszállító rendszer bemeneti és kimeneti pontjai is. A csomópontokra megadható betáplálási és elvételi értékek, illetve a szükséges helyeken a csomóponti nyomások jelentik a gázszállító rendszernek azokat a határfeltételeit, amelyek a modell-elemek gázáramait és a csomópontok nyomásértékeit meghatározzák.

A szimulációhoz első lépésként a modellhálózatot kell definiálni. Célszerű formája ennek egy kapcsolódási vázlat, amelyen be vannak számozva a csomópontok, és fel van tüntetve, hogy a csomópontokban milyen összekötőelemek kapcsolódnak.

A modellhálózat felépítése után, második lépésként meg kell adni az összekötőelemek jellemző paramétereit, valamint a csomóponti terhelés- vagy nyomásértéket. Ez utóbbiak közül csak az egyik adható meg alapadatként, a másik a szimuláció eredménye lesz. Általános szabály, hogy minden független hálózatrészben legalább egy csomópontban meg kell adni a nyomást.

A szimulációs technika hatékonyságát növeli a számítógépi program interaktivitása, és a sokoldalú eredményfeldolgozási lehetőség. Különösen nagy hálózat esetén a számítási eredmények olyan nagyságú számhalmazt jelentenek, amelynek az értékelése időigényes és nehézkes. Ha azonban lehetőség van azoknak a csomópontoknak vagy összekötőelemeknek a szelektív kigyűjtésére, amelyek valamilyen szempontból (pl. nyomás, Wobbe-szám, áramlási hőmérséklet stb.) kritikusak, akkor ez felgyorsítja és megkönnyíti az eredmények értékelését. Ugyancsak hatékonyabbá teszi az eredmények feldolgozását a célszerű grafikus megjelenítés.

3.1-1 Mintapélda: Határozza meg a tervezett céltávvezeték átmérőjét 65 km-es szállítási távolság és 300 103 nm3/h szállítási feladat esetén!


Indítónyomás 50 bar Minimális érkezőnyomás 35 bar Áramlási hőmérséklet 8 oC Súrlódási tényező 0,01 A gáz moláris tömege 17,4 kg/kmól

Az aktuális átlagnyomáshoz és átlaghőmérséklethez tartozó eltérési tényező

értéke 0,91. Az átmérő meghatározásához a (2.2-1) összefüggés átrendezett alakja használható az alábbiak szerint:

( )

5/1

22

21

2n

D

2

n

n

b pp

qR

LMTzfTp4

d

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

=

Behelyettesítve az értékeket


114

( ) 512,0013,36013,51

6,3300

41,831465000*44,16*15,281*91,0*01,0

15,288*14,3013,1*4

d

5/1

22

22

b =

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛

= m

A legközelebbi szabványos átmérő DN 500.

3.2 Az állandósult áramlás matematikai modellje

Nyomásszámítás Állandósult áramlás esetén a szűkebb értelemben vett hidraulikai számításokhoz a kontinuitást kifejező csomóponti, és a nyomásváltozást leíró áramlási egyenletet kell használni.

0qqj

iij∑ =+ (3.2-1)

222ijijji qKpp =− (3.2-2)

A (3.2-1) csomóponti egyenlet első tagja az i csomópontban kapcsolódó vezetékek gázáramának eredőjét adja meg, amelynek egyenlőnek kell lenni a csomópont terhelésével. Az egyenlethez valamilyen előjelszabályt is hozzá kell rendelni, és azt következetesen be kell tartani. A (3.2-2) áramlási egyenlet az i és j csomópontokat összekötő vezetékszakasz nyomásveszteségét adja meg, ahol az ellenállási tényező az alábbi módon számítható:

5i

.av.avD

2

n

nij dR

LMTzfTp4K ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

=

A 3.2-1 ábrán látható mintahálózaton a csomópontokhoz tartozó két hidraulikai paraméter (a nyomás és a terhelés) közül felül látható a számításhoz adott, alatta pedig a számítandó érték.

q3q23 p3

q12p1 q2q1 p2

q24 q4p4

3.2-1 ábra Sugaras gázszállító rendszer elemi része

A mintapélda alapján megállapítható, hogy a (3.2-1) és (3.2-2) egyenletek megoldási sorrendje nem tetszőleges. Első lépésként a vezetékszakaszok gázáramát kell meghatározni, amelyhez a (3.2-1) csomóponti egyenleteket kell felírni és

Az állandósult áramlás matematikai modellje

115

megoldani. Kis hálózatnál, és kézi számolásnál a csomóponti egyenletek meghatározott sorrendben egymástól függetlenül megoldhatók.

Ha egy hálózatban n csomópont, és n-1 vezetékszakasz van, azaz a hálózat sugaras, akkor a csomóponti egyenletrendszer határozott, ugyanis annyi ismeretlen gázáram szerepel benne, ahány független egyenlet írható fel. Az n csomópontra ugyanis n-1 független csomóponti egyenlet írható fel. A vezetékszakaszok gázáramának ismeretében a nyomászámítás a (3.2-2) karakterisztikus egyenlet alkalmazásával elvégezhető.

q3q23 p3

q12p1 q2 q34q1 p2

q24 q4p4

3.2-2 ábra Hurkolt gázszállító rendszer elemi része

A 3.2-2 ábrán látható hurkolt hálózat esetén az ismeretlen szakaszáramok száma több, mint a független csomóponti egyenletek száma. A nyomásszámításhoz szükséges szakaszáramok tehát nem határozhatók meg a sugaras hálózatnál leírt módon.

q12 q23p1 q2 p3q1 p2 q3

3.2-3 ábra Sugaras hálózat több adott nyomású ponttal

A 3.2-3 ábrán látható elemi hálózatban a két végponti csomópontban adott a nyomás. Ilyen esetben sem lehet alkalmazni azt a számítási eljárást, amely a sugaras hálózatnál megoldáshoz vezetett. Csomóponti egyenletet ugyanis csak a 2-es csomópontra lehet felírni, de egyetlen egyenletből nem lehet két vezetékszakasz ismeretlen gázáramát meghatározni. A csomóponti egyenletrendszer tehát ebben az esetben is határozatlanná válik. A megoldásra két lehetőség kínálkozik: a lineáris csomóponti egyenletrendszert kiegészíteni a nemlineáris hurokegyenletekkel, vagy a karakterisztikus egyenlet segítségével kiküszöbölni a csomóponti egyenletből a vezetékszakaszok gázáramát. Ha az első megoldást választjuk, akkor a hurokkorrekciós hálózatszámítási módszerek csoportjához jutunk. A második megoldás a csomóponti korrekciós számítási módszereket eredményezi.

A hurokkorrekciós módszerek közös jellemzője, hogy szétválasztják az ismeretlen szakaszáramokat n-1 faágra és h húrágra. A húrágak gázáramának kezdőértéket adnak, leggyakrabban zérust, és ezzel a feltételezéssel megoldják a csomóponti egyenletrendszert. Ezután megoldják a nemlineáris hurokegyenleteket. A megoldáshoz a Newton-Raphson módszernek megfelelő lineáris korrekciós egyenletrendszert használják. Ha ezt a lineáris egyenletrendszert a Gauss-Seidel-féle iteratív eljárással oldják meg, akkor az általánosan ismert Cross-féle hálózatszámítási algoritmushoz jutnak. Az iteratív megoldásra épülő, Cross-féle hurokkorrekciós módszert hosszú ideig széles körben használták, mert egyaránt alkalmas volt kézi és gépi (programozott) számolásra. A lineáris hurokkorrekciós egyenletrendszer


116

szimultán megoldása a konvergenciát nagymértékben gyorsítja. Ilyen számítási algoritmust publikált többek között Almássy (Almássy, 1966.), Renouard (Manuel, 1968.), Fincham (Fincham, 1971.), Csete és Tihanyi (Csete-Tihanyi, 1978.), továbbá Vajna (1991.). Vajna a hurokkorrekciós módszerek körében olyan eljárást dolgozott ki, amely a hálózatelemzés mellett közvetlen hálózattervezésre is alkalmas.

A hurokkorrekciós módszernek az előnye különösen akkor jelentkezik, ha az áramlási- és nyomásviszonyok számítását csak csővezetékszakaszokból álló hálózatra kell elvégezni. Nehézkessé válik a számítási algoritmus, ha a hálózat kompresszort vagy nyomásszabályozót tartalmaz, vagy a számítások során több csomópontban adott a nyomás. Hasonlóan bonyolítja a számítási eljárást a magasságkülönbségek figyelembe vétele. Ilyen esetekben az érintett csomóponti nyomásokra vonatkozó egyenletekkel, illetve korrekciós tagokkal kell az egyenletrendszert kiegészíteni. Mivel a hurokkorrekciós módszereknél a gázáramok meghatározása a nyomások figyelembe vétele nélkül történik, ezért a nyomásokra vonatkozó kiegészítő összefüggések a számítási algoritmust iteratívvá teszik.

Ha a számítási algoritmust és az arra épülő számítógépi programot nemcsak a tervezési munkához, hanem időben változó gázáramlás számítására is használják, akkor nem célszerű az állandósult fázisban a hurokkorrekciós módszert alkalmazni. Az időben változó gázáramlás matematikai leírásához ugyanis a csomóponti egyenlet nem-stacionárius alakját kell használni, ami a csomóponti korrekciós módszer alkalmazását indokolja az állandósult fázisban is. Ellenkező esetben a két számítási fázisban eltérő típusúak lesznek az egyenletrendszerek, ami nagyon bonyolulttá teszi az algoritmust.

A csomóponti korrekciós módszernél a gázáramokat a karakterisztikus egyenletek segítségével küszöbölik ki. Ha a csomóponti és a karakterisztikus egyenleteket közvetlenül kombinálják, az eredmény egy nehezen kezelhető nemlineáris egyenletrendszer lesz (Stoner,1970.). Az ilyen típusú nemlineáris egyenletrendszer megoldására is ismeretesek számítási eljárások, de ezek stabilitása gyenge. Megbízhatóan stabil lesz viszont a megoldás, a karakterisztikus egyenlet linearizálásával. Íly módon a csomóponti egyenletet fel lehet írni a csomóponti nyomások lineáris függvényeként. A kvázi-lineáris karakterisztikus egyenlet a következő alakú:

( )jiijij ppCq −= (3.2-3)

ahol

ijij

jiij qK

ppC

+=

Behelyettesítve a csomóponti egyenletbe

( ) 0qppC ijij

ij =+−∑ (3.2-4)

Az ismeretlen nyomások szerint a következő alakra lehet rendezni az egyenletet:

∑ ∑ =+−j j

ijijiji 0qpCCp (3.2-5)


117

A gázszállító rendszer csomópontjaira felírva a (3.2-5) egyenletet olyan lineáris egyenletrendszert kapunk, amelyben a csomóponti nyomások az ismeretlenek. Abban az esetben, ha valamely csomópont pi nyomása adott, akkor a qi terhelés lesz az ismeretlen. Azokban a csomópontokban, amelyekben a távvezetékeken kívül kompresszor-, vagy szabályozóelem is kapcsolódik, ezek gázáramával, mint ismeretlennel ki kell egészíteni a (3.2-5) egyenletet.

A számítás során fel kell tételezni nyomás kezdőértékeket, és azokkal ki kell számítani a Cij látszólagos állandókat. Ha ezek ismertek, akkor felírható a (3.2-5) egyenletrendszer együtthatómátrixa, és számíthatók az ismeretlenek. A kapott új nyomásokkal a Cij látszólagos állandók pontosíthatók, és az egyenletrendszer ismét felírható. Az eljárást addig kell ismételni, amíg két egymást követő számítási lépésben a csomóponti nyomásváltozások maximális értéke kisebb lesz egy előre megadott hibahatárnál. Az egyenletrendszer ismételt felírása és megoldása során pontosítani kell a csőszakaszok Kij ellenállási tényezőjét is.

Bármely csomópontra felírva a (3.2-5) egyenletet, abban általában 3...5 ismeretlen szerepel. Ezek: a vizsgált i és az azzal szomszédos j csomópontok nyomása, esetenként pedig terhelése. Az előzőek azt jelentik, hogy nagyméretű - vagyis 80...100 csomópontnál nagyobb - hálózat esetén az egyenletrendszer együtthatóinak 95...98 %-a zérus, ami speciális egyenletrendszer megoldási eljárás alkalmazását indokolja. Csak csővezetékszakaszokból álló hálózat esetén az egyenletrendszer szimmetrikus, a kompresszor, a nyomás- és a gázáram szabályozó azonban aszimmetrikussá teszi. A csomóponti korrekciós eljárások elterjedése elsősorban a személyi számítógépeknek köszönhető, amelyeknél a műveleti sebesség és a memóriakapacitás gyors növekedése egyre nagyobb méretű csomóponti egyenletrendszer megoldását tette lehetővé.

Az előzőek szerinti számítási algoritmus az a csomóponti korrekciós hálózatszámítási eljárás, amely a Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézetében kifejlesztett TGAS és TGASWIN, ill. DIGAS és DIPLAN hálózatszámítási programok alapját képezik.

Kompresszor, nyomás- és gázáram szabályozó modellezése A kompresszornak és a szabályozó elemeknek - amelyeket közös jellegzetességük alapján aktív elemeknek is neveznek - a gázszállító rendszerben az a feladata, hogy adott üzemeltetési cél érdekében a gázszállítás folyamatába beavatkozzanak, és a célnak megfelelően módosítsák az áramlási- és nyomásviszonyokat. A modellhálózatnál ugyanilyen célból szükségesek a kompresszor és szabályozó elemek. A számítás során az elemek működését leíró algoritmusoknak adott hidraulikai feltételek érvényesülését kell biztosítani.

Egyszerűsíti a szimulációs feladatot, hogy nem szükséges teljes részletességgel leképezni azt az állapotváltozást, amelynek során az aktív elemen áramló gáz a bemeneti állapotból a kimeneti állapotba jut. Legtöbb esetben elegendő az aktív elem valamelyik jellemző paraméterére (például a kimeneti nyomásra, vagy a szállított gázmennyiségre) bizonyos feltételeket megfogalmazni, és ezeket hozzákapcsolni a (3.2-5) egyenletrendszerhez. Alapvető követelmény azonban, hogy bármilyen feltétel esetén a kompresszor és szabályozó elemek be- és kimeneti pontjai között a kontinuitási egyenlet érvényes legyen.

A kompresszorok működésére az alábbi üzemeltetési feltételek a jellemzők: • a kimenő nyomás állandó; • a szállított gázmennyiség állandó; • a kimeneti és a bemeneti nyomások aránya állandó.


118

A kompresszor alapüzemmódja az állandó kimeneti nyomásra történő szabályozás. Mindaddig ez a feltétel érvényesül, ameddig a kompresszor gázárama kisebb az alapadatként megadott maximális gázáramnál. Ha azonban az adott kimeneti nyomás fenntartásához a maximális értéknél nagyobb gázáramra lenne szükség, a kompresszor modell szabályozási módot változtat, és a maximális gázáramot szállítja tovább. Mivel ez nem elegendő az adott kimeneti nyomás fenntartásához, a kimeneti nyomás csökkenni fog. Ilyen esetek állandósult áramlásnál akkor fordulhatnak elő, ha két kompresszor "szembe dolgozik" egymással. Hasonló eset játszódik le, ha a kompresszor bemeneti oldalán a nagy szállítási igény miatt alacsony nyomás alakul ki, és érvényesül a maximális nyomásarány feltétele. Ebben az esetben a kimeneti nyomás a bemeneti nyomással arányosan fog változni. Az alapüzemmódra megadottnál kisebb kimeneti nyomás viszont korlátozni fogja a kapcsolódó távvezetékbe/hálózatba szállítható gázmennyiséget.

Az előző feltételek matematikailag a következő formában írhatók le:

bemaxki

maxkomp

.névlki

prpqq

pp

≤

≤≤

A feltételrendszerhez a szimuláció során egy prioritási sorrendet lehet

hozzárendelni. Kompresszor teljesítményét minden számítási lépésben a hálózati áramlási

feltételekből adódó hidraulikai paraméterekből kell számítani. Ez azt jelenti, hogy a csőtávvezetékek ellenállási viszonyai határozzák meg a kompresszorállomás érkező és szükséges indító nyomását, továbbá a gázáramát. Ezekből az értékekből a szükséges teljesítmény ismert összefüggéssel számítható.

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

−

1ppqzT

1nn

TpP

n1n

1

2n11

n

n (3.2-10)

Az n politrópikus kitevő a gázösszetételre jellemző κ izentrópikus kitevőből és a politrópikus hatásfokból számítható

p11nn

η−κκ

=−

A kompresszor tengelyteljesítménye a mechanikai hatásfok figyelembe vételével határozható meg:

mpolt

PPηη

= (3.2-11)

A kompresszor fűtőgázfogyasztását a következő összefüggéssel lehet számítani:

nt

tf H

Pqη

= (3.2-12)


119

Az előző összefüggésekben ηpol a kompresszor politrópikus, ηm a mechanikai, ηt pedig a gázturbina termikus hatásfoka, Hn pedig a gázturbina tüzelőanyagául használt földgáz fűtőértéke.

Nyomásszabályozónál a modellezés a kompresszorhoz hasonló elvekre épül. Alapüzemmódja a kimeneti nyomás szabályozása, ezt egészíti ki a maximális gázáram figyelembe vétele, ugyanúgy, mint a kompresszornál. Speciálisan csak a nyomásszabályozóra érvényes működési szabály viszont, hogy túlterhelés esetén a nyomásszabályozó teljesen kinyit, ilyen esetben a be- és kimeneti nyomások azonos mértékben változnak. Alapadatként megadható az a minimális nyomáskülönbség, amely teljesen nyitott állapotban a nyomásszabályozó berendezés saját ellenállása. Teljesen nyitott állapotban tehát a kimeneti nyomás az adott minimális nyomáskülönbséggel lesz kisebb a bemeneti nyomásnál. A nyomásszabályozó üzemmódjai a következő összefüggésekkel adhatók meg matematikai formában:

minbeki

max.szab

.névlki

pppqq

pp

Δ−≤≤

≤

Gázáram szabályozó modellezésére elsősorban szimulációs okok miatt van

szükség. Előfordul, hogy valamely távvezetéki csomóponton különböző minőségű és eltérő nyomású földgázok áramolnak át. Ezeket a földgázokat el kell különíteni egymástól, ugyanakkor szükség lehet meghatározott mennyiség átadására az egyik oldalról a másikra. Mivel ilyen esetben a nyomásszabályozó névleges kimeneti nyomása csak zavaró feltételt jelentene, és hatása nehezen becsülhető előre, ezért a szimulációs technika hatékonyságát nagymértékben növeli egy nyomásfeltétel nélküli gázáram szabályozó elem használata.

A gázáram szabályozó alapparamétere a szabályozandó gázáram nagysága. Ha ez az érték túl nagy, és ennek hatására a kimeneti csomóponton nagyobb nyomás alakulna ki, mint a bemeneti oldalon, akkor a szabályozó automatikusan üzemmódot változtat, és teljesen kinyit. Ilyen esetben bármelyik irányba áramolhat gáz. A gázáram szabályozó állapotegyenletei a következők:

beki

maxszab

ppqq

≤≤

Ha az i csomópontban aktív elem is kapcsolódnak a (3.2-5) alakú csomóponti

egyenletet ki kell egészíteni az aktív elem (kompresszor, szabályozók) gázáramával.

0qqpCCpj

iajijj

iji =++− ∑∑ (3.2-13)

Az egyenletrendszert a /3.2-13/ egyenleteket követően ki kell egészíteni még az aktív elemek aktuális üzemmódját leíró - és az előzőekben felsorolt - feltételi egyenletekkel. A megoldás során ebből a bővített egyenletrendszerből kell az ismeretlen csomóponti paramétereket és az aktív elemek gázáramát számítani.

A magasságkülönbség hatása Hazai földrajzi adottságaink mellett a gázszállító rendszernél a legnagyobb magasságkülönbségből adódó nyomáskorrekció is kisebb 1 bar-nál, ami


120

nagyságrendileg azonos az alapadatok bizonytalanságából, illetve az egyéb elhanyagolásokból adódó hibákkal. Számításaink szerint a hazai gázszállító rendszer esetében a magasságkülönbség figyelembe vételéhez szükséges többlet adatigény és számítási munka nem áll arányban a pontosabb számítási eredmények elvi jelentőségével.

Jelentős lehet a magasságkülönbség hatása azokban az esetekben, amelyeknél nagy inert tartalmú földgázt kell szállítani csőtávvezetéken. A nagy inert tartalom miatt a gáz sűrűsége nagyobb a közszolgáltatású földgázénál, emiatt a gazosztatikus nyomástöbblet hidraulikai hatása nem hanyagolható el. Különösen abban az esetben lényeges ez a hatás, ha a távvezeték a nemzetközi gyakorlatnak megfelelően szuperkritikus tartományban üzemel. A Bázakerettye-Nagylengyel között létesített távvezeték, amely nagy CO2 tartalmú földgázt szállított, ez utóbbi kategóriába tartozott (Tihanyi et al., 1984.; Csete et al.,1986.; Tihanyi et al.,1988.).

Ha egy gázvezeték hálózatban valamely vezetékszakasz végpontjainak magassági koordinátái nem azonosak, akkor a mérhető végponti (abszolút) nyomások különbsége a súrlódási és a gazosztatikus nyomáskülönbségek eredője lesz:

hsji pppp Δ+Δ=− (3.2-14)

ahol

( )jigh hhgp −ρ=Δ (3.2-15)

Ha hj>hi, akkor a (3.2-15) összefüggés negatív nyomáskorrekciót ad. Magasságkülönbség esetén a (3.2-3) lineáris karakterisztikus egyenlet a következő alakú lesz:

( )ijhjiijij pppCq Δ−−= (3.2-16)

A (3.2-16) egyenletből következik, hogy ha valamely vezetékszakasz két végpontja között magasságkülönbség van, az áramlásra nem a triviális szabályok érvényesek. Zérus gázáram esetén is különbözni fognak a végpontokon mérhető (abszolút) nyomások, ugyanakkor azonos végponti nyomások esetén is lesz gázáramlás.

A (3.2-15) egyenletet nem célszerű a (3.2-16) egyenletbe behelyettesíteni, mivel abban a sűrűség és nem a nyomás szerepel változóként. Az átszámításhoz az általános gáztörvény használható.

( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+−−= ji

.av.av

jijiijij hhg

RTzM

2pp

ppCq (3.2-17)

A (3.2-17) egyenletet behelyettesítve a (3.2-1) egyenletbe és a (3.2-5) egyenlethez hasonló struktúrára rendezve kapjuk:

( ) ( )∑ ∑ =++−−−j j

iaijjijijiji 0qqE1pCE1Cp (3.2-18)

ahol

Mintapéldák a hidraulikai rendszertervezéshez

121

( )ji.av.av

ij hhRTz2

gME −=

Ha az i csomópontban aktív elem nem kapcsolódik, értelemszerűen qa=0. Az

Eij együttható értéke a számítás során csak kismértékben változik, ezért Cij-vel együtt célszerű értékét újraszámolni. Ennek az eljárásnak az az előnye, hogy a (3.2-5)-el azonos struktúrájú egyenletrendszert eredményez, csupán a konstansvektornak és a Cij látszólagos vezetékkonstansnak a számítási módjában tér el.

3.2-1 Mintapélda: Egy gáztávvezeték kezdő- és végpontja között 100 m magasságkülönbség van. Mekkora gazosztatikus nyomástöbblettel lehet számolni, ha a vizsgált szakasz átlagnyomása 50 bar túlnyomás?


A gáz moláris tömege 16,44 kg/kmól Átlagos ármlási hőmérséklet 8,0 oC Átlagértékekhez tartozó eltérési tényező 0,9

A gáz adott nyomáson és hőmérsékleten érvényes sűrűségét az általános

gáztörvényből lehet meghatározni:

95391527384831490

441601351 ,),(*,*,

,*,zRTpM

g =+

==ρ kg/m3

A gazosztatikus nyomás (3.2-15) szerint számítható:

3919195,39*81,9*100p ==Δ Pa=0,39 bar A számítási eredmény alapján megállapítható, hogy a vizsgált esetben a

magasságkülönbség hatása nem jelentős.

3.2-2 Mintapélda: Egy olajtávvezeték kezdő- és végpontja között 100 m magasságkülönbség van. Mekkora hidrosztatikus nyomástöbblettel lehet számolni?


Az olaj sűrűsége 800 kg/m3 A hidrosztatikus nyomás (3.2-15) szerint számítható:

784800800*81,9*100p ==Δ Pa=7,85 bar A számítási eredmény alapján megállapítható, hogy olajtávvezeték esetén a

magasságkülönbség hatása nem hanyagolható el.

3.3 Mintapéldák a hidraulikai rendszertervezéshez

Az együttműködő gázszállító rendszerben különböző beavatkozások hatására esetenként nehezen átlátható áramlási viszonyok alakulnak ki. Ezt szemléltetik a következő mintapéldák. A mintapéldák az egyszerűség kedvéért azonos hálózatra


122

vonatkoznak. A mintahálózat 23 csomópontból, 22 vezetékszakaszból, 1 kompresszorból, 1 nyomásszabályozóból és 1 gázáram szabályozóból áll. A hálózat kapcsolódása, és a csomóponti fogyasztások mind a 7 változatban azonosak.

Az 1-es és a 19-es csomópontok a betáplálási pontok, amelyekre a nyomás, a 3, 4, 7, 11, 13, 14, 17, 22 és 23 csomópontokban pedig a fogyasztás lett megadva. A 19-es csomópontban betáplált gázt a 19-11-17 hurok osztja szét. A 17-es csomópontból nyomásszabályozón keresztül áramlik egy kisebb nyomású hálózatrészbe, majd tovább a 22-es és 23-as csomópont fogyasztóihoz. A 11-es csomópontból kompresszor szállítja a gázt a párhuzamos vezetéken keresztül a 4-es csomópont felé. A 4-es csomópont egy nagy elosztóközpont, amelyben egy hozamszabályozó is működik. Ezáltal a 4-es csomópontból minden esetben csak meghatározott gázmennyiség áramlik a 13-as csomópont felé.

A csomóponti hidraulikai paraméterek a 3.1-1 táblázatban láthatók. A csomóponti fogyasztások minden változatban azonos nagyságúak.

3.1-1 táblázat Csomóponti hidraulikai paraméterek Csomóponti

sorszám Nyomás

bar Fogyasztás

103 m3/h 1 50 --- 3 --- 35 4 --- 251 7 --- 220

11 --- 20 13 --- 150 14 --- 120 17 --- 15 19 50 --- 22 --- 32 23 --- 12

A vezetékszakaszok adatai a 3.1-2 táblázatban láthatók.

3.1-2 táblázat Vezetékszakaszok adatai Végponti

csomópontok sorszáma

Névleges átmérő

Hossz km

Végponti csomópontok

sorszáma

Névleges átmérő

Hossz km

1 2 400 25 2 3 400 25 3 4 400 25 4 6 600 30 6 7 600 30 4 8 600 35 8 10 600 35 4 9 400 35 9 10 400 35 5 13 400 35

16 12 600 33 12 13 400 27 12 14 400 19 11 16 600 27 16 17 600 27 17 18 600 33 18 19 600 33 19 15 600 30 15 11 600 30 20 21 400 22 21 22 400 28 21 23 200 15

A vizsgált változatok a következők: • alapváltozat; • gázáramszabályozó üzemállapotának változtatása; • a betáplálási pont nyomásának a változtatása;


123

• kompresszor kimeneti nyomásának a változtatása; • kompresszor gázáramának korlátozása; • nem-izotermikus gázáramlás számítása; • gázkeveredés számítása. Annak érdekében, hogy az egyes paraméterek változtatásának a hatása

egyértelmű legyen, a vizsgált változatok az alapváltozattól minden esetben csak egyetlen jellemzőben térnek el.

1. változat Az 1-es és 19-es betáplálási pontok nyomása, továbbá a kompresszor kimeneti nyomása azonos. A 4-5 hozamszabályozó 30·103 m3/h gázt szállít.

3.3-1 ábra 1. változat

A számítási eredményekből látható, hogy a betáplálási pontok terhelése lényegesen eltér egymástól. A 19-es csomópont nagy terhelése ellentmondásosnak tűnhet, ha figyelembe vesszük, hogy a 4-es és 7-es csomópontokon jelentkezik a teljes gázigény 55 %-a. Ha azonban figyelembe vesszük, hogy az 1-es csomópontot DN 400


124

névleges átmérőjű vezeték köti össze a 4-es csomóponttal, a 19-es betáplálási ponttól viszont DN 600 névleges átmérőjű vezeték szállítja a gázt egészen a 7-es csomópontig, akkor az eredmény érthetővé válik. Ráadásul a 19-7 szállítási útvonalon jelentős mértékben növeli a szállítókapacitást a kompresszor és a párhuzamosítás. A 4-es és 5-ös nyomások különbségéből látható, hogy a hozamszabályozó erőteljesen korlátozza a gázáramlást. A hozamszabályozó tehát egy kényszerfeltételt érvényesít, ami meghatározza, hogy a 13-as és 14-es csomópontok fogyasztói az 5-ös, ill. a 16-os csomópontok felől mennyi gázt kapnak. A hozamszabályozó teljesen nyitott állapotában a 4-es és 5-ös nyomások kiegyenlítődnének, és több gáz áramolna az 5-13 vezetékszakaszon.

2. változat


Az 1. változathoz képest 30·103 m3/h-ról 80·103 m3/h-ra változott a hozamszabályozó gázárama. A látszólag helyi beavatkozás az 5-ös és 16-os csomópontokkal határolt hálózatrész megtáplálási arányait módosította. Amennyivel növekedett a 4-5 szabályozón átáramló mennyiség, annyival csökkent a 16-12 vezetékszakasz


125

gázárama. A nagyobb gázmennyiség átszabályozásának a hatására csökkent a 4-es és 5-ös csomópontok nyomásainak a különbsége, de megváltozott a legtöbb vezetékszakasz gázárama is. A hozamszabályozó gázáramának a növekedése kihatott a rendszer nagy részének a hidraulikai viszonyaira.

Az állandósult áramlási állapot miatt érvényesülni kell a csomóponti törvénynek, vagyis a beáramlásnak is növekedni kell. Több gáz viszont csak akkor áramlik a 4-es csomópontba, ha annak kisebb lesz a nyomása. Az 50·103 m3/h-ás többlet gázáram egyik része az 1-es betáplálási pont felől, a másik része pedig a 11-10 kompresszor felől érkezik. Az ellenállási viszonyoknak megfelelően az 1-4 vezetéken csak 10·103 m3/h, a 10-4 párhuzamos vezetéken viszont 40·103 m3/h többlet gázáram alakult ki.

A 16-12-es vezetékszakasz gázáramának csökkenése miatt a kompresszor szívóoldalán is átrendeződtek a gázáramok. Nagyobb lett a 16-11-es vezetékszakasz terhelése, ennek hatására megváltoztak a 19-11-17 hurok vezetékszakaszainak gázáramai. Látszólag ellentmondásosnak tűnik, hogy a kompresszor 40·103 m3/h-val többet szállít, mint az 1. változatban, a szívóoldali csomópontra érkező többlet gázmennyiség hatására mégsem csökken, hanem kismértékben növekszik a szívónyomás értéke. Ez a jelenség a 19-11-17 hurok sajátos ellenállási viszonyainak a következménye.

Az 1. és 2. változat között a 16-12-es vezetékszakasz gázáramának a csökkenése, illetve a kompresszor gázáramának a növekedése nem azonos mértékű, ezért az eltéréssel arányosan változott a 19-es betáplálási pont gázárama.

3. változat A 4-5-ös hozamszabályozó gázárama az 1.változattal egyezően 30·103 m3/h, a 19-es betáplálási pont nyomása azonban 50 bar-ról 55 bar-ra változott. A nagyobb betáplálási nyomás hatására nagyobbak lettek a csomóponti nyomások a 19-11-5-17 csomópontokkal határolt hálózatrészben, a vezetékszakaszok gázáramai azonban nem változtak. A változtatás a hálózat többi részére nem terjed ki.

Látható, hogy a 17-20 nyomásszabályozóval ellátott 20-22-23 hálózatrész együttműködik ugyan a rendszer többi részével, de a változások nem gyűrűznek keresztül a nyomásszabályozón. Mindaddig, amíg a nyomásszabályozó bemeneti nyomása elegendően nagy, a kimeneti nyomás állandó marad. A szabályozott hálózatrész szempontjából nem érdekes, hogy az egyes változatoknál eltérő nagyságú a fojtás mértéke a nyomásszabályozón. A szabályozó kimeneti pontjához kapcsolódó hálózatrészben stabil áramlási viszonyok uralkodnak.


126


4. változat A 4. változatban látható, hogy a kompresszor kimeneti nyomásának a növelése milyen hatást gyakorol az áramlási viszonyokra. Az 1-es és a 19-es csomópontok nyomása az 1. változatban szereplő bázisértékkel egyenlő. A 10-es csomópont nyomásváltozása azt jelenti, hogy megváltozott az 1-es és 10-es csomópontok közötti nyomáskülönbség. Ennek hatására megváltozott a 10-4-1 szállítási útvonalon a vezetékszakaszok gázárama és az áramlási ellenállása.


127


Az ábráról látható, hogy amekkora értékkel megnőtt a szállított mennyiség a 10-es és 4-es, ugyanannyival csökkent a szállítás az 1-es és 4-es csomópont között. Mivel a kompresszor a többlet gázt a 19-11-17 hurokból szívja, ez a mennyiség a 19-es adott nyomású betáplálási pontot fogja terhelni. A kompresszor kimenő oldali nyomásának a változása a hálózat nagy részében megváltoztatja az áramlási és nyomásviszonyokat, és kihat az adott nyomású betáplálási pontok terhelésére is.

5. változat Az 5. változatban a csomóponti határfeltételek megegyeznek a 4. változatéval, a 11-10 kompresszor gázárama azonban 410 103 m3/h értékben maximálva van. Ennek hatására a kompresszor kimeneti pontjára adott névleges nyomásnál csak kisebb nyomás tud kialakulni. A hálózat áramlási viszonyai szempontjából ez a feltétel egyenértékű azzal, mintha nem lenne a hálózatban kompresszor és a 11-es csomópontban egy 410·103 m3/h-ás fogyasztást, a 10-es csomópontban pedig egy ugyanilyen nagyságú betáplálás lenne.


128


A nyomások az 1-es betáplálási pont nyomásából kiindulva a gázáramokból adódó áramlási ellenállásoknak megfelelően fognak alakulni. Mivel a kompresszor gázárama kisebb, mint a 4. változatban, ezért a 19-es adott nyomású betáplálási pont terhelése is csökkenni fog. Természetesen a gázáram változás megoszlik a 19-17-11 hurok vezetékszakaszain. A kompresszor gázáramának korlátozásával tehát be lehet állítani az adott nyomású csomópontok terhelését.

6. változat Ez a változat a nem-izotermikus gázáramlás hatására kialakuló üzemállapotot szemlélteti. A kompresszor 10-es kimeneti pontjában a gáz kilépő hőmérséklete 40 oC-os, vagyis lényegesen nagyobb az 5 oC-os talajhőmérsékletnél. A meleg gáz hatására a 10-4 csomópontok között érzékelhetően megnőtt az áramlási ellenállás. Látható továbbá, hogy a 10-8-4 DN 600 névleges átmérőjű vezetéken kisebb mértékű a hőmérsékletcsökkenés, mint a 10-9-4 DN 400 névleges átmérőjű távvezetéken. Látszólag ellentmondásos, hogy a 4-es csomópontban 12,8 oC-os gázhőmérséklet alakult ki, holott a 9-es csomópontban már csak 12,5 oC a hőmérséklet. Valójában a 4-es csomópontban különböző hőmérsékletű gázáramok keverednek.

A 8-as csomópont felől érkező 313·103 m3/h gázáramnak a legnagyobb a hőmérséklete. Ezzel keveredik a 9-es csomópont felől érkező 107·103 m3/h-ás, a


129

talajhőmérsékletnél kismértékben nagyobb hőmérsékletű, és a 3-as csomópont felől érkező 83·103 m3/h-ás talajhőmérsékletű gázáram. A kevert gáz hőmérséklete az ábrán látható 12,8 oC-os érték.


A számítások alapján megállapítható, hogy a 10-es és 4-es csmópontok közötti 70 km-es távolságon nem csökkent a gáz hőmérséklete talajhőmérsékletre, és nem elhanyagolható áramlási ellenállás-többletet okozott. A tényleges hidraulikai viszonyokat tehát pontosabban közelíti egy olyan számítási eljárás, amely a hőmérsékletváltozást nem hanyagolja el.

7. változat A változatban az 1-es és a 19-es betáplálási pontokban különböző a földgáz összetétele. A 19-es betáplálási pontban azonos a korábbi változatokban feltételezett összetétellel, az 1-es csomópontban viszont 0,69 a relativ gázsűrűség és 16% az inerttartalom. Ennek megfelelően a Wobbe-szám csak 38,5 MJ/m3. A keveredés a 4-es csomópontban megy végbe és eredménye a 0,61-es relatív sűrűségű, 52,8 MJ/m3 Wobbe-számú és 2,26 % inerttartalmú kevert földgáz.

Az áramlási viszonyoknak megfelelően a legrosszabb minőségű gáz áramlik az 1-4 távvezetéken, kevert gázt kapnak a 4-7 távvezetékről ellátott fogyasztók és


130

részben a 13-as csomópontból ellátott fogyasztó. A hálózat többi részén jóminőségű földgáz áramlik. Ilyen egyszerű esetben is négy különböző összetételű földgáz forgalmazásával kell számolni.


Azoknak a távvezetékeknek, amelyekben a bázisösszetételtől eltérő minőségű földgáz áramlik, más lesz az áramlási ellenállása. A vizsgált esetben az 1-4 csomópontok között nőtt az áramlási ellenállás és kismértékben csökkent a gázáram. Az ábráról látható, hogy amennyiben az 1-es csomóponton betáplált gáz inerttartalma nő, a mennyiség csökkeni fog. Ugyanakkor a 19-es csomópontban jelentkezik az 1-es csomópontnál kiesett gázmennyiség.

A mintapéldák alapján megállapítható, hogy viszonylag egyszerű struktúrájú hálózatoknál is előfordulhat, hogy egy-egy paraméter megváltozása az áramlási viszonyokat nehezen becsülhető módon befolyásolja. A kompresszornak és szabályozónak a különböző üzemmódjai jól szemléltették ezeknek az elemeknek a szerepét a szimuláció során. Látható volt az azonos hosszúságú, de eltérő átmérőjű távvezetékek hidraulikai együttműködése is. A számszerű eredmények nagyságrendi tájékoztatást adtak a hidraulikai szimulációval ismerkedők számára. A mintapéldák segítségével fel lehett mérni a nem-izotermikus áramlásnak és az eltérő gázösszetételnek a hatását.

Szilárdsági méretezés

131

3.4 Szilárdsági méretezés

A távvezetékek szilárdsági méretezésének általános szempontjait az alábbiak szerint lehet összefoglalni:

• A szállítóvezetéket úgy kell méretezni, hogy a tervezési nyomással, mint maximális üzemnyomással lehatárolt nyomástartományban biztonságosan üzemeltethető legyen. A szabadtéri elhelyezésű berendezések és föld alatti vezetékszakaszok méretezési hőmérsékletét -20 oC és +80 oC-nak kell venni abban az esetben, ha a technológiából adódóan e tartományon kívüli hőmérséklet nem keletkezhet.

• A szállítóvezetéket acélcsőből kell megépíteni. A szállítóvezetéki csövek anyagát, méretét és minőségét a szállítás jellemzőinek (a szállított közeg anyagának, halmazállapotának, nyomásának, hőmérsékletének, korrozív tulajdonságának stb.) és az igénybevételi módoknak megfelelően kell megválasztani.

• Gázszállító vezeték tervezési nyomása a vezetékhossz és a terep magassági viszonyaitól függetlenül az egész vezetékre azonosnak tekintendő, és nem lehet kisebb, mint a rendszer bármelyik szakaszára számítható legnagyobb üzemi nyomás.

• Cseppfolyós szénhidrogén szállítóvezeték tervezési nyomása a vezetékhossz és a terep magassági viszonyai függvényében változó lehet. A szállítóvezeték adott szakaszának tervezési nyomása azonban nem lehet kisebb, mint a szállító rendszer ezen szakaszán számítható legnagyobb üzemnyomás és a geodetikus viszonyokból adódó nyomás előjeles összege. Az adott szakasz határait a tervezés során kell megállapítani.

A szállítóvezetéket dinamikai igénybevételre és a nyomvonal környezetére (biztonsági övezet) is figyelemmel, szilárdságilag méretezni kell. A méretezésre, valamint a biztonsági tényezőkre a vonatkozó szabvány előírásain túlmenően a gáz és kőolajüzemi létesítmények biztonsági övezetéről szóló előírásokat is alkalmazni kell.

Megfelelő minőségű passzív korrózióvédelem, valamint katódos, vagy azzal egyenértékű aktív korrózióvédelem alkalmazása esetén a méretezés során a külső korróziós hatások figyelmen kívül hagyhatók.

A szállítóvezetékek belső korróziójával a szállított közeg korróziós tulajdonságainak függvényében kell számolni, vagy a szállítóvezeték belső felületének a korrózióvédelmét kell biztosítani.

A csőtávvezetékek szilárdsági méretezését az érvényes tervezési előírásban vagy szabványban megadott méretezési nyomásra és hőmérsékletre kell elvégezni. Ha a csővezeték falának tényleges hőmérséklete üzemelés közben 0...50 oC között változik, akkor tervezési hőmérsékletnek 20 oC-ot kell venni. Ha 0 oC-nál kisebb hőmérséklet is kialakulhat, akkor ezt a csőanyag kiválasztásánál kell figyelembe venni. Ha a tényleges falhőmérséklet 50 oC-nál nagyobb is lehet, akkor a csőanyag szilárdsági jellemzőt interpolálással erre a tervezési hőmérsékletre kell meghatározni.

A méretezési nyomás egyenlő, vagy nagyobb a fentiekben említett tervezési nyomásnál. Sikeres kivitelezés után a tervezési nyomás lesz a csővezeték engedélyezett (maximális) üzemnyomása. Üzemi nyomás az a legnagyobb belső túlnyomás, amely a csővezeték normális üzemvitele közben keletkezik, figyelembe véve az üzemszerű nyomás-lökéseket, az áramlási ellenállás leküzdéséhez szükséges nyomástöbbletet és a szállított közeg hidrosztatikai nyomását. Földgázszállító távvezetékeket általában belső túlnyomásra kell méretezni. Kivételt képeznek a tenger alatti csővezetékek, amelyeknél a tengervíz hidrosztatikus nyomása külső


132

túlnyomásként jelentkezik. A szilárdsági méretezés végeredménye a falvastagság, amely annak a függvénye, hogy a tervezési előírás a cső falában mekkora gyűrűfeszültséget enged meg.

3.4-1 ábra Erőhatások belső túlnyomás esetén

A 3.4-1 ábrán látható L hosszúságú, átmérője mentén felmetszett csődarabra felírható, hogy a belső felületre ható nyomóerő és a két s*L falmetszeten ható feszültségek egymással egyensúlyban vannak:

LdpLs2 i=σ (3.4-1)

A nyomóerőnek a vizsgált felületre merőleges összetevőjét az alábbi módon lehet meghatározni:

Lpr2drsinpLdssinpLF00

p ∫∫ππ

=αα=α=

A falvastagságot kifejezve az alábbi összefüggést kapjuk:

σ=

2dps i (3.4-2)

A képlet szerint a csővezeték falvastagsága egyenesen arányos a tervezési nyomással és az átmérővel, és fordítottan arányos a szilárdsági jellemzővel. Az összefüggést Barlow egyenletnek, vagy a mérnöki gyakorlatban kazánformulának nevezik.

A korszerűbb méretezési formulák általában a középső szálra felírható redukált feszültséget tekintik mérvadónak. Ennek megfelelően a (3.4-1) egyenlet az alábbi formában írható fel:

L2s2dpLs2 o ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −=σ (3.4-3)

vagy di belső átmérővel felírva

L2s2dpLs2 i ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +=σ (3.4-4)

A (3.4-3) egyenletből kifejezve a falvastagságot, a (3.4-2) egyenletnél pontosabb összefüggést kapunk.


133

p2dps o

+σ= (3.4-5)

vagy hasonló módon (3.4-4) egyenletből

p2dps i

−σ= (3.4-6)

A csővezeték biztonságos üzemeltetése érdekében a tervezési nyomás, azaz a maximális üzemnyomás esetén is a csővezeték falában a folyáshatárnál lényegesen kisebb feszültség engedhető csak meg. A névleges megengedett feszültség a biztonsági tényezővel korrigált érték.

T

eHtm n

Rf = (3.4-7)

ahol ReHt - a legkisebb felső folyáshatár a méretezési hőmérsékleten N/mm2; nT - a folyáshatárhoz tartozó biztonsági tényező, irányadó értéke 1,5. A szilárdságilag szükséges s′ falvastagság számítására szolgáló

összefüggésben további tényezőként a hegesztési varratok megbízhatóságát is figyelembe veszik

s′pvf2

pd

em

i

−= (3.4-8)

ha a belső átmérő ismert, és

s′pvf2

dp

em

o

+= (3.4-9)

ha a külső átmérő ismert. Mindkét képletben az fm névleges megengedett feszültségnek a mértékegysége N/mm2, a p belső túlnyomásé MPa. A falvastagság és az átmérő mértékegysége azonos, célszerűen mm.

A (3.4-8) és (3.4-9) képletben szereplő ve szilárdsági tényező értéke varrat nélküli acélcső esetén ve =1, hosszvarratos, illetve spirálhegesztett cső esetén pedig a következő:

Gépi hegesztés esetén Kézi hegesztés esetén

Hosszvarratos csőnél 0,85-1,0 0,8-0,95 Spirálhegesztett csőnél 0,95 0,9-1,0

A szilárdságilag szükséges falvastagságból pótlékok hozzáadásával adódik a

tényleges falvastagság:

s = s′ + c1 + c2 (3.4-10)


134

c1 a szállított közeg korróziós és eróziós hatása miatt figyelembe vehető pótlék, c2 pedig az acél csővezeték falvastagságának negatív tűrése miatt figyelembe vehető pótlék.

Az előzőek szerinti méretezési eljárás abban az esetben használható, ha

7,1dd1

i

o ≤<

Ismétlődő nyomásterhelés esetén a szilárdságilag szükséges falvastagságot az alábbi összefüggéssel lehet meghatározni:

s′

( ) 1ppK

f2

d

minmax

N,m

o

−−

= (3.4-11)

ahol fm,N a tervezett N terhelésismétlődésre megengedett feszültség, pmax és pmin pedig az ismétlődő nyomásváltozások legnagyobb és legkisebb értéke. A K feszültségnövekedési tényező a hegesztés és az alakhibák okozta kifáradási teherbíráscsökkenést jellemzi. fm,N értékét a szabvány 1. és 3. lapjában adott módon kell meghatározni. A falvastagság pótlékokat a (3.4-10) összefüggésnél elmondottak szerint kell számításba venni.

A külső túlnyomással terhelt csővezeték szilárdsági méretezését rugalmas horpadásra, illetve képlékeny alakváltozásra lehet elvégezni. Mivel műtárgykeresztezéseknél a védőcsöveket külső túlnyomás terheli, ezeket rugalmas horpadásra kell méretezni. Ilyen esetben a megengedhető külső túlnyomás az alábbi összefüggésből számítható:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

o3

oU

tE s

dLd1;0,82max

sdn

E2,2p (3.4-12)

ahol pE - rugalmas horpadásra megengedhető külső túlnyomás MPa; Et - a csőanyag rugalmassági modulusa a méretezési hőmérsékleten

N/mm2; nU - biztonsági tényező stabilitásra; d - a csővezeték középátmérője (do-s) mm; so - a szilárdságilag rendelkezésre álló falvastagság mm; L - merevítetlen csőhossz mm; Mértékadó külső terhelésnek közút keresztezésénél 9,6 104 N/m2, vasút

keresztezésénél pedig 14,7 104 N/m2 értéket lehet venni. Az nU biztonsági tényező értéke üzemi körülményekre 2,4; L a merevítőgyűrűk közötti távolság. Nem szükségesek merevítőgyűrűk, ha a p külső túlnyomásra fennáll az alábbi egyenlőtlenség:

3

oU

t

sdn

E2,2p

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛≤ (3.4-13)


135

A tényleges falvastagságot a szilárdságilag szükséges falvastagság és az egyéb szempontok alapján becsült falvastagság pótlékok összege adja meg. Hangsúlyozni kell azt is, hogy a csővezetékek biztonságos üzemeltetésének csak szükséges előfeltétele a szabvány szerinti csőfalvastagság.

A szabványos vezetékcsövek acél-anyagának szilárdsági jellemzői a 3.4-1 táblázatban láthatók:

3.4-1 táblázat Vezetékcsövek szilárdsági jellemzői Anyag jele Folyáshatár Szakítószilárdság

[N/mm2] [N/mm2] StE.210.7 210 320 440 StE.240.7 240 370...490 StE.290.7 290 420...540 StE.320.7 320 460...580

X 42 290 414 X 46 317 434 X 52 359 469 X 56 386 498 X 60 414 517 X 65 448 551 X 70 483 565 X 80 552 599

Tapasztalati tény, hogy egy csővezeték létesítési költségének 50-55 %-át a

csőár alkotja, ezért a költségbecsléshez célszerű a csővezeték tömegét meghatározni. Adott L hosszúságú csőszakasz Mp tömegét a csőfal térfogatának és az acél ρst sűrűségének a szorzatából lehet számítani:

( ) st2i

2op Ldd

4M ρ−

π= (3.4-14)

Az összefüggés más formában is felírható:

stostip Ls2s2dLs

2s2dM ρ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −π=ρ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +π= (3.4-15)

3.4-1 Mintapélda: Határozza meg egy DN 600 névleges átmérőjű, és PN 80 bar névleges nyomású csőtávvezeték falvastagságát 1,5-ös biztonsági tényező figyelembe vételével!


A csővezeték külső átmérője 609,6 mm Névleges nyomás 8,0 MPa Az acél folyáshatára (X60) 414 N/mm2 Biztonsági tényező 1,5 Szilárdsági tényező 0,95 Korróziós és eróziós pótlék (c1) 1 mm Falvastagság tűrési pótlék (c2) -

A szilárdságilag szükséges falvastagság (3.4-9) szerint számítható:


136

s’ 0,90,895,0*

5,1414*2

6,609*0,8=

+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛= mm

Figyelembe véve (3.4-10) szerinti pótlékokat:

s=9,0+1,0+0,0=10,0 mm

A legközelebbi szabványos falvastagság 10,3 mm.

3.4-2 Mintapélda: Határozza meg a 3.4-1 mintapélda szerinti csővezeték 90 km hosszú szakaszának a tömegét és a cső árát!


A csővezeték acél anyagának a sűrűsége 7,80 t/m3 Az acél folyáshatára (X60) 414 N/mm2 A csőanyag fajlagos ára (X60) 1000 USD/t

A csőszakasz tömege a (3.4-15) összefüggésbe történő behelyettesítés után

( ) 136131000

31066091000

31087100090143 =−

=,,,*,***,M p t

és

Kp = 13613*1000 = 13613000 USD = 13,61 millió USD

3.4-3 Mintapélda: Határozza meg a 3.4-1 mintapélda szerinti csővezeték 90 km hosszú szakaszának a tömegét és a cső árát X70-es anyagminőség esetén!


Az acél folyáshatára (X70) 483 N/mm2 A csőanyag fajlagos ára (X70) 1030 USD/t

A szilárdságilag szükséges falvastagság (3.4-9) szerint számítható:

s’ 8708950

514832

660908 ,,,*

,*

,*,=

+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛= mm

Figyelembe véve (3.4-10) szerinti pótlékokat:

s = 7,8+1,0+0,0 = 8,8 mm

A legközelebbi szabványos falvastagság 9,5 mm. A csőszakasz tömege a (3.4-15) összefüggésbe történő behelyettesítés után


137

( ) 125731000

5966091000

5987100090143 =−

=,,,*,***,M p t

és

Kp = 12573*1030 = 12950000 USD = 12,95 millió USD A 3.4-2 és 3.4-3 mintapéldák eredményeinek az összehasonlításából látható,

hogy a csővezeték ára nem nőtt, hanem csökkent abban az esetben, ha jobb minőségű acélból készült csöveket használtak.

Biztonsági övezet Magyarországon törvény (Bányatörvény 32§.) írja elő a gáz- és olajipari létesítményeknél biztonsági övezet létesítését. A szállítóvezeték és a tartozékát képező létesítmények, illetve azok környezetének védelmére, valamint a szállítóvezeték zavartalan üzemeltetésére (ellenőrzésére, karbantartására, javítására és üzemzavar-elhárítására) a következő táblázatok szerinti biztonsági övezetet kell biztosítani.

3.4-2 táblázat Atmoszférikus állapotban stabil folyadék esetén Vezeték névleges

átmérője (DN)

A biztonsági övezet mértéke a tervezési tényező (f0) függvényében méterben

- f0 ≤ 0,77 f0 ≤ 0,67 f0 ≤ 0,59 f0 ≤ 0,5 100-200 12 10 8 5 250-450 14 12 10 5 500-700 18 14 12 6

800- 22 18 14 7

3.4-3 táblázat Atmoszférikusan nem stabil folyadék és gáz esetén Vezeték névleges

átmérője (DN)

Üzemi nyomás (MOP)

A biztonsági övezet mértéke a tervezési tényező (f0)

függvényében méterben - [bar] f0 ≤ 0,72 f0 ≤ 0,59 F0 ≤ 0,5

50-200 ≤ 40 8 6 5 ≤ 100 10 8 5

250-450 ≤ 40 10 8 5 ≤ 100 12 10 5

500-700 ≤ 40 12 10 10 ≤ 100 18 15 10

800-900 ≤ 40 15 12 10 ≤ 100 21 15 10

1000 felett ≤ 40 18 15 10 ≤ 100 24 20 10

A biztonsági övezet szélességét a szállítóvezeték mindkét oldalán, a

szállítóvezeték tengelyének felszíni vetületétől merőleges irányban, a talajszinten kell mérni. Párhuzamos szállítóvezetékek biztonsági övezete átfedheti egymást. A szállítóvezeték tartozékaként épülő hírközlőkábel, katódvédelmi kábel részére - ha az a szállítóvezeték biztonsági övezetében helyezkedik el - külön biztonsági övezetet


138

nem kell kijelölni. Ha a hírközlőkábel és/vagy a katódvédelmi kábel a szállítóvezeték biztonsági övezetén kívül, külön nyomvonalon halad, akkor a biztonsági övezet a kábel nyomvonalára merőlegesen mért 1-1 m távolságban levő függőleges síkokig terjed. A szállítóvezetékek lefúvatására szolgáló fáklya biztonsági övezetének nagysága megegyezik annak hőhatás övezetének méretével. A hőhatás övezet méretét a szállítóvezeték üzemeltetője határozza meg, de nem lehet kevesebb, mint a fáklyacső köré húzható, 50 méter sugarú kör által lefedett terület.

3.4-4 táblázat A vezetékek tartozékait képező létesítmények, fáklya esetén A szállítóvezeték tartozéka A biztonsági övezet

mértéke méterben Csomópontok, átadó- és mérőállomások 10 m Szakaszoló tolózár-állomások, csőgörény indító-, fogadó- és váltó állomások

10 m

Szivattyúállomások, kompresszorállomások 20 m Fáklya (a fáklya tengelyétől mérve) R ≤ 40 m

A biztonsági övezet terjedelmének megfelelő földterületre a csővezeték

üzemeltetőjét szolgalmi jog illeti meg, amelyet az illetékes földhivatalban be kell jegyeztetni. A szolgalmi jog alapján az ingatlan tulajdonosa köteles biztosítani az üzemeltető vagy meghatalmazottja részére a csővezeték nyomvonalának ellenőrzését, üzemzavar esetén az elhárításhoz szükséges gépekkel történő felvonulást.

3.5 Irányadó nemzetközi előírások

A csővezeték szilárdsági méretezésének nemzetközi gyakorlatában a falvastagság meghatározására szolgáló elméleti alapok és számítási összefüggések azonosak. A biztonság értelmezésében, és az erre épülő tervezési feltételrendszerben azonban már nem egységes a kép.

Az iparilag fejlett országokban a beépítési- és a népsűrűségtől függő területi kategóriákat definiálnak, ezekhez rendelik hozzá a csővezeték biztonságosnak ítélt feszültségi állapotát. A biztonsági tényező helyett annak reciprokát, az ún. tervezési faktort használják. A tervezési faktort a megengedhető feszültség és a folyáshatár hányadosaként értelmezik. Általános gyakorlat az is, miszerint előírják a minimális falvastagságot. Szigorú szabályok szerint gyűjtik a vezetéksérülések adatait, és ezek elemzése szolgáltat alapot a tervezési előírások rendszeres időközönként történő felülvizsgálatához.

A továbbiakban két irányadónak tekinthető nemzetközi előírás és egy összehasonlító tanulmány alapján tekintjük át a legfontosabb kérdéseket:

• Gas Transmission and Distribution Piping Systems, ASME B31.8, 1999 Edition

• Petroleum and natural gas industries – Pipeline transportation systems, ISO 13623, International Standard, First Edition, 2000-04-15

• Evaluation of Pipeline Design Factors GRI 00/0076 Az ASME B31.8 szárazföldi (on-shore) és tengeri (off-shore) földgázszállító

távvezetékekre, továbbá földgázelosztó vezetékekre alkalmazható. Az ISO 13623 szabvány érvényességi köre a szállított közeg szempontjából szélesebb az előzőnél, mivel nem-éghető, éghető, mérgező gázokat, valamint veszélyes folyadékokat szállító csővezetékekre egyaránt alkalmazható szabályokat tartalmaz. Ez utóbbi szabványban a szállított közegre az alábbi kategóriákat adták meg:

Irányadó nemzetközi előírások

139

3.5-1 táblázat A szállított közeg kategóriái az ISO 13623 szerint Kategória Leírás

A Tipikusan nem éghető vízbázisú fluidumok B Éghető és/vagy mérgező fluidumok, amelyek folyékony halmazállapotúak a

környezeti hőmérsékleten és atmoszférikus nyomáson. Ide sorolható például a kőolaj, továbbá a kőolajszármazékok. Éghető és mérgező fluidumnak tekinthető például a metanol is.

C Nem éghető fluidumok, amelyek nem mérgező gázok a környezeti hőmérsékleten és atmoszférikus nyomáson. Ide sorolható például a nitrogén, a szén-dioxid, az argon és a levegő.

D Nem mérgező, egyfázisú földgáz. E Éghető és/vagy mérgező fluidumok, amelyek gáz halmazállapotúak a környezeti

hőmérsékleten és atmoszférikus nyomáson. Ide sorolható például a hidrogén, az etán, az etilén, a propán-bután, a gazolin, az ammónia és a klór.

A szabvány gerincét az általános szabályok alkotják, de az egyes fejezetekben

megadja azokat a szigorításokat, amelyek a veszélyesebb közeg szállítása esetén érvényesek.

A környezeti kockázati tényezők figyelembe vétele A nemzetközi gyakorlatban a kockázati tényezők figyelembe vétele a csővezeték nyomvonalát körülvevő területek különböző kategóriába sorolásával történik. Minél nagyobb kockázatú egy terület, annál kisebb tervezési faktort engednek meg. A tervezési faktor a hazai gyakorlatban alkalmazott biztonsági tényezőnek a reciproka, amely megadja, hogy a csővezeték maximális engedélyezett üzemnyomásán (MAOP) a csővezetékben legfeljebb mekkora gyűrűfeszültség ébredhet.

Az ASME B31.8-ban definiált területi kategóriák leírása a 3.5-2 táblázatban található.

3.5-2 táblázat Területi kategóriák definíciója a B31.8 szerint Terület Leírás

B31.8/1-es kategória

Bármely 1,6 km-es (1 mérföldes) szakaszon 10-nél kevesebb lakóépület található. Ide sorolhatók a kopár területek, sivatagok, hegyvidéki területek, legelők, mezőgazdasági művelés alatt álló területek és a ritkán lakott területek.


Bármely 1,6 km-es (1 mérföldes) szakaszon 10-nél több, de 46-nál kevesebb lakóépület található. Ide sorolhatók a közepes népsűrűségű területek, úgy mint az agglomerációs területek, az ipari övezetek, farmok stb.

B31.8/3-as kategória

Bármely 1,6 km-es (1 mérföldes) szakaszon 46-nál több lakóépület található. Ide sorolhatók a külvárosi területek, bevásárló központok, lakóparkok, ipari övezetek és egyéb sűrűn lakott területek, amelyek nem felelnek meg a 4-es kategória feltételeinek.


Ezen a területen többemeletes épületek vannak túlsúlyban, nagyforgalmú utak találhatók, és gyakoriak a föld alatti létesítmények.

A terület minősítésénél a csővezeték tengelyvonalától számított 400-400 m-es

(¼ - ¼ mérföldes) sávot veszik figyelembe. Amennyiben a vizsgált területen templom, iskola, kórház stb. található, kiegészítő biztonsági megfontolásokat lehet tenni, illetve a területet eggyel magasabb kockázatú kategóriába sorolják.

Az ISO 13623 nemzetközi szabvány szerinti területi kategóriák leírása a 3.5-3 táblázatban található.


140

A terület minősítésénél – a B31.8 előírásaihoz hasonlóan - a csővezeték tengelyvonalától számított 400 – 400 m-es sávot véletlenszerűen kiválasztott 1,5 km-es hosszban veszik figyelembe. A szabvány részletesen megadja a módszertani szabályokat, és felhívja a figyelmet a jövőbeni változások mérlegelésére is, de számszerűsíthető szigorításokat nem tesz. A területi kategóriák alkalmazásával a környezet és a csővezeték kölcsönhatását biztonsági szempontból differenciáltan lehet kezelni. A csővezeték nyomvonala mentén nem tekintik végig azonosnak a kockázatot, hanem szakaszról szakaszra határozzák meg a szükséges és elégséges biztonságot.

3.5-3 táblázat Területi kategóriák definíciója az ISO 13623 szerint Terület Leírás

ISO 13623/1-es kategória

Olyan terület, ahol emberi tevékenységre csak elvétve lehet számítani, és nincs állandó emberi tartózkodásra szolgáló épület. Ide sorolhatók például a sivatagok.


Olyan terület, amelyen 50 fő/km2-nél kisebb a népsűrűség. Ide sorolhatók például a terméketlen, kopár területek, a legelők, mezőgazdasági művelés alatt álló területek és egyéb ritkán lakott területek.

ISO 13623/3-as kategória

Olyan terület, amelyen 50 fő/km2-nél nagyobb, de 250 fő/km2-nél kisebb a népsűrűség. Jellemzőek a többlakásos épületek, az 50-nél kevesebb személy tartózkodására szolgáló szállodák, irodaépületek és ipari üzemek. Ide sorolhatók például a közepes népsűrűségű területek, a nagyvárosok körül lévő agglomerációs területek, és a farmergazdaságok.


Olyan terület, amelyen 250 fő/km2-nél nagyobb a népsűrűség. Ide sorol-hatók például a külvárosi területek, lakóparkok, ipari övezetek és egyéb olyan területek, amelyek nem felelnek meg az 5-ös kategória feltételeinek.

ISO 13623/5-ös kategória

Ezen a területen többemeletes épületek vannak túlsúlyban, nagyforgalmú utak találhatók, és gyakoriak a föld alatti létesítmények.

Biztonsági tényező A csővezeték falvastagságának meghatározásánál már szóltunk arról, hogy a tervező a biztonsági tényező, illetve a tervezési faktor segítségével tudja befolyásolni a megengedett feszültséget a csővezeték falában. Minél nagyobb a biztonsági tényező, annál nagyobb lesz a falvastagság, és annál kisebb kockázatot fog jelenteni a csőtávvezeték a környezetre nézve. Természetesen a biztonságnak ára van, a nagyobb falvastagság a létesítési költségek növekedését eredményezi. A hivatkozott amerikai és európai tervezési előírásokban a jellemző kockázatra épülő biztonsági filozófiának megfelelően a tervezési faktor, illetve a boztonsági tényező a területi kategóriáktól függ. Az előírásokban megadott feltételrendszer a 3.5-4 és a 3.5-5 táblázatban látható.

A hivatkozott külföldi előírások biztonsági övezetet nem definiálnak abban az értelemben, ahogy a magyar jogi szabályozás használja. A csővezeték nyomvonala fölötti földsávot, mint felügyeleti zónát értelmezik, ahol a csövezeték üzemeltetőjének joga van ellenőrzési tevékenységet folytatni, és üzemzavar esetén gépekkel felvonulni a javítás érdekében. A felügyeleti zóna ismert angol neve a „right of way” (ROW).


141

3.5-4 táblázat Tervezési faktor az ASME B31.8 szerint Létesítmény Területi kategória

1 1 2 3 4 Csővezetékek 0,80 (1,2) 0,72 (1,3) 0,60 (1,3) 0,50 (1,5) 0,40 (1,8) Keresztezések védőcső nélkül - magánutak 0,80

(1,25) 0,72

(1,40) 0,60

(1,70) 0,50

(2,50) 0,40

(2,50) - alsóbbrendű közutak 0,60

(1,70) 0,60

(1,70) 0,60 (1,7)

0,50 (2,0)

0,40 (2,50)

-főutak, autóutak, vasutak 0,60 (1,70)

0,60 (1,70)

0,50 (2,00)

0,50 (2,00)

0,40 (2,50)

Keresztezések védőcső alkalmazásával - magánutak 0,80

(1,25) 0,72

(1,40) 0,60

(1,70) 0,50

(2,50) 0,40


(1,40) 0,72

(1,40) 0,60

(1,70) 0,50

(2,00) 0,40

(2,50) -főutak, autóutak, vasutak 0,72

(1,40) 0,72

(1,40) 0,50

(2,00) 0,50

(2,00) 0,40

(2,50) Párhuzamos megközelítések - magánutak 0,80

(1,25) 0,72

(1,40) 0,60

(1,70) 0,50

(2,50) 0,40


(1,25) 0,72

(1,40) 0,60

(1,70) 0,50

(2,00) 0,40

(2,50) -főutak, autóutak, vasutak 0,60

(1,70) 0,60

(1,70) 0,60

(1,70) 0,50

(2,00) 0,40

(2,50) Speciális létesítmények 0,60

(1,70) 0,60

(1,70) 0,60

(1,70) 0,50

(2,00) 0,40

(2,50) Csővezeték csőhídon 0,60

(1,70) 0,60

(1,70) 0,60

(1,70) 0,50

(2,00) 0,40

(2,50) Kompresszorállomások csővezetékei

0,50 (2,00)

0,50 (2,00)

0,50 (2,00)

0,50 (2,00)

0,40 (2,50)

Megjegyzés: a zárójelben lévő számok a hazai értelmezés szerinti biztonsági tényezőt jelentik.

3.5-5 táblázat Tervezési faktor az ISO 13623 szerint Szállított közeg D E D és E

Nyomvonali részek 1 1 2 3 4 5 Általános szakasz 0,83

(1,2) 0,77 (1,3)

0,77 (1,3)

0,67 (1,5)

0,55 (1,8)

0,45 (2,2)

Keresztezések és párhuzamos megközelítések - alsóbbrendű utak 0,77

(1,3) 0,77 (1,3)

0,77 (1,3)

0,67 (1,5)

0,55 (1,8)

0,45 (2,2)

-főutak, vasutak, csatornák, folyók, árterek és tavak

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,55 (1,5)

0,45 (2,2)

Görénykamrák és nyersgáz fogadó létesítmények

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,55 (1,5)

0,45 (2,2)

Technológiai állomások és terminálok csővezetékei

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,55 (1,5)

0,45 (2,2)

Speciális létesítmények pl. csővezeték csőhídon

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,67 (1,5)

0,55 (1,5)

0,45 (2,2)

Megjegyzés: a zárójelben lévő számok a hazai értelmezés szerinti biztonsági tényezőt jelentik.

Takarási mélység A csővezetékek takarása, azaz a csővezeték felső alkotója és a felszín közötti távolság nem lehet kisebb a 3.5-6 és 3.5-7 táblázatokban szereplő értékeknél.


142

3.5-6 táblázat Csővezetékek legkisebb takarása az ASME B31.8 szerint Normál Sziklás talajnál

A fektetés helye talajnál D < DN 500 D > DN 500 1-es területi kategória 0,610 m (24 in.) 0,305 m (12 in.) 0,457 m (18 in.) 2-es területi kategória 0,762 m (30 in.) 0,457 m (18 in.) 0,457 m (18 in.) 3-as és 4-es területi kategória 0,762 m (30 in.) 0,610 m (24 in.) 0,610 m (24 in.) Utak és vasutak keresztezésénél 0,762 m (36 in.) 0,610 m (24 in.) 0,610 m (24 in.)

Olyan helyeken, ahol felszíni talajerózióval kell számolni, vagy például

tervezett út-, vasútépítés miatt tereprendezés várható, illetve minden egyéb, a csővezeték takarását befolyásoló ok előre látható, a táblázatban szereplő értékeknél nagyobb takarással járulékos védelmet kell biztosítani.

3.5-7 táblázat Csővezetékek legkisebb takarása az ISO 13623 szerint A fektetés helye Takarási mélység

(m) Olyan terület, ahol emberi tevékenységre csak elvétve lehet számítani

0,8

Mezőgazdasági vagy kertészeti terület(1) 0,8 Csatornák, folyók(2) 1,2 Utak és vasutak(3) 1,2 Lakóterület, ipari-, kereskedelmi övezet 1,2 Sziklás talaj esetén(4) 0,5 (1) A takarás nem lehet kisebb, mint a normál művelési mélység

(2) A takarást a legkisebb előrelátható fenékszinttől kell számítani

(3) A takarást a vízelvezető árok aljától kell számítani

(4) A csővezeték felső alkotója legalább 0,15 m legyen a sziklás felszín alatt

Keresztezések A B31.8 szabvány által a közutak és vasutak keresztezésére megadott tervezési faktort és takarási mélységet az 3.5-4 és 3.5-6 táblázatok tartalmazzák.

A föld alatti csőtávvezeték minimális megközelítési távolságát 0,15 m-ben (6 in.) rögzíti. Amennyiben ez nem tartható, védőcső alkalmazásával, áthidalással vagy szigetelő anyag alkalmazásával kell a védelmet biztosítani.

Közutak keresztezésénél az ISO 13623 szabvány a szállított közegtől függően megadja a tervezési faktor nagyságát, amelyet az 3.5-5 táblázat tartalmaz. A 3.5-5 táblázat szerinti tervezési faktort és a 3.5-7 táblázat szerinti takarási mélységet, mint minimális előírást főutaknál a szilárd burkolat szélétől mért 10 m, alsóbbrendű utaknál 5 m távolságig kell alkalmazni.

Vasutak keresztezésénél hasonlóan az előzőhöz, az 3.5-5 táblázat szerinti tervezési faktort, és az 3.5-7 táblázat szerinti takarási mélységet, mint minimális előírást kell alkalmazni a vasúti pálya oldalsó határától számított 5 m távolságig. Ha az oldalsó határ nincs definiálva, a síntől számított 10 m távolságot kell alapul venni. A függőleges távolság a sín és a csővezeték között minimálisan 1,4 m, fúrt vagy alagutas keresztezésnél 1,8 m legyen.


143

3.5-1ábra Csővezetékek keresztezése

Csővezetékek és kábelek keresztezésénél a minimális követelmény a fizikai érintkezés elkerülése. Az elválasztáshoz szükség esetén „matrac” vagy egyéb anyagok is használhatók (lásd ASME B31.8 6.9.5 fejezet). A későbbi javításokhoz szükséges földmunkák biztonságos elvégzése miatt ajánlott a föld alatti létesítmények között legalább 0,3 m távolságot biztosítani (lásd ASME B31.8 10.6.3 fejezet).

Védőcső alkalmazását kerülni kell, ahol csak lehetséges (lásd ASME B31.8 6.9.7 fejezet).

Egyéb előírások Az ISO 13623 és az ASME B31.8 szabvány egyaránt differenciáltan kezelik a próbanyomás értékét is. A legnagyobb kockázatú területeknél a próbanyomás értékének 1,25*ptervezési helyett 1,4*ptervezési alkalmazását írják elő.

3.5-8 táblázat Legkisebb névleges falvastagság az ASME B31.8 szerint Legkisebb névleges falvastagság, mm

Kivitelező által készített kiegészítő

létesítmények

Minden cső Névleges átmérő

1-es területi kategória

1-es területi kategória

2-es területikategória

3-as, 4-es területi kategória

a kompresszor-állomásokon

125 2,1 3,2 3,2 3,2 6,4 150 2,1 3,4 3,4 4,0 6,4 200 2,6 3,4 3,4 4,4 6,4 250 2,6 4,2 4,2 4,8 6,4 300 2,6 4,2 4,2 5,2 6,4 350 3,4 4,2 4,2 5,3 6,4 400 3,4 4,2 4,2 5,6 6,4 450 3,4 4,8 4,8 6,4 6,4 500 3,4 4,8 4,8 6,4 6,4

550-650 4,2 4,8 4,8 6,4 6,4 700-750 4,2 6,4 6,4 7,1 7,1 800-900 5,5 6,4 6,4 7,9 7,9

950-1050 6,4 7,9 7,9 9,5 9,5 Az ISO 13623 szabvány mérgező gázokat szállító csővezeték esetén 100 %-os

mértékű, azaz minden hegesztési varrat roncsolásmentes vizsgálatát írja elő. A 3.5-8 táblázatban látható feltételrendszernek megfelelően az ASME B31.8

előírja a csővezetékek minimális falvastagságát.


144

Anyagminőség és biztonság A 3.5-2 ábrán egy DN 400 névleges átmérőjű, 6,4 mm falvastagságú és 70 bar névleges üzemnyomású csővezeték esetén a különböző tervezési faktorokhoz tartozó nyomások láthatók az anyagminőség függvényében. Az ábráról leolvasható, hogy minél nagyobb szilárdságú acél csővezetéket használnak, az egyes területi kategóriákhoz tartozó tervezési faktorok mellett annál nagyobb nyomások engedhetők meg.

DN 400, falvastagság 6,4 mm, PN 70 bar

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

200 250 300 350 400 450 500 550 600

Folyáshatás [N/mm2]

Nyo

más

[bar

]

40% 50% 60% 72% 90% 100% 105% MAOP 1,25*MAOP

X42 X46 X52 X56 X60 X65 X70 X80

3.5-2 ábra Az anyagminőség szerepe a tervezésnél

A folyáshatár 100 %-os, illetve 105 %-os értékének megfelelő nyomások a próbanyomás értékét jelentik. Az ábráról látható, hogy a megadott paraméterekkel rendelkező csővezetéket elegendő X 46-os acélból készíteni. Ennél nagyobb szilárdságú acél alkalmazása esetén kisebb falvastagság is elegendő.

Speciális tervezési követelméyek A T-idomoknál a leágazás méretétől függően görényvezető bordákat kell

tervezni. A bordák nem hagyhatók el, ha a leágazás keresztmetszete nagyobb, mint a fővezeték keresztmetszetének 60 %-a. A tervezésnél tekintettel kell lenni arra, hogy a maximális sebességgel áramló gáz ne idézhessen elő rezgéseket.

Folyók és vízfolyások keresztezésénél csak a DIN 30670 szerinti gyári KPE vagy PE extrudált szigetelésű, és mechanikai védelmet biztosító 3 mm vastag üvegszál erősítésű, műgyanta bevonattal ellátott acélcső tervezhető be. A talajmechanikai vizsgálati eredményektől függően kell meghatározni, és a terveb rögzíteni az extrudált szigetelés vastagságát, fajtáját, rétegszámát, és szükség esetén a cső pótlólagos mechanikai védelmét. Gyárilag előszigetelt csöveknél a hegesztési varratok szigetelésének legalább az eredeti szigeteléssel azonos minőségűnek kell lennie. A szigetelés minőségét a behúzás előtt szigetelés átütés vizsgálattal elenőrizni kell. A MOL tervezési követelményei szerint folyók és vízfolyások keresztezésénél a csőfal biztonsági tényezője minimálisan 2-es értékű legyen (MOL, 2003).

Más nyomvonalas létesítmények keresztezési mélységének a meghatározásánál figyelembe kell venni a csőre ható külsö dinamikus és statikus terheléseket, továbbá a keresztezés helyén elvégzett talajmechanikai vizsgálati

Nyomvonalterv

145

eredményeket. Amennyiben lehetséges a keresztezést védőcső nélkül kell tervezni. A csőfal biztonsági tényezője ilyen esetben sem lehet kisebb 2-nél.

3.6 Nyomvonalterv

A távvezeték-nyomvonal kitűzésének lépéseit Török nyomán foglaljuk össze (Vida, 1991). A kitűzésnél az alábbi szempontokat kell figyelembe venni:

• az adott kezdő és végpont között a vezeték hosszúsága a lehető legrövidebb legyen,

• a vezeték a legkedvezőbb topográfiájú területen haladjon keresztül, • a vezeték a mezőgazdaságilag legértéktelenebb területeken haladjon és

lehetőleg minimális művelhető területet vegyen igénybe, • a már meglévő létesítmények megközelítésénél vegye figyelembe a

kötelező védőtávolságokat, műtárgyak (út, vasút stb.) keresztezésekor a vonatkozó előírásokat,

• a nyomvonal mentén biztonsági övezetet lehessen kialakítani. A szállítóvezeték nyomvonalát úgy kell megválasztani, hogy az érintett terület,

vagy a területen elhelyezett létesítmény rendeltetésszerű használatát ne, vagy a lehető legkisebb mértékben akadályozza. A nyomvonal kiválasztásánál különös figyelmet kell fordítani a nyomvonal által érintett terület környezeti tényezőire, a földrajzi és talajviszonyokra (pl. korrozív természetű talaj, mocsaras vagy sziklás talaj).

A szállítóvezetéket lehetőleg a föld felszíne alatt kell elhelyezni, a cső felső alkotójától mért legalább 1 m-es takarással. A takarás nagyságát úgy kell megtervezni, hogy az előre látható környezeti hatások a szállítóvezeték üzembiztonságát ne veszélyeztessék. A szállítóvezetéket úgy kell elhelyezni, hogy káros vagy veszélyes mértékű elmozdulás ne következhessen be (felúszás, kimosás, lecsúszás stb.).

Két vagy több párhuzamos szállítóvezeték esetén - ha a szállítóvezetékek különböző időpontban épülnek és a korábban épült vezeték(ek) üzemel(nek) - az építési körülmények figyelembevételével, a csővezetékeket egymástól, de legalább a csőtengelytől 5 m távolságra kell elhelyezni. Egyidejűleg létesülő szállítóvezetékek esetében a csőalkotók közötti távolság legalább 0,6 m legyen.

Szállítóvezetéket tilos elhelyezni • nyomvonalas létesítmény alatt, a keresztezést kivéve, • közlekedési célt szolgáló alagútban és hídon, • más közművel közös árokban, illetve alagútban, • építmény és létesítmény alatt, valamint bányaművelés okozta

rétegmozgásos területen, • építmény és létesítmény védett területén vagy biztonsági övezetében,

kivéve ha a szállítóvezeték az építmény, létesítmény rendeltetésszerű használatához szükséges.

Keresztezéseknél vizsgálni kell a két létesítmény egymásra való hatását. A keresztezést úgy kell kialakítani, hogy a keresztezett szakaszon a szállítóvezeték és a műtárgy egymásra hatása ne eredményezzen olyan terhelést, ami a műtárgy és/vagy a szállítóvezeték károsodását, törését okozhatja. A veszélytelen egymásra hatást számítással kell igazolni.

A szállítóvezeték és más nyomvonalas létesítmény keresztezési szöge 30-150° között legyen. Keresztezéseknél védőcső alkalmazását általában kerülni kell. A szállítóvezeték védelmére acél védőcső beépítése tilos.


146

A csővezeték felső élét (alkotóját) a hajózható folyók keresztezésénél a vonatkozó vízügyi jogszabályok figyelembevételével, de legalább a szabályozási fenékszint alatt 1,5 m-re, egyéb vizeknél 1,0 m-re kell elhelyezni. Amennyiben a hajózható folyó keresztezése azoknál a térségeknél valósul meg (kikötők, horgonyzó helyek), amelyeknél a hajózás intenzíven „használja” horgonyával a hajóút medrét és a keresztezés mederkotrásos technológia alkalmazásával történik, a csővezeték felső alkotóját legalább a szabályozási fenékszint alatt 2,5 m-re kell elhelyezni.

A szállítóvezetéket a felúszástól, elsodródástól és a horgonyzás káros hatásaitól védeni kell.

A föld alatt egymást keresztező nyomvonalas létesítmények között a legközelebbi alkotótól minimum 0,6 m-es távolságot kell tartani. A föld alatti létesítmények keresztezéseinél, megközelítéseinél a létesítmények korrózióvédelmét úgy kell megoldani, hogy azok egymásban kóboráram korróziót ne okozhassanak. Az erre vonatkozó műszaki megoldásokat a szakhatóságok hozzájárulásával kell kialakítani.

A szállítóvezeték kitűzéséhez egyeztető tervet kell készíteni. Ennek a tervnek tartalmaznia kell a tervező, a beruházó adatait, a létesíteni kívánt szállítóvezeték műszaki leírását és rajzmellékleteit, az érintett területek tulajdonosainak és a tulajdonjogi határoknak tételes felsorolását, a fennálló tilalmakat és korlátozásokat M=1:25 000 méretarányú térképen.

Az érdekeltekkel egyeztető eljárás keretében kell egyezségre jutni a nyomvonallal kapcsolatban. Az eljárás során biztosítani kell, hogy az érdekeltek a tervezett nyomvonalat a helyszínen megtekinthessék, és mindazokat a kérdéseket, amelyek a dokumentáció alapján nem bírálhatók el, a helyszíni szemle során tisztázhassák (pl. kábel, közmű, egyéb föld alatti vezetékek keresztezési helyei, stb.).

A vezeték tartozékaként létesülő állomások területére, ha az mezőgazdasági rendeltetésű földterület igénybevételével jár, és ahhoz területfelhasználási engedély szükséges, úgy a területileg illetékes földhivataltól engedélyt kell kérni.

A szállítóvezeték nyomvonalának egyeztetése után történhet a tervezett nyomvonal helyszíni kitűzése. A kitűzött nyomvonalat geodéziai mérési módszerekkel rögzíteni kell.

A helyszíni egyeztetés és a nyomvonalkitűzés után kell a nyomvonaltervet elkészíteni. A nyomvonaltervnek tartalmaznia kell a távvezeték átnézeti térképét /M=1:25000/ és az un. távvezetéki hossz-szelvényt /M=1:10000/. A távvezetéki hossz-szelvény tartalmazza mindazokat az információkat, amelyek a kivitelezéshez, az árokásáshoz, a csővezeték fektetéséhez, takarásához szükségesek.

A szállító, leágazó és mezők közötti vezetékről az indítóállomástól az átadóállomásig, illetve az országhatárig távvezetéki térképet kell készíteni. A térképet az állami alaptérkép méretarányában (1:10 000 vagy 1:25 000), annak másolatán kell elkészíteni, és azt a vezeték üzemeltetőjének kell megőrizni. A térképen fel kell tüntetni:

• a távvezeték megnevezését, • a vezeték nyomvonalát, • a táv- és leágazó vezetékek kezdő-, törés- és végpontjait sorszámozva

méretaránytól függő sűrűséggel, valamint legalább 10 km-enként a szelvényszámokat,

• a csőelzáró szerelvényeket, a nyomásfokozó, katód- és melegítő állomásokat, felszíni jeleket szelvényszámukkal,

Vonali létesítmények tervezése

147

• a gázvezeték nyomvonala által keresztezett vagy annak védősávjában levő utakat, vasutakat és a 110 kV vagy ennél nagyobb üzemi feszültségű villamos távvezetékeket,

• a vezetékek védelmére kijelölt védőpilléreket, • a bányatelek-nyilvántartásból nem törölt bányatelek határvonalát és

megnevezését, • a koncessziós terület(ek) megnevezését és határvonalait. A távvezeték nyomvonalán vagy szelvényezésében beállott változásokat a

térképen évenként át kell vezetni.

3.7 Vonali létesítmények tervezése

3.7.1 Szakaszoló állomás

A szállítóvezetékek szakaszolásával kapcsolatban az alábbi szempontokat indokolt figyelembe venni:

• biztosítani kell a szállítóvezeték szakaszolhatóságát és szakaszonkénti nyomásmentesíthetőségét. A szakaszok hosszát - a nyomvonal ismeretében - biztonsági szempontok figyelembe vételével kell meghatározni;

• a szakaszoló szerelvények telepítésénél figyelembe kell venni a környezet beépítettségét, és a domborzati viszonyokat. A tervezés során olyan megoldást kell alkalmazni, hogy a szakaszoló szerelvényt idegen személy csak erőszak alkalmazásával hozhassa működésbe;

• a gázszállító vezeték lefúvatásának lehetőségét úgy kell biztosítani, hogy minden szakaszoló állomással határolt vezetékszakasz legalább az egyik végén lefúvatható legyen.

A lefúvató rendszert a következők szerint kell kiépíteni: • a lefúvatót vagy fáklyát a környezeti, meteorológiai és domborzati

viszonyok figyelembe vételével úgy kell kialakítani és elhelyezni, hogy a lefúvatott közeg a megengedett mértéken túl a környezetet ne szennyezze és ne veszélyeztesse;

• mérgező, egészségre ártalmas közeg, vagy 0,8-nál nehezebb relatív fajsúlyú éghető gáz lefúvatására csak fáklyán keresztül legyen lehetőség;

• a lefúvató vezeték kezdőpontjában egy záró- és egy kézi szabályozó (fojtó) szerelvényt kell építeni;

• a lefúvató rendszert szilárdságilag méretezni kell a lefúvatáskor fellépő üzemviszonyoknak megfelelően;

• folyadékleválasztót kell létesíteni, ha a gáz folyadéktartalma olyan nagy, hogy lefúvatása vagy fáklyázása folyadékleválasztó nélkül biztonságosan nem végezhető el.

• DN 250 névleges átmérőnél nagyobb szállítóvezetéknél a szakaszoló szerelvényt a kétoldali nyomás kiegyenlítése céljából kerülő vezetékkel kell ellátni.

Biztonsági főelzáró szerelvényt kell beépíteni az állomásokhoz csatlakozó vezetékeken a technológiai egység veszélyességi övezetén kívül, de 200 m-nél nem távolabb úgy, hogy az állomások üzemzavara esetén is a szakaszoló szerelvények biztonságosan működtethetők legyenek. Az állomás villamos veszélyességi övezetén


148

kívül telepített csőgörény indító, vagy fogadó leágazó tolózára az állomás biztonsági tolózára is lehet.

A szállítóvezeték részeként csak olyan elzáró szerelvények építhetők be, amelyeknek “zárva”, illetve “nyitva” helyzetét megfelelő szerkezet egyértelműen mutatja;

A talajszint alatt elhelyezett elzáró szerelvények működtetését és kenését úgy kell megoldani, hogy az a felszínről elvégezhető legyen.

3.7.1-1 ábra Távvezetéki szakaszoló állomás

1 kezelőtér, 2 járdalap, 3 szakaszoló, 4 elzárószerelvények a lefúvatáshoz, 5 műszercsatlakozó, 6 nyomásmérő, 7 gömbcsap, 8 szerelvényalap, 9 szigetelőkarima,10 lefúvatócső

A távvezetéki szakaszoló állomások lehetővé teszik a sérült vezetékszakaszok kizárását és a földgáz lefúvását a rendszerből. A szakaszoló állomásokon kialakított lefuvatók, illetve fáklyák segítségével végezhető el a kizárt vezetékszakaszban lévő földgáz biztonságos lefúvatása. Az állomás jellemző kialakítása a 3.7.1-1 ábrán látható.

3.7.1-1 táblázat Szakaszolóállomások közötti legnagyobb távolság Távolság A terület jellemző

besorolása km (miles)

32 (20) 1-es kategória (Class 1) 24 (15) 2-es kategória (Class 2) 16 (10) 3-es kategória (Class 3)

8 (5) 4-es kategória (Class 4) A szakaszolóállomások maximális távolsága a hazai gyakorlatban nincs

korlátozva. Az ASME 31.8 előírás a terület jellemző besorolásának függvényében adja meg két szakaszolóállomás közötti legnagyobb távolságot (ASME B31.8).

Elzáróelemek Az elzáróelemeknek számos műszaki megoldása ismeretes, de a gáztávvezetékekre vonatkozó különleges követelmények miatt elzáróelemként csak néhány típust alkalmaznak. Ezek jellemzőit Bakos nyomán foglaljuk össze (Vida, 1991.).

A tolózárak közös jellemzője, hogy a zárótest orsó segítségével az áramlásra merőlegesen mozgatható. A zárótest alakja alapján megkülönböztetnek ék- vagy lapzárású tolózárakat. Az ék-tolózárakban a zárótest osztatlan, zárófelületei ék


149

alakban vannak kiképezve. Nyitáskor és záráskor a tömítőfelületek csak rövid úton csúsznak el egymáson, ami előnyös a kopás szempontjából. A tömör zárás előfeltétele a házban és a záróelemen a zárófelületek pontos geometriai kiképzése és megmunkálása. Ennek a típusnak hátránya, hogy nyitott állapotban az áramló közegből könnyen kiülepedhet szilárd szennyeződés az ék alakú zárófelületekre, ami megakadályozza a tömör zárást, és fokozott kopást eredményez.

3.7.1-2 ábra Laptolózár (gate valve)

A merev lapzárású tolózárakban a zárótest oldalai párhuzamosak, zárófelület vagy csak az egyik, vagy mindkét oldalon ki van alakítva. A zárólapot két oldala közötti nyomáskülönbség szorítja a speciális tömítőfelületre, ezért a zárás bizonytalan. További hátránya ennek a megoldásnak, hogy záráskor és nyitáskor a zárólap és a tömítőfelület hosszú úton csúszik el egymáson, ami a felület gyors kopásához vezet. Továbbfejlesztett változata az 3.7.1-2 ábrán látható párhuzamos lapzárású tolózár, amelyben a zárótest két párhuzamos lapból áll, ezeket csavar-, ék-, vagy könyökemelő szorítja a párhuzamos tömítőfelületekre. Ezzel a megoldással egyrészt biztosítható a tömör zárás, másrészt a tömítőfelületek egymásról merőlegesen, és nem csúsztatva távolíthatók el, ezért kopásuk kismértékű. Az ilyen típusú tolózárak nagyobb számú, gondos megmunkálást igénylő alkatrészt tartalmaznak, ezért drágábbak. Osztott zárótesttel készítenek éktolózárakat is, kiküszöbölve ezzel az alaki illesztés problémáját.

A 3.7.1-3 ábrán egy nagyméretű távvezetéki gömbcsap szerkezeti vázlata látható.A gömbcsap záróeleme gömb alakú, amelyben a kapcsolódó csővezetékek belső keresztmetszetével azonos nagyságú körszelvényű furatot képeznek ki.

A gömbcsap szerkezeti kialakítása nagyon előnyös az áramlási ellenállás és a csőtisztítás szempontjából. A gömb alakú zárótest külső felületét gondosan kell megmunkálni, mivel ez érintkezik a csapházon belül a speciális záróüléssel. A záróülés rendszerint színesfémből vagy műanyagból készül a szállított közeg tulajdonságaitól függően. A kis felületű, műanyag bevonatú ülésfelület miatt még nagy nyomáskülönbségek esetén is kicsi a működtetéshez szükséges nyomatékigény. Zárt állapotban a nyomáskülönbség a forgórészt rányomja a záróülésre, ezzel fokozza a zárás biztonságát. A gömbcsapot számos előnyös tulajdonsága miatt a gáztávvezetékeknél is széles körben alkalmazzák.


150

3.7.1-3 ábra Távvezetéki gömbcsap (ball valve)

1 tömítőgyűrű kerete, 2 forgó csap, 3 lefúvató csonk, 4,6 golyó-ház, 5 tömítőanyag besajtolási pont, 7 tömítőanyag besajtolási pont, 8,9 forgószár tömítések, 10 “úszó” tömítőgyűrű

Lefúvatók, fáklyák A lefúvató rendszer a szakaszoló-, vagy technológiai állomások kiegészítő része, amely a távvezetéki szakasz nyomásmentesítésére szolgál. A lefúvatót vagy fáklyát a várható üzemviszonyok figyelembe vételével hidraulikailag és szilárdságilag méretezni kell.

3.7.1-4 ábra A lefúvatórendszer vázlata

1 szállítócső, 2 szabályozó szelep, 3 elzáró szerelvény, 4 lefúvató vezeték, 5 lefúvató v. fáklyakémény

Lefúvatáskor a két végén lezárt távvezetéki szakaszban lévő földgázt külön erre a célra létesített csőrendszeren keresztül távolítják el, és a folyamat során a gáz saját nyomásenergiáját hasznosítják. A kiáramló gázt környezetvédelmi okok miatt általában meggyújtják, ezért a folyamatot fáklyázásnak is nevezik. A távvezetéki fáklyák jellemzője, hogy csak ritkán üzemelnek, szemben az állandóan égő finómítói vagy gázüzemi fáklyákkal. Ennek megfelelően méretük és technikai megoldásuk is eltér azokétól.

Műszaki-biztonsági okból lefúvatásnál, ill. fáklyázásnál a fáklyakémény kilépési keresztmetszetében korlátozhatják a kiáramlást. Példaként a hazai előírás említhető, amely normál esetben 0,2 (vészhelyzetben 0,6 … 0,8) Mach-számot enged meg. Ez a feltétel azt jelenti, hogy a lefúvató vezeték végén az áramlási sebesség a hangsebességet nem éri el.


151

A távvezetéki szakaszoló állomásokon kiépített lefúvató rendszerek szokásos technológiai elrendezése a 3.7.1-4 ábrán látható.

A lefúvatóvezeték elején egy szabályozó szelepet és egy elzáró szerelvényt építenek be. A kézi működtetésű szabályozó szeleppel tudják a helyszínen a zárt távvezetéki szakaszból kiáramló gázmennyiséget szabályozni.

A lefúvatási folyamat számításánál a vizsgált rendszert két jól elkülöníthető részre lehet bontani (Tihanyi et al. 2001.). Egyik rész a zárt távvezetéki szakasz, amelyet nyomásmentesíteni kell, a másik rész a fix vagy szabályozható szűkítéssel ellátott lefúvató vezeték. A zárt távvezetéki szakaszt magában foglaló részrendszer esetén a nyomás- és a hőmérsékletváltozást kell meghatározni ismert lefúvatási gázáram esetén. A kapcsolódó lefúvató részrendszerre pedig a lefúvatási gázáram nagyságát kell meghatározni, amelyhez a kiindulási feltételt a zárt távvezetéki szakasz aktuális nyomás- és hőmérséklet értéke adja. A zárt távvezetéki szakaszban a nyomásváltozást az általános gáztörvény alkalmazásával lehet számítani:

mMVRT

zp

zp

p2

2

1

1 Δ=− (3.7.1-1)

Az összefüggés megadja, hogy a Vp térfogatban lévő gázmennyiségnek Δm tömeggel történő megváltozása mekkora nyomásváltozást eredményez. Az 1-es index a kezdeti, a 2-es pedig a végállapotra utal. Az eltérési tényező nyomás- és hőmérsékletfüggése miatt az egyenlet csak fokozatos közelítéssel oldható meg.

A lefúvatás során a távvezetéki szakaszban a nyomáscsökkenéssel egyidejűleg hőmérsékletváltozás is végbemegy, annak számításánál különböző feltételezésekből lehet kiindulni:

• az expanzió adiabatikus, és csak a gáz hőmérséklete változik, • az expanzió politrópikus, és csak a gáz hőmérséklete változik, • az expanzió adiabatikus, de a gáz és az acél csővezeték hőmérséklete

azonos mértékben változik. Ilyen esetben minden időpontra a közös hőmérséklet az alábbi összefüggéssel számítható:

ggaa

iggiaa1i mcmc

TmcTmcT

++

=+ (3.7.1-2)

• az expanzió során a gáz és az acél csővezeték hőmérséklete azonos mértékben változik, továbbé a rendszer a környezetből hőt vesz fel. A közös hőmérsékletet az (3.7.1-3) összefüggésből lehet meghatározni, amely tartalmazza a Δτ idő alatt végbemenő környezeti hőcserét.

τΔ++τΔ++

=+ FkmcmcTFkTmcTmc

Tggaa

tiggiaa1i (3.7.1-3)

A gáz fajhőjét az aktuális nyomásnak és hőmérsékletnek megfelelően az állapotegyenletből kell számolni, az acél fajhőjét extrapolálással lehet meghatározni. A gáz tömege a vizsgált időpontban a távvezetéki szakaszban lévő aktuális érték, az acél tömegét alapadatként kell megadni. Ugyancsak a számítás bemenő adataként kell megadni a hőátbocsátási együtthatót, a hőátadási felület az alapadatokból számítható. Az időlépés nagyságát a számítási algoritmus határozza meg. A hőmérsékletet a (3.7.1-3) összefüggésből fokozatos közelítéssel lehet meghatározni.


152

Az előző feltételezésekkel végzett számítások közül az utolsó mutatja a legjobb egyezést a tényleges lefúvatások tapasztalataival. Ez azt jelenti, hogy a “tartálymodell”-nél határoló felületet nem a csőszakasz belső, hanem a külső felületén, a passzív szigetelő rétegnél indokolt felvenni. Ebben az esetben a távvezeték anyagának a hőmérséklete azonos mértékben változik a távvezetékben lévő gázéval. A távvezeték tömege és hőtartalma ugyanis többszöröse a benne lévő gáz tömegének és hőtartalmának, ezért nem hanyagolható el a távvezeték anyagának kiegyenlítő hatása. Egy DN 600 névleges átmérőjű távvezetéki szakasz fajlagos tömege 164 kg/m, ugyanakkor az 1 m-es csőszakaszban lévő 50-bar nyomású földgáz tömege csak 10,7 kg. Mivel a gáz közvetlenül érintkezik a cső belső felületével, így rövid idő alatt is végbemehet a hőmérsékletkiegyenlítődés.

A 3.7.1-1 táblázatban látható az acél fajhőjének a változása a hőmérséklet függvényében (Raznjevic, 1964).

3.7.1-1 táblázat Az acél fajhőjének változása Hőmérséklet Fajhő

[oC] [J/kg.fok] 20 452 0 440

-50 406 -100 356

A nyomásváltozásnál elegendően pontos eredményt kapunk, ha a zárt

távvezetéki szakasz hossza mentén minden pontban azonosnak tekintjük a nyomást. Üzemelő távvezeték esetén ugyanis a lefúvási idő minimalizálása érdekében mindkét végén egyidejűleg végzik a lefúvatást, így csak nagyon szélsőséges esetben alakulhat ki olyan helyzet, amelynél korlátozott lenne az áramlás a kiáramlási ponthoz.

A “tartályhoz”, vagyis a távvezetéki szakaszhoz kapcsolódó lefúvató rendszerben bonyolult áramlási forma alakul ki. A lefúvató rendszer kiindulási pontjában a nyomás és a hőmérséklet a “tartálymodellből” adódik. A lefúvató rendszer első eleme egy rövid leágazó vezetékszakasz, amely a távvezetéki szakaszt köti össze a szabályozó szeleppel. Ebben a csőszakaszban még nagy nyomás és viszonylag kis áramlási sebesség a jellemző. A leágazó szakaszhoz kapcsolódik a szabályozószelep, amely a gázáram korlátozásával nyomáscsökkenést idéz elő. A végbemenő állapotváltozást fojtásos, azaz izentalpiás állapotváltozásnak lehet tekinteni. A fúvókán, ill. fojtáson kialakuló gázáram nagyságát a fúvóka kimeneti pontjánál kialakuló ellennyomás határozza meg. A fúvóka utáni csőszakaszban, a tényleges lefúvató vezetékben a gáz nyomása tovább csökken, sebessége viszont nő. Ha a csőszakasz elegendően hosszú, a kiáramlási keresztmetszetben kritikus sebesség alakul ki. A kiömlési ponthoz közeledve gyorsan nő a sebesség, ami nagy nyomásgradiens, ill. nyomásveszteség kialakulását eredményezi. A lefúvató rendszerben a nyomás- és hőmérséklet változását a 2.4 fejezetben leírt módon lehet számítani.

A lefúvatási folyamat során kialakuló áramlási viszonyokat mintapélda segítségével mutatjuk be. A vizsgált esetekben a rendszer és a kezdeti feltételek azonosak voltak, a kiáramló gázmennyiséget azonban különböző szabályozási módok határozták meg:

• a szabályozott gázáram állandó, • a kiáramlási végponton a Mach-szám állandó.


153

Adott gázáramra történő szabályozás Ebben az esetben a lefúvatás gázárama 15000 nm3/h-ás állandó érték. A 3.7.1-5 ábrán látható, hogy ezzel a szabályozási móddal a lefúvatás hosszabb ideig tartott, mint az előző változatnál. A “tartálynyomás” csak 6 óra elteltével csökkent 5 bar alá. Az előző változatban ugyanilyen mértékű nyomáscsökkenés már 3 óra 47 perc után bekövetkezett.

0

5

10

15

20

25

30

0:00 1:12 2:24 3:36 4:48 6:00 7:12 8:24 9:36 10:48

Idő

Nyo

más

[bar

]

P1 P3 P4 3.7.1-5 ábra Nyomásváltozás az idővel

A lefúvatás első fázisa 5 óra 51 percig tartott. Eddig az időpontig - csökkenő mértékű fojtással ugyan - biztosítani lehetett a 15000 nm3/h-ás lefúvató gázáramot. A szabályozó szelep kimeneti pontján 5,7 bar nyomást kellett tartani, a kiáramlási végponton pedig 0,1 bar túlnyomás alakult ki. 5 óra 51 perckor a “tartálynyomás”, ill. a szabályozó szelep előtti nyomás olyan mértékig lecsökkent, hogy a fojtást meg kellett szüntetni. Ettől kezdve a lefúvatás teljesen nyitott szabályozó szelepen keresztül, egyre csökkenő kiáramlással folytatódott. Az utolsó fázisban a kiáramlási végponton a nyomás azonos volt környezeti nyomással, a Mach-szám viszont folyamatosan csökkent. A lefúvatás 10 óra 11 perckor fejeződött be.

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00

Idő

Hőm

érsé

klet

[o C]

T1 T3 T4 3.7.1-6 ábra Hőmérsékletváltozás az idő függvényében


154

A 3.7.1-6 ábra tanúsága szerint a T1 “tartályhőmérséklet” a kezdeti 5 oC-os talajhőmérsékletről közel lineárisan –0,2 oC-ig csökkent. Az állandó gázárammal történő lefúvatás sajátos következménye, hogy a “tartályban” és a szabályozó szelepen végbement expanzió kiegyenlítette egymást, így a szabályozó kimeneti pontján a T3 hőmérséklet a lefúvatás első fázisában közel állandó volt. Ugyanezen idő alatt a lefúvató vezeték kiáramlási végpontján nagyon alacsony, de közel állandó T4 hőmérséklet alakult ki, mivel a gáz hangsebességre történő felgyorsulása során jelentős expanzió ment végbe.

A lefúvatás második fázisában a rendszer minden pontján rohamosan csökkent az expanzió mértéke, emiatt a hőmérséklet növekedett. Az ábrán látható, hogy a T1 és T3 hőmérsékletek esetén csak kismértékű, a T4 végponti hőmérsékletnél viszont nagyon jelentős volt a növekedés.

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0:00 1:12 2:24 3:36 4:48 6:00 7:12 8:24 9:36 10:48

Idő

Mac

h-sz

ám

M3 M4 3.7.1-7 ábra Mach-szám változása az idővel

A Mach-szám változását vizsgálva a 3.7.1-7 ábrán azt látjuk, hogy a kiáramlási végponton az M4 Mach-szám mindaddig 1-es értékű, ameddig a lefúvatás során a gázáram az adott, állandó érték. Ezt követően a Mach-szám - különböző mértékben ugyan - de mindkét vizsgált pontban fokozatosan csökken. Meg kell jegyezni, hogy az adott rendszernél is csak meghatározott gázáramnál nagyobb érték esetén alakul ki 1-es Mach-szám a kiáramlási végponton. Kisebb gázáramok esetén a lefúvatás első fázisában 1-nél kisebb állandó nagyságú Mach-számmal történik a lefúvatás.

Adott kiáramlási Mach-számra történő szabályozás Ebben az esetben a szabályozás végeredményeképpen a lefúvatás első fázisában 0,8-as állandó Mach-szám alakult ki a kiáramlási végponton.

A 3.7.1-8 ábrán látható, hogy 8 óra 47 percig a “tartálynyomás” lineárisan csökkent, a szabályozó szelep kimeneti pontjában viszont 3,9 bar-os állandó nyomást kellett tartani. A kiáramlási keresztmetszetben a környezeti nyomással azonos nyomás alakult ki. Állandó Mach-számmal történő lefúvatás tehát úgy valósítható meg, ha a szabályozó szelepet nyomásszabályozóként üzemeltetik.


155

0

5

10

15

20

25

30

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24

Idő

Nyo

más

[bar

]

P1 P3 P4 3.7.1-8 ábra Nyomásváltozás az idővel

A kezdetben jelentős nagyságú fojtás idővel csökkent, majd 8 óra 47 perctől a “tartálynyomás” egyenlő lett a szabályozó szelep kimeneti nyomásával. Ettől kezdve a lefúvatás egyre csökkenő kiáramlással folytatódott. A kiáramlási végpont nyomása a lefúvatás teljes ideje alatt azonos nagyságú volt a környezeti nyomással. A Mach-szám a fojtás nélküli második fázisban folyamatosan csökkent.

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24

Idő

Hőm

érsé

klet

[o C]

T1 T3 T4 3.7.1-9 ábra Hőmérsékletváltozás az idő függvényében

A 3.7.1-9 ábrán látható hőmérsékletváltozás, jellegét tekintve nagyon hasonlít a 3.7.1-6 ábrán láthatóhoz. Az egyezés nem véletlen, hiszen 0,8-as állandó Mach-számmal végrehajtott lefúvatásnál az első fázisban 11000 nm3/h-ás állandó gázáram alakult ki. A legszembetűnőbb különbség az, hogy a szabályozó szelep kimeneti és a lefúvató vezeték végpontja között kisebb mértékű volt az expanzió, ezért a kiáramlási végponton -25 oC-nál kisebb hőmérséklet nem alakult ki.

A Mach-szám változását vizsgálva a 3.7.1-10 ábrán azt látjuk, hogy a kiáramlási végponton az M4 Mach-szám mindaddig 0,8-as adott értékű maradt, ameddig azt gázáram szabályozással biztosítani lehetett. A fojtás megszűnése után, a csökkenő gázáramhoz egyre kisebb M3-as és M4-es Mach-szám volt elegendő. A végpontra adott 0,8-as Mach-szám a lefúvatás első fázisában is a kritikusnál kisebb


156

sebességű kiáramlást eredményezett, ennek következménye a vizsgált változatok között a leghosszabb, 12 óra 30 perces lefúvatási idő volt.

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24

Idő

Mac

h-sz

ám

M3 M4 3.7.1-10 ábra Mach-szám változása az idővel

A lefúvató méretezése Az olaj- és gázipari technológiai számítások nemzetközileg mértékadó kézikönyve, a a GPSA Engineering Data Book (EDB) és az API RP 521 foglalja össze a fáklyák méretezésére és a hőhatás övezet számítására szolgáló számítási eljárást.

A GPSA EDB-ban azt ajánlják, hogy rövid ideig tartó biztonsági lefúvatás esetén se haladja meg a Mach-szám a 0,5-ös értéket, folyamatos lefúvatásnál pedig 0,2-es Mach-számot alkalmazzanak. A fáklya átmérőjét az előző feltételek figyelembe vételével javasolja meghatározni. A fáklya magasságát a környezet megengedhető hőterhelése befolyásolja. Minél magasabb a fáklya, egy adott lefúvatási gázáramnál (kiáramlási sebességnél), annál kisebb lesz a környezetre jutó hőterhelés. A környezeti hőterhelés szempontjából a szélcsendes időben végzett fáklyázás a legkedvezőbb, mivel ebben az esetben a lángcsóva függőlegesnek tekinthető.

3.7.1-11 ábra A hőhatás számításnál figyelembe vett paraméterek

Forrás: GPSA Egineering Data Book,


157

Az oldalszél a lángcsóvát eltéríti a függőleges iránytól („lenyomja”), ennek hatására a hősugárzás veszélyességi övezete is változik, a széliránnyal ellentétes oldalon az egységnyi talajfelszínre jutó hősugárzás megnő. A szél hatásának figyelembe vételéhez szükség van a lángcsóva tengelyvonalának a függőlegestől való eltérését megadó θ szög meghatározására:

A láng sugárzási középpontjának a 3.7.1-11 ábra szerinti koordinátáit az Lf lánghosz és a láng tengelyvonalának a függőlegestől való eltérését megadó θ szög függvényéban határozzák meg az alábbi összefüggésekkel:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=θ −

g

sz1

vv

tan

θ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= sin

3LX f

c (3.7.1-4)

és

θ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= cos

3LY f

c (3.7.1-5)

A láng sugárzási középpontja és a fáklyát körülvevő felszín valamely besugárzott pontjának a távolságát egyszerű geometriai feltételből lehet maghatározni.

( ) ( )2cs

2c YHXXR ++−= (3.7.1-6)

ebből a hőhatás-övezet sugara kifejezhető

( )2cs

2c YHRXX +−+= (3.7.1-7)

A láng sugárzási központjától R távolságra a talajfelszínen lévő pontban a hősugárzás intenzitását a Stefan-Boltzmann törvényből lehet számítani:

2gng

R4Hq

Iπ

ε= (3.7.1-8)

ahol ε emissziós tényező, a kisugárzott hőhányadot jellemző paraméter qg a fáklyázási gázáram, m3/s, Hgn a gáz fűtőértéke, J/m3, I a hőterhelés értéke a láng középpontjátó R távolságra, W/m2, R a láng középpontjának a távolsága valamely I hőterhelésű ponttól , m. Az égésnél felszabaduló energia sugárzó hőhányadát kifejező ε paraméterre a

hivatkozott szakirodalmak az alábbi értékeket adják meg:


158

Határérték Érték Szénmonoxid 0,075 Hidrogén 0,075 Kénhidrogén 0,070 Ammónia 0,070 Metán 0,10 Propán 0,11 Bután 0,12 Etilén 0,12 Propilén 0,13

A hivatkozott szakirodalmak a hőhatás szempontjából veszélyes határértékeket

az alábbiak szerint adta meg:

Határérték Érték Gépi berendezésekre 15 750 W/m2 Emberre, néhány másodperces menekülésnél 9 450 W/m2 Emberre, egy perces sugárzás esetén 6 300 W/m2 Emberre, néhány perces sugárzás esetén 4 725 W/m2 Emberre, folyamatos sugárzás esetén 1575 W/m2

A fenti táblázatban szereplő értékek nem tartalmazzák a napsugárzásból adódó

többlet hősugárzást. Ez utóbbinak az értéke területenként és évszakoknként változó. Tervezéshez 787 – 1040 W/m2 érték vehető figyelembe. A lángcsóva hosszának meghatározására empirikus összefüggések szolgálnak:

1400P

d12,0L wf

Δ= (3.7.1-9)

és

62,19v

2v102,0P

22

wρ

=ρ

=Δ

ahol ρ a gáz sűrűsége a kiáramlási keresztmetszetben, kg/m3, v a gáz kilépési sebessége a fáklyaégőből, m/s.

vagy az API Guide RP 521 szerint

( ) 474,06rf 10Q14,2L −⋅= (3.7.1-10)

ahol Qr az égés során felszabaduló hőteljesítmény, W. Tervezésnél a megengedett sugárzási intenzitási értékekből kell kiindulni, és

ehhez kell a szükséges Hs állványcső (flare stack) magasságot meghatározni. A fenti számításoknál a láng hosszúságára vonatkozó összefüggések nem

tartalmazzák a szélsebességet. Ez azt jelenti, hogy a láng hosszúsága a szélsebességtől függetlenül mindig a számított érték lesz. A megfigyelések ugyanakkor azt mutatták, hogy 25 m/s-nál nagyobb szélsebesség esetén a láng rövidülése figyelhető meg. A tervezésnél azonban ezt a hatást általában elhanyagolják.


159

Tekintettel arra, hogy a távvezetéki lefúvatók és fáklyák használata alkalomszerű, külön őrláng és gyújtóláng alkalmazása nem szükséges. Begyújtásuk egyszerű, kötéllel felhúzott gyújtódárdával elvégezhető.

Olyan esetben, amikor a lefúvatóvezetékben robbanás következhet be, és a robbanás a környezetben veszélyt jelent (további robbanások iniciálása, berendezések sérülése), a fáklyacsőbe lángzárat (molekulazár, hálószerkezet stb.) kell beépíteni. Lángzárat kell beépíteni 0,8-nál nagyobb relatív sűrűségű, éghető gázt elégető fáklyatestben is. A lángzár a csőben befelé haladó lángot kioltja.

3.7.2 Folyadékleválasztó

A nagynyomású távvezetéken alkalmazott kondenzátum leválasztó látható a 3.7.2-1 ábrán. A kondenzátumleválasztó két fő részből, a szedőből és a gyűjtőcsőből áll. A szedőt a gáztávvezetékbe építik, a gyűjtőcsövet pedig a távvezeték alatt helyezik el és DN 50 névleges átmérőjű vezetékkel kötik össze.

Az áramló földgázban levő folyadékcseppek a szedőben levő perforált csővel ütköznek és a folyadék a szedő alján összegyűlik, majd a nyitott gömbcsapon keresztül átfolyik a gyűjtőcsőbe. Az összegyűlt kondenzátumot a gyűjtőcsőbe csatlakozó és a talajszint fölé nyúló kondenzátumvezetéken keresztül lehet időnként eltávolítani. A kondenzátumvezeték és a gázvezeték nyomáskiegyenlítő csővel van összekötve, amelybe tűszelepet építenek be. Üzem közben a tűszelep nyitva van. A kondenzátumvezeték föld feletti szakaszában további elzárószerelvények és tűszelep van beépítve, amelyeket viszont zárva kell tartani.

3.7.2-1 ábra Folyadékleválasztó

1 szedőcső, 2 gyűjtőcső, 3 gömbcsap, 4 tűszelep, 5 nyomáskiegyenlítő vezeték, 6 kondenzátum vezeték, 7 támaszték, 8 tolózár, 9 gömbcsap, 10-11 tűszelep

A kondenzátum lefejtése előtt a (4) szelepet el kell zárni, a (8) tolózárat és a (9) gömbcsapot pedig nyitni kell, majd a (10) tűszelep fojtásával az összegyűlt folyadék átfejthető egy kondenzátumtartályba. Átfejtés után minden szerelvényt eredeti állásába kell visszaállítani. A gyűjtőcső elszennyeződése esetén a (3) gömbcsap lezárásával, valamint a gyűjtőcső nyomástalanítása után, a vakkarimák megbontásával a gyűjtőcsövet ki lehet tisztítani.


160

3.7.3 Keresztezések

Védőcső alkalmazása A gázszállító vezetéknek és más nyomvonalas létesítményeknek (pl. út, vasút, villamos vezeték stb.) továbbá vízi létesítményeknek a keresztezését külön előírásoknak megfelelően kell kialakítani.

A védőcső feladata egyrészt az, hogy a külső terheléstől mentesítse a gázszállító vezetéket, másrészt a szállító vezeték meghibásodása esetén elvezeti a szivárgó gázt, és ezáltal megakadályozza tűz- és robbanásveszélyes helyzet kialakulását a keresztezett nyomvonalas létesítmény alatt. A védőcső a keresztezés kivitelezését is leegyszerűsítheti, mivel lehetővé teszi a műtárgy megbontás nélküli, átfurással történő keresztezését. Szilárdsági méretezéséhez mértékadó terhelésnek közút keresztezésénél 9,6 104 N/m2, vasút keresztezésénél pedig 14,7 104 N/m2 értéket lehet venni. Egy védőcsöves közút-keresztezés vázlata a 3.7.3-1. ábrán látható.

3.7.3-1 ábra Védőcsöves közút-keresztezés

1 útkorona, 2 gumi záróharang, 3 védőcső, 4 szállítócső, 5 központosító gyűrűk, 6 szaglócső

A szállítócsőre szerelt központosító gyűrűk javasolt távolsága a 3.7.3-1 táblázatban látható. Egy átlagos központosító gyűrű teherbírása 40 000 N, ezért minél nagyobb a szállítóvezeték folyómétersúlya, annál kisebb távolságra kell elhelyezni.

3.7.3-1 táblázat Központosító gyűrűk távolsága védőcsőnél A védőcső külső

átmérője Központosító

gyűrűk távolsága [mm] [m]

D < 610 3,7 610 < D < 762 3,0 762 < D < 914 2,4

Vasút és földgázszállító vezeték keresztezése A vasúti keresztezések tervezésénél be kell tartani a 103/2003 (XII. 27.) GKM rendeletben előírtakat. A vasútkeresztezéseket védőcsöves kialakítással kell tervezni. Minden vasút keresztezést - új vezetéknél vagy meglévő műtárgy kiváltások eseténél egyaránt - új védőcsővel kell tervezni. A védőcsövet csak átsajtolással lehet elhelyezni, és a vasúti pálya alatt a védőcső takarása nem lehet kevesebb mint 2,2 m.

A további műszaki-biztonsági feltételek a MOL Földgázszállító Zrt. M-28/2004. sz. műszaki utasítása szerint foglalhatók össze:

• A védőcsőnek gyárilag előszigetelt csövet (DIN 30670) kell használni


161

normál rétegvastagságú szigeteléssel, és a gyári szigetelésre 3 mm vastag üvegszál erősítésű műgyanta bevonatot kell felhordani.

• A védőcsőbe behúzandó haszoncsőszakaszt belső túlnyomásra kell méretezni az MSZ EN 1594:2001 szerint. A biztonsági tényező minimum 2,2 legyen.

• A védőcsőbe behúzandó haszoncső-szakaszon a szigetelések elvégzése előtt szilárdsági nyomáspróbát kell tartani a vonatkozó előírásoknak megfelelően. A szigetelések elvégzése után a behúzandó szakaszon szigetelés ellenőrzését el kell végezni 25 kV értéken, és ezt jegyzőkönyvezni kell. A sikeres szigetelés vizsgálat után a haszoncsőre 3 mm vastag üvegszál erősítésű műgyanta bevonatot kell felhordani.

• A védőcsőbe történő behúzás, és a két oldalon a csatlakozó csőszakaszok hozzáhegesztése, továbbá a varratvizsgálatok után a teljes szakaszon szilárdsági, majd tömörségi nyomáspróbát kell tartani.

• A védőcsövet be kell kötni a katódvédelembe. Minden védőcsőnél potenciál mérőhelyet kell kialakítani.

• A haszoncsőnek a védőcsőben lévő részére távtartó gyűrűket kell felszerelni. A védőcső végeinél a haszoncső és a védőcső központosítása érdekében központosító nyeregidomokat kell betervezni. A gyűrűstér végeinek a lezárását Link Seal tagolt tömítéssel és gumiharanggal kell tervezni.

• A védőcsőre mindkét oldalon szaglócsöveket kell tervezni merevítő beton gerendákkal, a védőcső lejtésének megfelelően alsó és felső kivezetéssel.

• A készre szerelt védőcsöves keresztezésnél a gyűrűstér tömörségi ellenőrzését 0,1 bar túlnyomáson 15 perces időtartammal tervezni kell.

• Meglévő védőcsöves műtárgy kiváltásnál az új védőcsövet a meglévő védőcső palástjától 1 m-re kell tervezni.

Közút és földgázszállító vezeték keresztezése A közutak (autópálya, egy vagy több számjegyű közút) keresztezését védőcső nélküli kialakításúra kell tervezni.

A további műszaki-biztonsági feltételek a MOL Földgázszállító Zrt. M-28/2004. sz. műszaki utasítása szerint foglalhatók össze:

• Közút alá csak gyári előszigetelt csőszálak (DIN 30670) építhetőek be. • A közút alá eső csőszakaszt az MSZ EN 1594:2001 szerint belső

túlnyomásra és a közúti hídszabályzat alapján külső statikus és dinamikus terhelésre kell méretezni. Az együttes eredő biztonsági tényező minimum 2,2 legyen. A minimális takarási mélység 2,0 m.

• Amennyiben a keresztezés új nyomvonalon védőcső nélkül átfúrással vagy átsajtolással kerül kialakításra, a gyári szigetelésű haszoncsövet minimum 3 mm vastagságban a gyári szigetelésre felhordott üvegszál erősítésű műgyanta bevonattal kell ellátni. Nyílt árkos keresztezés esetén az előzőek szerinti pótlólagos mechanikai védelem nem szükséges. A pótlólagos mechanikai védelmet csak a sikeres nyomáspróbák, a varrat-szigetelések és a szigetelés ellenőrzés után lehet felhordani.

• A kiviteli tervnek meg kell határoznia az átfúrás vagy átsajtolás módját. Az új vezeték átfúrását vagy átsajtolását a meglévő vezetéktől minimum 1 m palást távolsággal lehet elvégezni.

• A gyárilag előszigetelt cső hegesztési varratait a sikeres nyomáspróbák és


162

az eredményes varratvizsgálatok után – külön műszaki utasításban meghatározott szigetelőfóliák valamelyikével - kell leszigetelni.

• Az összehegesztett, nyomáspróbázott és leszigetelt szállítócső szigetelését a pótlólagos mechanikai védelem felhordása előtt szigetelés átütés vizsgálattal ellenőrizni kell 25 kV értéken, és az eredményt dokumentálni kell. Árokba fektetés és betemetés után a teljes kiváltott szakasz szigetelését intenzív katódvédelmi méréssel kell ellenőrizni és bizonylatolni.

• Földút esetén a földút alatti vezeték szakaszt védőcső nélkül kell tervezni. A földút alatti csőszakaszt az MSZ EN 1594:2001 szerint belső túlnyomásra, és a közúti hídszabályzat szerint külső statikus és dinamikus terhelésre kell méretezni. Az eredő biztonsági tényező minimum 2,00, a minimális takarási mélység itt is 2,00 m.

A tervezést megelőzően minden esetben talajmechanikai szakvéleményt kell készíteni a kiváltással érintett területről. A talajmechanikai szakvéleményben ki kell térni a földmunkákra és a talajvízre vonatkozóan. Ennek alapján kell meghatározni a munkaárok oldalfal védelmét, a víztelenítés módját és az összetett szilárdsági méretezést.

A keresztezés környezetében a nyomvonalvezetéssel kell biztosítani, hogy a keresztezési szög 30-90 fok között legyen. A keresztezés előtt és után, 25 m-nél nem nagyobb távolságra, a vezeték nyomvonalát mindkét oldalon meg kell jelölni olymódon, hogy a tábla az áramlás irányát mutassa. Ha a keresztezésnél védőcsövet kell alkalmazni, akkor a védőcsőnek a keresztezett létesítmény szélső vonalától - arra merőlegesen mérve - mindkét irányban legalább 5-5 m-rel túl kell nyúlnia. A védőcső végeinek megfelelő lezárását olymódon kell biztosítani, hogy a gyűrűstérbe folyadék ne hatolhasson be. Olyan kivitelezési módot kell alkalmazni, hogy a védőcsőbe történő behúzáskor a szállítócső szigetelése ne sérüljön meg, továbbá a védőcső és a szállítócső között se fémes, se elektrolitikus kapcsolat ne alakulhasson ki. A védőcsövezett vezetékszakaszon az esetleges szivárgás észlelésének a lehetőségét a gyűrűstérből biztosítani kell. A védőcsőbe - gázvezeték esetén - legalább 50 mm átmérőjű észlelő, illetve szaglócsövet kell beépíteni. A szaglócső alsó végét hegesztéssel a védőcsőbe kell beépíteni, felső végét pedig a talajszint felett legalább 1,5 m magasságban 180 fokos ívcsőként kell kiképezni. Ez a megoldás megakadályozza, hogy csapadék-, ár-, vagy belvíz jusson a gyűrűstérbe. A szaglócső felső végét nem szabad lezárni!

A védőcsövet a 3.4 fejezetben leírtak szerint külső túlnyomásra, ezen belül rugalmas horpadásra kell méretezni. A külső túlnyomás utaknál és vasutaknál a védőcső felett elhelyezkedő földréteg, továbbá a járművek súlyából származó együttes megoszló terhelésből adódik. Figyelembe kell venni, hogy a védőcső feletti földtakarás segíti a csövet a külső terhelésből adódó igénybevételek elviselésében.

Vízfolyások keresztezése A természetes és mesterséges vizek és a nyomvonalas vízilétesítmények keresztezésénél a szállítóvezeték speciális védelméről kell gondoskodni. A keresztező csőszerkezet felső határsíkját folyónál a szabályozási fenékszint alatt legalább 1,5 m-re, egyéb vizeknél pedig 1 m-re kell elhelyezni. A csőszakaszt felúszás ellen biztosítani kell. Hajózható folyók, csatornák keresztezése esetén a vezeték védelmére a keresztezés mindkét oldalán III.-IV. osztályú hajóúton 100-100 m-re, egyéb hajóúton 50-50 m-re horgonyzást tiltó táblát kell elhelyezni. A szállítóvezetéket árvízvédelmi töltésen a töltéskorona alatt, de a mértékadó árvízszint felett úgy kell


163

átvezetni, hogy a csővezeték a töltés hasznos keresztmetszetét ne csökkentse, rendeltetésszerű használatát ne veszélyeztesse és a vezeték szükséges földtakarása - legalább 1 m - biztosítva legyen.

A vízfolyások keresztezésének tervezését Török nyomán foglaljuk össze (Vida, 1991). Nagy folyóknál leggyakrabban alkalmazott megoldás a mederbe kotort árokba történő fektetés. Mivel a folyómederben végzendő munkákat főként időjárási, hidrológiai és talajmechanikai tényezők befolyásolják, és ezek pontosan nem adhatók meg, csak prognosztizálhatók, ezért a munkálatok kockázati tényezője nagy. A tervezés feladata az, hogy olyan dokumentációkat, prognózisokat adjon, amelyek a várható körülményekhez közelállnak.

A következő kérdéseket kell megbízhatóan megválaszolnia: • az év melyik időszakában (hónapban) kell a kivitelezést végrehajtani, hogy

a kivitelezést meghiúsító körülmények bekövetkezésének valószínűsége minimális, a kivitelezés megvalósítási költsége optimális legyen;

• a kivitelezést milyen összetételű, milyen paraméterekkel rendelkező géplánccal kell végrehajtani, ill. hogy adott paraméterű géplánc alkalmas-e a kivitelezés végrehajtására.

A feladat megoldásához nagyszámú múltbeli adatot kell elemezni a keresztezni kívánt folyó vízszintjének időbeni változásáról, a folyó hordalékszállításáról a vízállás függvényében, a keresztezés helyén a folyómeder talajmechanikai jellemzőiről.

A kockázat mértékére jelentős hatással van az építés időtartama is, ezért a kotrási idő rövidítésére kell törekedni. Ez a műveletek pontos tervezését és végrehajtását, jó műszaki állapotú, nagy teljesítményű kotróberendezést kíván. A kotróberendezés mindenkori teljesítményére természetesen jelentős hatással vannak a meder talajmechanikai jellemzői, a kőzetanyag lazíthatósága, "nyesési ellenállása".

Behúzásos keresztezés a legelterjedtebb módszer a csőszerkezet árokba helyezésére. Ennél az eljárásnál a parton összehegesztett, megfelelően előkészített csőszerkezetet a vízfolyás ellentétes oldaláról a mederbe kotort árokba behúzzák.

A tervezés során a vízfolyás méretének és a csőszerkezet jellemzőinek alapján javaslatot kell tenni

• olyan csőszerkezet kialakítására, amely stabil, és amelynek a szigetelése a behúzás közben, ill. utána nem károsodik;

• olyan behúzópályára, amelyen a behúzáshoz szükséges vonóerő minimális; • olyan kötélszerkezet kialakítására, amellyel a rendelkezésre álló erőgépek

be tudják húzni a csőszerkezetet. Hazai gyakorlatban leggyakrabban alkalmazott megoldás az, amelynél a

csőszerkezetet behúzólemezre szerelik. Ebben az esetben gondoskodni kell a lemez és a csőszerkezet elektromos szigeteléséről, a hatásos katódvédelem érdekében.

A csőszerkezet stabilizálására terhelőidomokat kell tervezni, amelyek megakadályozzák a vezetékek felúszását. A behúzás közbeni stabilitás folyamatos vízfeltöltéssel valósítható meg. A húzóerő növelésére csigasorok tervezhetők, de ez csökkenti a csőbehúzás sebességét. Maximum 6-os csigaáttételben a kötélrendszer saját ellenállása (kötél csúszóellenállása, csigák gördülő-ellenállása, stb.) olyan mértékben megnő, hogy a hasznos behúzóerő számottevően nem növelhető.


164

3.7.3-1 ábra Behúzásos vízfolyás keresztezés

(Forrás: WINGAS, www.zgg.de, 2002)

A sűllyesztéses csőfektetés lényege, hogy a szerkezet úszóképességét kihasználva, a szerkezetet a kikotort árok nyomvonalába úsztatják és valamilyen módon lesűllyesztik. A csőszerkezet nyomvonalba forgatásakor a víz mozgási energiáját használják fel. Beforgatás közben a szerkezetre ható egyenlőtlen erőhatások nem okozhatnak maradandó alakváltozást, ezért tervezéskor számításokkal ellenőrizni kell, hogy a beforgatás egyes fázisaiban milyen igénybevételek lépnek fel, és a feszültségek alatta maradnak-e a határértéknek.

A csőszerkezetre ható igénybevételek meghatározása bizonytalan, ezért részletes és teljeskörű szilárdsági számításokkal kell megállapítani, hogy milyen mértékű hibák azok, amelyeket a csőszerkezet még el tud viselni. E veszélyeket számításba kell venni, és a bekövetkező hibák elhárítására - beleértve a szükséges intézkedéseket is - tervet kell készíteni.

A sűllyesztéses csőelhelyezési módszernél különböző úszószerkezetek is részt vesznek a műveletek végrehajtásában. Az ellenőrző számításoknak e szerkezetek igénybevételére is ki kell terjedniük.

A nagy folyók keresztezésekor a biztonsági előírások a tervezés feladatává teszik annak meghatározását, hogy szükséges-e tartalékvezeték. Főleg nagy átmérőjű földgáz-távvezetékek esetében, a nagy folyók keresztezésekor tartalék vezetéket is létesítenek a szállítóvezetékektől eltérő helyen (attól legalább 50 m-re).

Több szállítóvezeték és folyó egy helyen történő keresztezésekor egyetlen, a legnagyobb átmérőjű szállítóvezetékkel azonos átmérőjű tartalék vezetéket célszerű létesíteni és csatlakoztatni a parton, az árvízvédelmi töltésen kívül (a mentett oldalon) a szállítóvezetékhez vagy a szállítóvezetékekhez. A különböző szállítóvezetékek egy árokba helyezhetők!

A nagy folyók keresztezésénél, a szállítóvezeték esetleges meghibásodásakor nincs lehetőség az utólagos javításra. Ha tartalék vezeték létezik, akkor az üzemeltetés azon végezhető. A meghibásodott szállítóvezeték vagy tartalékvezeték alkalmas arra, hogy a meder alatt egy kisebb átmérőjű vezetéket átbújtassanak, kotrási munkálatok nélkül. E vezetékszakasz korrózióvédelme azonban csak különleges módszerekkel valósítható meg.


165

A vízfolyások keresztezésének számos tényezőtől függő műveletét nagymértékben leegyszerűsítette az irányított ferdefúrással történő keresztezés alkalmazása (lásd 5.6 fejezet). Az eljárás előnyeit az alábbiak szerint foglalhatjuk össze:

• független az időjárási és vízállási viszonyoktól, • a keresztezés a mederfenék alatt történik, így nincs szükség

terhelőidomokra, • a keresztezési mélység célszerű megválasztásával kiküszöbölhető a

kimosás, ill. a felúszás veszélye, • a művelet a partról elvégezhető, nincs szükség semmiféle vízi járműre, ill.

kotróra, • az előkészítés és a tényleges átfúrás nem igényel hosszú időt, • nem szükséges a gátak megbontása, • a vízi közlekedés nem jelent veszélyt a csővezetékre nézve. Az irányított ferdefúrással történő folyókeresztezést Magyarországon is

sikerrel alkalmazták. Vastag kavicságy esetén azonban a módszer nem volt eredményes.

3.7.4 Csőgörény indító és -fogadó

A csőtávvezetékek belső tisztítása érdekében ki kell alakítani olyan állomásokat, amelyeken keresztül csőgörény, illetve csőmalac juttatható vagy kivehető a csőtávvezetékbe anélkül, hogy a szállítás folyamatossága megszakadna. Indítóállomásokat a rendszer betáplálási pontjain, elosztó csomópontokon, hajózható folyókat keresztező tartalékvezeték kezdőpontján létesítenek. Fogadóállomásokat a csőtávvezetékek végpontjain, csomópontjain és folyókeresztezések tartalékvezetékeinek végpontjain létesítenek.

A tisztítási művelet biztonságos elvégzése érdekében a tervezés során fogyelembe kell az alábbi követelményeket:

• a gázszállító vezetékben összegyűlt folyadék elvezetésére folyadékleválasztó rendszert kell kialakítani azokon a helyeken, ahol a kondenzátum esetleges felgyülemlése, illetve továbbjutása veszélyezteti a folyamatos üzemmenetet, vagy az üzemeltetés biztonságát;

• a folyadékleválasztó rendszer felszíni berendezéseit úgy kell körülkeríteni, hogy a kerítés a felszíni berendezések szélétől legalább 6 m-re legyen. A föld alatti gyűjtőtartály a kerítésen belül legyen;

• biztosítani kell, hogy a szállítóvezeték belső tisztítását a technológiai igények szerinti módon és gyakorisággal el lehessen végezni;

• a szállítóvezeték azon szakaszaiba, amelyeken a tisztításra szolgáló berendezés (csőgörény stb.) áthalad, 20 D vagy annál nagyobb sugarú csőívet kell beépíteni. 20 D nél kisebb sugarú csőívek alkalmazása esetén a vezetéktisztítást a vezetékkel egyidejűleg külön meg kell tervezni;

• tisztítószerkezettel történő tisztítás esetében a szállítóvezetékek végpontjaira a tisztító szerkezet indítására és fogadására alkalmas csőkamrákat (továbbiakban csőgörény indító és fogadó) kell beépíteni.

A csőgörény indítót és fogadót az alábbi szempontok figyelembe vételével kell kialakítani:

• a csőgörény indítót és fogadót szilárd, burkolt téren kell elhelyezni és elmozdulás ellen kellően rögzíteni kell. Cseppfolyós szénhidrogént szállító


166

vezetéknél az esetleg kifolyt folyadék biztonságos összegyűjtéséről gondoskodni kell. A csurgalékgyüjtő akna térfogata az indító-, fogadókamra térfogatának legalább kétszerese legyen;

• gázszállító vezeték esetén a csőgörény fogadót lefúvató vezetékbe kell bekötni. A lefúvató végén elhelyezett fáklyát vagy lefúvató kürtőt a technológiai berendezések robbanásveszélyes övezetén túl, olyan távolságra kell telepíteni a csőgörény fogadótól, hogy azon keresztül a fáklyázás vagy lefúvatás zavartalanul és biztonságosan elvégezhető legyen;

• a csőgörény indítót és fogadót úgy kell elhelyezni, hogy a tisztítószerkezet ki- és beemelése kézzel vagy géppel biztonságosan elvégezhető legyen;

• a csőgörény indítót és fogadót úgy kell kialakítani, hogy a behelyezett tisztítószerkezet (csőgörény, malac stb.) a csatlakozó zárószerelvények kismértékű áteresztése esetén se tudjon elindulni, és az indító zárószerelvény záróelemeiben sérülést okozni.

A szállítóvezeték belső tisztításánál figyelmet kell fordítani a környezet védelmére, az esetleges talajszennyeződés megszüntetésére és a mezőgazdasági területek újrahasznosítására. A csőgörények előtt összegyűlő szennyeződések eltávolítása céljából a távvezetéken csőgörényváltó állomásokat is kell létesíteni. A csőgörényváltó állomás egymáshoz kapcsolt csőgörényfogadó és -indítóból áll. Általánosan elfogadott gyakorlat, hogy a távvezetéken 70 ... 100 km-ként telepítenek csőgörényváltó állomást.

A magyar szakági általános tervezési irányelvek a görényindító és –fogadó kialakítására az alábbi ajánlásokat tartalmazza (SZTI-FT-01/2006-1):

• A görénykamrákat úgy kell kialakítani, hogy azok egyaránt alkalmasak legyenek intelligens, tisztító, továbbá toldat felszerelésével vizsgálógörény indítására és fogadására.

• A kamratest talajszinttől mért tengelytávolsága legalább 1 m, legfeljebb 1,5 m legyen.

• A görénykamra a távvezetéki csőátmérővel megegyező névleges átmérőjű elzáró szerelvényen: tolózáron, vagy gömbcsapon keresztül csatlakozik a távvezetékhez. A görénykamra elzáró szerelvénynek teljes furatúnak kell lenni. Az elzáró szerelvény kialakításától függően a görénykamra lehet karimás csatlakozású, vagy behegesztett, de törekedni kell a karimás kivitelre.

• A görénykamra a vezeték átmérőjével megegyező átmérőjű (továbbiakban normál) csőszakaszból, a normál csőszakasz átmérőjénél 100 mm-rel nagyobb névleges átmérőjű bővült kamratestből, a bővült kamratestet és a normál csőszakaszt összekötő csőszűkítőből, kamra ajtóból, és technológiai szerelvényekből áll.

• A normál csőszakasz belső átmérője egyezzen meg a távvezetéki vonali szakasz belső átmérőjével. A normál csőszakaszban a vastagfalú csőszálak használatából adódó szűkületek kerülni kell, mert a görények elakadásához, illetve sérüléséhez vezethetnek. A normál csőszakaszba leágazások, T-idomok csak belső átmérőre való illesztéssel építhetők be, a kovácsolt, vagy húzott T-idomok miatti átmérő szűkületeket el kell kerülni, mert a görények elakadásához, illetve sérüléséhez vezethetnek. A leágazásokat görényterelővel kell ellátni.

• A csőszűkítő koncentrikus kivitelű legyen és a csatlakozásoknál a belső átmérője egyezzen meg a normál csőszakasz, illetve a kamratest belső


167

átmérőjével. A csőszűkítő legkisebb belső átmérője nem lehet kisebb, mint a normál csőszakasz belső átmérője.

• A kamratest koncentrikus legyen. Mindkét kamrába a normál csőszakasszal megegyező belső átmérőjű perforált indító/fogadó csövet kell tervezni. Tisztítógörényezésnél az alkalmazott tisztítószerszám hosszát kell figyelembe venni.

• A normál csőszakasz, a csőszűkítő és a bővült kamratest belsejében nem lehet semmilyen, a belső falhoz hegesztett elem (sin, csúszka, központosító, ütköző, stb.), vagy egyéb fitting, illetve éles varratgyök.

• A kamra ajtó gyorszáras, 180 fokban nyitható, megfelelő kamra toldatokkal hosszabbítható kivitelű, biztonsági ajtó legyen.

• A kamra legyen ellátva minden csatlakozási pontjánál zárható kiegyenlítő vezetékkel, és a szükséges egyéb (lefúvató, feltöltő, leürítő, nyomásvételi, stb.) leágazásokkal, csonkokkal, szerelvényekkel.

• Mind a feltöltő, mind a lefúvató vezetékbe olyan szerelvény(eke)t kell beépíteni, amellyel a lefúvatott, illetve beadott gáz mennyisége és térfogatárama szabályozható. A fáklyavezeték legyen alkalmas portábilis gázmérő beépítésére.

• Biztosítani kell a görénykamra megfelelő alátámasztását, a kezelőtér kialakítását, valamint gondoskodni kell a csapadékvíz elvezetéséről.

A csőgörény indító kialakítása Webb nyomán látható a 3.7.4-1 ábrán (Webb, 1979). A csővezeték végén lévő nagyobb átmérőjű indító kamra szolgál a csőgörény, vagy csőmalac elhelyezésére. A kamra hosszúsága a szűkűlettől a kerülő vezeték csatlakozási pontjáig, a csőgörény hosszának 1,5-szeresével egyenlő. Egyik vége szűkítő közdarabbal kapcsolódik a távvezetékhez, másik végét pedig könnyen nyitható zárófedél zárja le.

3.7.4-1 ábra Csőgörény indító

1 zárófedél, 2 lefúvató, 3 nyomásmérő, 4 lefúvató, 5 szűkítő közdarab, 6 kifutó csőszakasz, 7 görény-áthaladás jelző, 8 elakadást gátló betét,

9 kerülő vezeték csatlakozási pontja

Gáztávvezeték esetén a tisztítószerkezet indítása az alábbi lépésekben végezhető el:

• Zárni kell az A, C, D, E és F elzáró szerelvényeket. • Le kell fúvatni a csőgörény kamrát a G szelepen keresztül. • Amikor a kamra nyomása a légköri nyomásra csökkent, ki lehet nyitni a

zárófedelet és be lehet helyezni a csőgörényt.


168

• A kamra zárófedelének lezárása után ki kell nyitni a D és E szelepeket, és át kell fúvatni a lezárt kamrát földgázzal az F és a G szelepeken keresztül. Amikor az átfúvatás megtörtént, a G szelepet le kell zárni.

Ha a D, E és F szelepek nincsenek felszerelve a görényindítóra, akkor az átfúvatás az L vezetéken és a C elzárón keresztül is elvégezhető. Miután a nyomás az A elzáró két oldala között kiegyenlítődött, le kell zárni az F, E és D szelepeket, majd ezt követően a C elzárót. Az indításhoz először teljesen ki kell nyitni az A, majd a C elzárót. Ekkor a görény indításra kész állapotba kerül. A B elzáró részleges zárásával megindul a gáz áramlása az L kerülő vezetéken és C elzárón keresztül a csőgörény mögé. Az áramlás hatására a csőgörény áthalad az A elzárón és a fővezetékben a gázáram mozgatja tovább. Ha az I megfigyelőponton észlelték a csőgörény áthaladását, akkor teljesen ki kell nyitni a B elzárót, majd azt követően zárni az A és a C elzárókat.

3.7.4-2 ábra Csőgörény fogadó

1 zárófedél, 2 lefúvató, 3 nyomásmérő, 4 lefúvató, 5 görény-áthaladás jelző, 6 elakadást gátló betét, 7 befutó csőszakasz, 8 bővítő közdarab,

9 kerülő vezeték csatlakozási pontja

A csőgörény fogadó kialakítása a 3.7.4-2 ábrán látható. Fő méretei megegyeznek az indítóéval. A csőgörény fogadása az alábbi lépésekben történhet:

• Ha szükséges a fogadókamrát földgázzal átfúvatni, akkor ki kell nyitni a D és E szelepeket, majd a C elzáró részleges nyitásával az átfúvatást el lehet végezni.

• A D és E szelepek zárása után a C elzáró nyitásával ki kell egyenlíteni a nyomást az A elzáró két oldala között.

• Az A és a C elzárók teljes nyitása után az állomás a görény fogadására kész állapotba kerül.

• Ha az I megfigyelőponton észlelték a csőgörény érkezését, részlegesen zárni kell a B elzárót. Ezáltal a gázáram egy része az A és C elzárókon, valamint az L vezetéken keresztül fog áramolni és a csőgörényt betolja a kamrába a kerülő vezeték csatlakozó pontjáig.

• A B elzáró teljes nyitásával a fő gázáram az eredeti irányban fog haladni, az A és C elzárók zárásával pedig megszűnik a hidraulikai kapcsolat a kamra és a távvezeték között. Ezt követően az E és C szelepeken keresztül le kell fúvatni a csőgörény fogadó kamrát.

• Lefúvatás után a zárófedél kinyitható és a csőgörény kivehető. A művelet befejezése után be kell zárni a kamra zárófedelét és a kamrát fel

kell tölteni ismét földgázzal. Végül az L kerülő vezetéken és a C elzárón keresztül ki kell egyenlíteni a nyomásokat az A elzáró két oldalán és ki kell nyitni az A elzárót.


169

A tervezés során a 3.7.4-1 és 3.7.4-2 ábrának megfelelő elrendezésű és az előzőek szerinti feladatok ellátására alkalmas csőgörény indító- és fogadó állomást kell kialakítani.

Irodalom Almássy B. (1966): Csővezetékhálózatok számítása elektronikus digitális számológépen Egyetemi doktori értekezés, BME, Budapest ASME B31.8 1999 Edition Gas Transmission and Distribution Piping Systems Bakos I. (1991): Zárószerelvények, Gáztechnikai kézikönyv (2. kiadás) IV. rész, 2.6. fejezet, Főszerkesztő Vida M., Műszaki Könyvkiadó, Budapest Csete J.-Tihanyi L. (1978): Különböző nyomásfokozatú gázhálózatok szimulációja Energiagazdálkodás, 6, pp.246-251 Csete J.-Tihanyi L. (1986): Injection of CO2 Oil/Gas European Magazine, 1, pp.28-31 Evaluation of Pipeline Design Factors (2000) GRI Report 00/0076, Gas Research Institute Fincham, A.E. (1971): A review of computer programs for network analysis The Gas Council, Research Communication, GC 189, London ISO 13623 First edition, 2000 Petroleum and natural gas industries – Pipeline transportation systems Manuel pour le transport et la distribution du gaz Société du Journal des Usines á Gaz. Paris, 1968. MSZ 2970/2-85 sz. szabvány. Acél csővezetékek szilárdsági számítása. Egyenes cső méretezése belső túlnyomásra. 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet a szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről és a Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata közzétételéről 1993. évi XLVIII. Törvény a bányászatról, egységes szerkezetben a végrehajtásáról szóló 115/1993. (VIII. 12.) Korm. rendelettel Raznjevic (1964): Hőtechnikai táblázatok Műszaki Könyvkiadó, Budapest Stoner, M.A. (1970): A new way to design natural gas systems Pipe Line Industry, 2, pp.38-42 Tihanyi L.- Bobok E. (2001): Flow Conditions during Blow-off of Gas Pipeline Journal of Computational and Applied Mechanocs, Vol. 2., No. 1., pp. 145-156 Tihanyi L.-Csete J.-Drágossy R. (1984): CO2-os gázt szállító vezeték nyomás- és hőmérsékletviszonyai. Kőolaj és Földgáz, 12, p.364-369


170

Tihanyi L.-Csete J. (1988): Flow of CO2 - from the bottom of production wells to the bottom of injection wells. Publ. TU for Heavy Industry, Miskolc, Mining, Vol. 44. pp.89-108 Tihanyi L. (1988): A gázszállító rendszer tervezésének fejlett módszere Kőolaj és Földgáz, 12, pp.355-360 Tihanyi L. (1990): How to design gas pipeline-system in Hungary UN/ECE-IGU Symposium on the Use of Computers for Gas Transmission and Distribution Systems, Budapest, 17-19. October Tihanyi L. (1990): Gázszállító és -elosztó rendszerek számítógéppel segített tervezésének és üzemeltetésének módszertani kérdései Kandidátusi értekezés, Társszerző: Csete J., Miskolc Török A. (1991): Gázszállítás, Gáztechnikai kézikönyv (2. kiadás) IV. rész, 3. fejezet, Főszerkesztő Vida M., Műszaki Könyvkiadó, Budapest Vajna Z. (1991): Csőhálózatok, Gáztechnikai kézikönyv (2. kiadás) I. rész, 5.5 fejezet, Főszerkesztő Vida M., Műszaki Könyvkiadó, Budapest Webb, B.C. (1979): The Art of Pigging Pipeline and Gas Journal, 2., pp.25-29 Földgázszállító vezetékek és tartozékainak lefúvatása M-27/2006. sz. műszaki utasítás, MOL Földgázszállító Zrt., http://www.fri.hu Tervezési irányelvek - Vasút és közút keresztezése földgázszállító vezetékkel M-28/2004. sz. műszaki utasítás, MOL Földgázszállító Zrt., http://www.fri.hu Szakági általános tervezési irányelvek – Felszíni technológia SZTI-FT-01/2006-1, MOL Magyar Olaj- és Gázipari Rt., http://www.mol.hu

Gázátadó állomás

171

4 Technológiai állomások

4.1 Gázátadó állomás

A gázátadó állomás a gázszállító rendszer része, valamely távvezeték vagy az abból leágazó vezeték végéhez kapcsolódó technológiai állomás, amelyen a szállított gázt az átvevőnek meghatározott nyomáson mérve és szagosítva adják át.

A különböző nyomásfokozatú rendszerek csatlakozása miatt a gázátadó állomáson a tervezés és üzemeltetés során biztosítani kell, hogy az engedélyezési nyomásnál nagyobb nyomás üzemszerűen sehol se fordulhasson elő.

A túlnyomás határolást minden esetben legalább két biztonsági berendezés sorbakapcsolásával kell biztosítani az alábbi technikai lehetőségek figyelembe vételével:

• a hagyományos gázátadó állomásoknál biztonsági gyorszár és nagy kapacitású biztonsági lefúvató beépítésével,

• amennyiben az előző pont szerinti állomásnál külön engedély alapján a biztonsági gyorszárat elhagyják, két nagy kapacitású biztonsági lefúvató beépítése szükséges,

• korszerű gázátadó állomásoknál aktív-monitor szabályozás alkalmazása esetén a biztonsági lefuvató berendezés feladata módosul, de a biztonsági gyorszár beépítése szükséges,

• korszerű, de monitor szabályozás nélküli állomásoknál áganként két-két sorbakapcsolt biztonsági gyorszár is beépíthető.

A biztonsági berendezések beállítási nyomásértékeit úgy kell meghatározni, hogy a védett rendszer engedélyezési nyomásánál nagyobb nyomás még üzemzavar esetén se fordulhasson elő. A tényleges beállítási értékeket a biztonsági berendezések gyártóművi előírásai, valamint az üzemeltetési, szállítási és elosztási igények alapján kell meghatározni a tervezőnek és az üzemeltetőnek.

A gázszállító vezeték és tartozékainak különböző nyomásfokozatai közötti kerülővezetékek (tartalékvezetékek) kézi nyomásszabályozásra szolgáló szerelvényei csak fojtásra alkalmas kivitelűek lehetnek.

A gázátadó állomásoknak az alábbi fő feladatokat kell megvalósítaniuk: • nyomásszabályozás, • gázmennyiség mérés, • túlnyomás elleni védelem, • szagosítás, • szűrés, • gázmelegítés. A gázátadó állomás tervezésénél az üzemelést befolyásoló tényezőket kell

figyelembe venni: • a gázáram nagyságát, alsó és felső határértékét, • a bemeneti és a kimeneti nyomásokat és azok változását a gázáram

függvényében, • a gázátadótól, mint betáplálási ponttól megkívánt biztonságot, • a távfelügyelettel kapcsolatos követelményeket,

TECHNOLÓGIAI ÁLLOMÁSOK

172

• a gázáram melegítésével, mérésével, szagosításával, illetve a zajártalom csökkentésével kapcsolatos követelményeket,

• a fogyasztók ellátásával kapcsolatos speciális igényeket. A gázátadókra vonatkozó általános tervezési irányelvek az alábbiak szerint

foglalhatók össze: • A belépési oldalon két vagy több nagynyomású szűrőt kell beépíteni. A

szűrők kapcsolódását úgy kell megvalósítani, hogy tetszés szerint bármelyik egységet üzemen kívül lehessen helyezni tisztítás, vagy szűrőbetét-csere céljából az állomás folyamatos működése mellett. A kapacitásukat akkorára kell megválasztani, hogy egy szűrőegység kiiktatása ne korlátozza az átáramlást.

• Két vagy több nyomásszabályozó ágat kell kialakítani, és minden ágba legalább két szabályozót kell beépíteni. Az impulzus vezetéket úgy kell csatlakoztatni, hogy bármelyik szabályozó kiesése esetén a maradék fenntartsa a biztonságos áramlási feltételeket. A nyomásszabályozók működtetéséhez szükséges tápgáz vezetékek indítási pontjánál finom szűrőkkel kell megtisztítani a gázt.

• A bemeneti oldalon biztonsági gyorszárat kell beépíteni, amelyet az állomás kimeneti nyomásával kell vezérelni. Olyan esetekben, amikor a csatlakozó fogyasztó folyamatos ellátása alapvető követelmény, külön mérlegelés alapján abban a szabályozó ágban, amely utoljára lép működésbe, a biztonsági gyorszár el is hagyható, vagy korlátozott kapacitású kerülő vezetékkel megkerülhető. Ilyen esetben azonban gondoskodni kell arról, hogy a kimeneti oldal kisebb nyomású vezetékrendszerét megfelelő kapacitású lefuvató szelep védje a hibás működés esetén kialakuló szabályozatlan áramlás következményeitől.

• Többlépcsős nyomásszabályozó ágba, a szabályozók közé is biztonsági lefuvatót kell építeni, ha a sorbakapcsolt szabályozók közül bármelyik nem az állomás maximális bemeneti nyomására van méretezve.

• Biztonsági lefuvatót kell beépíteni minden nyomásszabályozó ág kimeneti oldalára és a kimeneti fejcsőről kell vezérelni. A lefuvató szelepek kapacitása érje el a szabályozó ág névleges kapacitásának legalább 5 %-át.

• A hidrátképződés megelőzése érdekében gázmelegítő egységeket kell létesíteni azokon a gázátadó állomásokon, amelyeken normál üzemviszonyok mellett a nyomáscsökkentés mértéke meghaladja a 14 bar-t. A gázmelegítők teljesítményét úgy kell megválasztani, hogy a leghidegebb téli hőmérsékletek és maximális gázáram esetén se alakulhasson ki jég, vagy hidrát a rendszerben. A gázmelegítők számának a meghatározásakor egy tartalékkal célszerű számolni. Egyes esetekben nem szükséges a teljes gázáramot, hanem elegendő csak a nyomásszabályozó vezérlő szelepét, illetve az impulzus vezetéket melegíteni. Ilyen esetben célszerű elektromos fűtőkábeleket alkalmazni.

• A gázátadó állomásnál minimális zajszintre kell törekedni. Tervezéskor 70 dBA-es zajszint érték tekinthető irányadónak. A kibocsátott zaj függ a nyomáscsökkentés mértékétől és a gázáram nagyságától, de befolyásolja a nyomásszabályozó típusa, a csővezetékek vonalvezetése az állomáson és további telepítési paraméterek. Csökkenthető a kibocsátott zaj a nyomásszabályozó földbe süllyesztésével, vagy hangszigetelő szekrényben, illetve házban történő elhelyezéssel. Speciális hangtompítók alkalmazása is célravezető lehet.


173

Fontos szempont, hogy a gázátadó állomás megfelelően együttműködjön a kapcsolódó távvezetékekkel. Ennek egyik alapvető feltétele, hogy az állomás áteresztő kapacitása és a kapcsolódó vezetékek szállítókapacitása összhangban legyen egymással. Tervezési ökölszabálynak tekinthető, hogy a gáz áramlási sebessége a legkisebb üzemnyomás és a legnagyobb átáramlás esetén se legyen nagyobb 20 m/s-nál a bemeneti oldalon és 40 m/s-nál a kimeneti oldalon. Többlépcsős szabályozás esetén a szabályozók közötti minimális távolság ne haladja meg a 15 csőátmérőt. Indokolt lehet bővítő közdarabok alkalmazása a gázátadó állomás elemei és a kapcsolódó távvezeték között. A bővítő közdarab kúpszöge azonban nem lehet nagyobb 15o-nál. A fejcsövet úgy kell méretezni, hogy keresztmetszete legalább 1,5-szerese legyen a befutó vezeték-keresztmetszetek összegének. Gondoskodni kell arról is, hogy a mérő és szabályozó berendezésekhez jutó gáz szilárd szennyeződést, továbbá kondenzátumot ne tartalmazzon.

A tervezés során meg kell határozni a műszerezés szükséges mértékét, és a távfelügyelet szintjét. A távmérés mellett helyi mérési lehetőséget is biztosítani kell a következő paraméterek ellenörzéséhez:

• az állomás bemeneti nyomása; • az állomás kimeneti nyomása; • nyomásesés a szűrőkön; • gázáram nagysága; • többlépcsős nyomásszabályozás esetén a szabályozók közötti nyomás; • a bemeneti/kimeneti gázhőmérséklet, ha szükséges. Az előző paraméterek folyamatos mérése mellett határértékek, és

állapotjellemzők figyelése is szükséges: • a gyorszár felső nyomáskorláta; • a biztonsági lefúvató felső nyomáskorláta; • az átadási nyomás alsó és felső határértéke; • a főelzáró, szükség esetén további elzárók üzemállapota; • a gázmelegítő üzemállapota; • az elektromos energia kimaradásának jelzése. A 4.1-1 ábrán a hazai gázszállító rendszer un. síkállomásának kapcsolási

vázlata látható. A szaggatott vonallal határolt részek az állomás fő funkcionális egységeit emelik ki. Az A jelű egység a nyomásszabályozó, és azzal összeépítve a biztonsági gyorszár. A nyomásszabályozó után van elhelyezve a B jelű szagosító, előtte pedig a C jelű szűrőegység. Az állomás kisnyomású oldalán van a D jelű mérőegység és az E jelű tartalék szagosító. Időszakos működésű az állomás bemeneti oldalán az F jelű gázmelegítő egység. Az 1 és 2 elzárók az állomás biztonsági főelzárói. A nyomásszabályozó ágak kiesése esetén a 3-as kerülő ágba épített 4-es kézi szabályozó szeleppel lehet szabályozni. A kimeneti oldal túlnyomás elleni védelmét az 5 biztonsági lefuvató szelep szolgálja.

A síkállomásokra vonatkozó évtizedes tapasztalatokat Szerényi és Bogoly nyomán foglaltuk össze (Szerényi et al., 1995.). Ezeknek az állomásoknak az alapvető jelemzője, hogy a technológiai berendezések a felszínen síkba kiterítve, szabadtéri telepítésűek, ezért a területigény nagy, átlagosan 3-5000 m2. Épületbe vagy konténerbe csak az irányítástechnikai berendezések, a műszerek és a számítóművek kerültek elhelyezésre. Az állomás belépési pontján a gáz a biztonsági főelzárón halad át. A gázmelegítők az állomások egyik részénél a szűrők előtt, másik részénél a szűrők után vannak elhelyezve. A párhuzamosan kialakított nyomászabályozó ágakat kézi kerülő ág egészíti ki, amelyen rendkívüli esetben az állomás kapacitásának 50-70


174

%-a szabályozható. A nyomásszabályozó ágak szekunder oldali fejcsövéről általában több mérőág ágazik le. A szagosító egységet korábban a mérési pont elé, a későbbiekben utána telepítették. A túlnyomás határolásra SAPAG gyártmányú lefúvató szelep szolgált. A síkállomások túlnyomó többségénél létesítéskor FLEXFLO nyomásszabályozót építettek be, amely nagy gázáram-tartományban üzemel, de a mennyiségi ingadozásokat lomhán követi, szabályozási pontossága ±10 %. Az állomások rekostrukciója során a 90-es években a FLEXFLO nyomásszabályozókat korszerűbb típusra (pl. FIORENTINI) cserélték le.

4.1-1 ábra Nyomásszabályozó állomás kapcsolódási vázlata

1 és 2 az állomás főelzáró szerelvényei, 3 kerülőág, 4 kézi szabályozó, 5 biztonsági lefúvató, A nyomásszabályozó, B szagosító, C szűrő, D mérőhidazat, E tartalék szagosító, F gázmelegítő

A korábbi tervezési előírásokban a túlnyomás határolás alapvető eszköze a biztonsági lefúvató szelep volt, és az állomás lefúvató rendszerének kapacitása legalább az állomás kapacitásának 30 %-val volt egyenlő. Különleges fogyasztói követelmények esetén a gyorszárat elhagyták, ilyen esetben a lefúvatási kapacitásnak meg kellett egyezni az állomás névleges kapacitásával. A nagy kapacitású lefúvatók azonban nem tudták betölteni feladatukat, mivel működésükkel jelentős nyomásingadozást okoztak, és ennek hatására a gyorszár lezárt. Kis gázmennyiség esetén is hasonló jelenséget figyeltek meg: pulzáló működés miatt kialakult nyomáslengések a gyorszár lezárását eredményezték. A túlméretezett védelmi rendszer az előzőek miatt nem teljesítette alapvető feladatát. Napjainkban környezetvédelmi okoból sem fogadható el a túlnyomás határolás lefúvatáson alapuló koncepciója.

A síkállomásokon a gázmelegítők nyílt égésterű füstcsöves kazánok, amelyeket a technológiai tér bontható kötéseitől legalább 16 m-re kellett elhelyezni. Ilyen az elrendezésnél a felmelegített gázt hosszú vezetéken kell a nyomásszabályozóhoz visszavezetni, ami nagy hőveszteséggel jár. Különösen kis gázáramoknál jelentős a visszahűlés, így nem biztosítható a +5 oC-os kimeneti hőmérséklet.

Az ilyen típusú állomások üzemelése zajos volt. A mérések azt mutatták, hogy ha a fogyasztás elérte az állomás névleges teljesítményének a 60 %-át, akkor a szabályozó által okozott zaj a közvetlen környezetben meghaladta a 90 dBA értéket. Ez azt jelentette, hogy a zajszint a zajforrástól csak 550 m-re csökkent a lakóépületekre megengedett 40 dBA határérték alá. A gázátadó állomáson zajforrás a nyomásszabályozó, a csővezetékrendszer és a szabadtéri telepítésű füstcsöves


175

gázmelegítő egységek. A kibocsátott zajok általában magasabb frekvenciájúak, kivéve a gázmelegítő kéményében keletkezett zajokat, amelynél a 125...1000 Hz frekvenciájúak dominálnak. Az utóbbi alacsony frekvenciájú zajok terjedése jobb, mint a magasabb frekvenciájúaké és csökkentésük is nehezebb.

A síkállomások szabályozó és biztonsági berendezéseinek jellemző beállítási értékei láthatók a 4.1-1 táblázatban.

A fő- és a tartalékági nyomásszabályozók, illetve gyorszárak összehangolt együttműködését a nyomás-határértékek megfelelő megválasztása biztosítja. A beállítás akkor megfelelő, ha a főági nyomásszabályozó meghibásodása esetén az állomás automatikusan átvált a tartalékági szabályozóra. Ha a szabályozott nyomás valamilyen okból megnő, a főági gyorszár lezár, ezáltal megszünteti az áramlást a meghibásodott berendezésen keresztül. A nagyobb nyomásértékre beállított tartalékági gyorszár nyitott marad, így a kiadási nyomás csökkenése után automatikusan üzembe lép a tartalékági szabályozó. A folyamatos szolgáltatás miatt a gyorszárak alsó nyomáskorlátját általában nem állítják be.

4.1-1 táblázat Beállítási értékek síkállomások esetén Berendezés Beállítási érték Tűréshatár

[bar] Biztonsági lefúvató 10,0 ±2,5 % Biztonsági gyorszár II. 9,6 ±5,0 % Biztonsági gyorszár I. 9,0 ±5,0 % Nyomásszabályozó I. 8,0 +10,0 / -5,0 % Nyomásszabályozó II. 7,5 +10,0 / -5,0 %

A táblázatból látható, hogy a berendezések túl nagy tűréshatára miatt

üzemelési tartományaik átfedésben voltak egymással. Ez azt jelentette, hogy valamely berendezés szabályos működése elindíthatta egy másik berendezés működését.

1993 óta a magyar gázszállító rendszeren épületbe elhelyezett gázátadó állomásokat telepítenek. Kialakításuknál az alábbi technológiai követelményeket vették figyelembe:

• a 10·103 m3/h-nál kisebb névleges kapacitású állomásoknál két nyomásszabályozó ág, továbbá egy mérőturbinás mérőpont és hozzá kapcsolódva 0,5 osztálypontosságú primer oldali nyomástávadók, ill. szekunder oldali hőmérséklettávadó üzemeljenek. A gázmelegítést egyszerűsített kazán-hőcserélő rendszer biztosítsa,

• a 10·103 m3/h-nél nagyobb névleges kapacitású állomásoknál két nyomásszabályozó ág, továbbá áganként egy-egy mérőturbinás mérőpont, 0,25 osztálypontosságú primer oldali nyomástávadókkal, ill. szekunder oldali hőmérséklettávadóval üzemeljen. A szükséges gázmelegítést minimálisan két kazánra épülő gázmelegítő rendszer biztosítsa.

Az épületbe telepített gázátadóknak számos előnye van a korábbiakkal szemben. Mindenekelőtt a jellemző területigény 600-1200 m2-re csökkent, és a berendezések nincsenek kitéve időjárási hatásoknak. Eleget lehetett tenni továbbá a zajvédelmi előírásoknak, és több szempontból is előnyös, hogy a kivitelezési idő jelentős mértékben lecsökkent. Az új típusú gázátadó állomás kapcsolódási vázlata a 4.1-2 ábrán látható.

Szembetűnő változás a korábbi technológiai kapcsoláshoz képest az aktív-monitor szabályozó alkalmazása, amelynek a hátterében a biztonsági filozófia megváltozása áll. Mindkét nyomásszabályozó ágban a szabályozók megkettőzésével


176

az üzembiztonságot maximálisra növelték. A monitor szabályozó az aktív szabályozó előtt található, de mindkettőt a közös szekunder nyomás vezérli. Az aktív szabályozó meghibásodása esetén a monitor szabályozó lép működésbe, és az aktív szabályozó nyitva marad.

4.1-2 ábra Épületbe telepített gázátadó állomás kapcsolási vázlata

Az aktív- monitor szabályozás alkalmazása nagyságrenddel növelte az új állomások üzembiztonságát. Elhanyagolható mértékűre csökkent annak a valószínűsége, hogy nagy gázmennyiségeket kell az atmoszférába lefúvatni, vagy a gyorszár kényszerű működtetésével a gázszolgáltatást megszakítani. Az előzőek miatt


177

a biztonsági lefúvató csak kis gázmennyiségek lefúvatását biztosítja, a biztonsági gyorszár pedig legvégső eszköze a túlnyomás határolásnak. A korszerű technológiai rendszer miatt ezeknél az állomásoknál nem szükséges a primer oldalon a belépési pontra távműködtetésű motorikus főelzárót tenni.

A 90-es években a magyarországi gázszállító rendszer rekonstrukciójához a FIORENTINI, az INSTROMET és az RMG által javasolt típus-állomásokat fogadták el. Az INSTROMET állomásoknál az aktív-monitor szabályozó két FL sorozatú TARTARINI nyomásszabályozó egyesítésével speciális házban van kialakítva. Ez a megoldás a befoglaló méretek jelentős csökkenését eredményezte a hagyományos elrendezéshez képest. Ugyanakkor biztosított a két szabályozó teljesen független működése.

4.1-2 táblázat Beállítási értékek monitor szabályozás esetén Berendezés Beállítási érték Tűréshatár

[bar] Biztonsági gyorszár II. 8,0 ±1,5 % Biztonsági gyorszár I. 7,5 ±1,5 % Biztonsági lefúvató I.,II. 7,0 ±1,5 % Monitor szabályozó I. 6,2 +3,0 / -1,0 % Aktív szabályozó I. 6,0 +2,5 / -1,5 % Monitor szabályozó II. 6,0 +3,0 / -1,0 % Aktív szabályozó II. 5,8 +2,5 / -1,5 %

A monitor szabályozási rendszerben a biztonsági szelep a szabályozó

kapacitásának csak 1-2 %-át teszi ki, vagyis a tervezők nem szántak neki közvetlen szerepet a túlnyomás elleni védelemben. Feladata a hirtelen fogyasztásingadozás miatt fellépő nyomásemelkedés megszüntetése, amely a szabályozó túlnyitásából adódhat. A biztonsági szelepnek további feladata a nyomásszabályozó tökéletlen zárása esetén átszivárgó gáz lefúvatása, megakadályozva ezzel a szekunder ág feltöltődését. A monitor rendszerű gázátadó állomás szabályozó és biztonsági berendezéseinek beállítási értékei láthatók a 4.1-2 táblázatban.

4.1-3 ábra Épületben elhelyezett gázátadó létesítmény


178

A földgáz melegítését ellenáramú csöves hőcserélővel oldják meg, amelyhez a melegvizet a nyomásszabályozó épületében elhelyezett, de a technológiai tértől gáztömören elválasztott külön helyiségben lévő automatikus kazánok biztosítják. Az egyes nyomásszabályozó ágakba beépített hőcserélőkhöz keringető szivattyúk juttatják el a melegvizet. Ennél a rendszernél a hőbevitel közvetlenül a nyomásszabályozó előtt történik, ezért minimális a hőveszteség és a szabályozott gázáram hőmérséklete pontosan szabályozható. Minden állomáson legalább két kazánt építenek be, 30 % tartalék kapacitással, így egy kazán meghibásodása nem jelenti a gázmelegítő rendszer teljes kiesését.

Az épületben elhelyezett gázátadó állomás tipikus példája látható a 4.1-3 ábrán.

A 4.1-4 ábrán látható a Ruhrgas AG-nél alkalmazott gázátadó állomás kapcsolási vázlata (Corban et al., 1995.). Szembetűnő jellegzetesség, hogy nincs monitor szabályozó, helyette egy második biztonsági gyorszár van beépítve. Az ábrán látható módon két sorbakapcsolt gyorszárat azonban csak abban az esetben építenek be, ha a be- és kilépő nyomások beállított értéke nagyobb 16 bar-nál, vagy a nyomásarány nagyobb 1,6-nál. A nagyfokú megbízhatóság az állomás minden berendezésével szemben alapvető követelmény. Az állomásoknál leggyakrabban RMG típusú nyomásszabályozót alkalmaznak, amely a legszigorúbb elvárásoknak is eleget tesz. A belső bevonatolású vezetékcsövek alkalmazása miatt a szűrő szerepe csökkent. Költségtakarékos megoldás, hogy szűrő, hőcserélő, gázmennyiségmérő és biztonsági lefúvató csak az egyik ágba van beépítve. Ha nyomásszabályozás során a nyomásdifferencia nem nagyobb 16 bar-nál, a hőcserélőt is elhagyják.

4.1-4 ábra Gázátadó állomás kapcsolása a Ruhrgas AG-nél

1 szűrő, 2 hőcserélő, 3 biztonsági gyorszár, 4 nyomássszabályozó 5 biztonsági lefúvató, 6 áramlásmérő, 7 szagosító

Szűrő A gázszűrő a földgázban levő szilárd szennyeződéseket választja le. A szűrőelemek egyik típusa porkohászati úton bronzból, másik típusa perlonból, vagy egyéb műszálból készült. A leválasztási követelményeket elsősorban az állomáson alkalmazott gázárammérőnek, gáznyomásszabályozónak, illetve a további szabályozó- és mérőeszközöknek a szilárd szennyeződéssel szembeni érzékenysége határozza meg. Megfelelőnek minősíthető az a szűrőberendezés, amelyik az 5 μm-nél nagyobb porszemcséket 98%-os hatásfokkal választja le. A szűrő mélypontján gyűjtő


179

rész, rajta lefúvató csonk van kialakítva. Ezen keresztül távolítják el a felgyülemlett port és az estleges kondenzátumot.

4.1-5 ábra Távvezetéki szűrő

(Forrás: http://www.fiorentini.com/, 2004)

A megengedhető nyomásesést maximális gázáram és minimális nyomás mellett kell meghatározni. A szűrőket 0 - 0,5 bar méréstartományú nyomáskülönbség érzékelővel kell ellátni, amelyet úgy kell beállítani, hogy 0,35 bar-nál adjon jelzést a telemechanikai rendszeren keresztül a szűrő eltömődéséről. A szűrő ház nyomásának állandó figyelése érdekében elzáró szerelvény nélküli nyomásmérő csatlakozáson keresztül helyi nyomásmérési lehetőséget kell biztosítani.

Nyomásszabályozó A nyomásszabályozó a nagynyomású gázszállító rendszerből szabályozza az átáramlást egy kisebb nyomású vezetékbe, vagy hálózatba olymódon, hogy a kisebb nyomású oldal indítónyomását változó terhelés esetén is állandó értéken tartja. A jelenleg kereskedelmi forgalomban lévő nyomásszabályozók pneumatikus berendezések, amelyeknek a munkaközege maga a földgáz. A szabályozott nyomás egy kis átmérőjű, ún. impulzus vezetéken keresztül hat vissza a pneumatikus vezérlő szervre, amely a munkaközeg nyomásának változtatásával változtatja az átömlési keresztmetszetet. Ha a kisebb nyomású oldalon nő a gázfogyasztás, akkor a nyomáscsökkenés hatására a szabályozó növeli az átömlési keresztmetszetet és ezáltal több gázt enged át. Ha a gázfogyasztás csökken, ellentétes folyamat játszódik le, vagyis az átömlési keresztmetszet csökkentésével csökkenti az átáramló mennyiséget. Íly módon a szabályozott nyomás egy névleges érték körül ingadozik. A nyomásszabályozóval szemben fontos követelmény, hogy a beállított nyomásértéket terheléstől függetlenül tartani tudja, továbbá időben változó gázigények esetén működése stabil legyen és lehetőleg kis holtidővel kövesse a változásokat.

A szabályozó körök elméletéből ismeretes, hogy az értéktartás a körerősítéstől függ. Minél nagyobb a körerősítés, annál kisebb az eltérés az alapjeltől. A stabil működés a szabályozási kör minden jellemzőjétől függ, így a szabályozó jellegétől, a körerősítéstől, illetve az időállandóktól. A holtidő hatása a dinamikai tulajdonságokra egyértelműen kedvezőtlen, mivel csökkenti a stabilitást és a működési sebességet is. Számottevő holtidővel bármilyen jellegű szabályozási kör labilissá válhat. A gyakorlatban ilyen hatása van a hosszú impulzus vezetéknek, mert csillapítja a


180

nyomásváltozást és fáziskésést eredményez. A működési sebességgel szemben támasztott követelmény a felhasználás körülményeitől függ. Nagy működési sebességre akkor van szükség, ha a fogyasztót rövid, kis átmérőjű vezeték köti össze a nyomásszabályozóval. Ha azonban a nyomásszabályozó nagy térfogatú hálózatra dolgozik, a működési sebességnek kisebb a szerepe. A szabályozó kiválasztásánál az előző szempontokat célszerű figyelembe venni.

4.1-6 ábra Grove-FLEXFLO nyomásszabályozó felépítése

1 szelepház, 2 betétcső, 3 HYCAR cső

A síkállomásokon hosszú ideig a Grove FLEXFLO típus volt a legszélesebb körben alkalmazott gáznyomás-szabályozó, amelynek felépítése a 4.1-6 ábrán látható. A szabályozó két fő részből, a vezetékbe építhető szelepből, és a kapcsolódó vezérlőegységből áll. A szelep maga a szelepházból a hasítékokkal ellátott, és a belső rész közepén válaszfallal kettéosztott betétcsőből, valamint erre a betétcsőre szorosan rásímuló, ún. "HYCAR" táguló műanyag csőből áll. A műanyag cső az áramló közeg nyomásának hatására kitágul, eltávolodik a betétcső palástjától, és utat enged az áramlásnak. A szelepház belső része és a műanyag cső között gyűrűs teret alakítottak ki, amelybe egy furaton keresztül vezérlőgázt vezetnek. A vezérlőgáz nyomása, és a műanyag cső saját szilárdsága együttesen tart egyensúlyt a betétcső hasítékain keresztül áramló gáz nyomásával.

Ha a “HYCAR” csőre kívülről ható vezérlőgáz nyomása kisebb, mint az áramló közeg nyomása, a cső kitágul, és nagyobb gázmennyiség átáramlását teszi lehetővé. Ellenkező esetben a vezérlő gáz nyomása rászorítja a “HYCAR” csövet a betétcsőre, és szűkíti az áramlást korlátozó rést. A nagy nyomás miatt a “HYCAR” műanyag cső vastagfalú, ami befolyásolja a szabályozó érzékenységét.

A REDUXI 7100 típusú nyomásszabályozó berendezés hagyományos szelepes megoldású. A 4.1-7 ábrán látható működési vázlat szerint a furattal ellátott l szeleptányér mindkét oldalára hat a nagyobb bemeneti nyomás, ami biztosítja a nyomóerők egyensúlyát, és ezáltal nagymértékben növeli a szabályozó érzékenységét. A 2 szelepszár egy membránhoz kapcsolódik, amelyre alulról a po szabályozott nyomás és a 3 rugó feszítőereje, felülről pedig a vezérlőszabályozó által szabályozott pp nyomás hat. A membránra ható nyomóerők és a rugóerő eredőjének hatására mozdul el a 2 szelepszár, és ezzel együtt az 1 szeleptányér.


181

A nyomásszabályozó működéséhez a bemeneti oldal nagy nyomású és a kimeneti oldal szabályozott nyomású gázárama egyaránt szükséges. A nagynyomású gáz a 4 szűrő és 5 előszabályozón keresztül jut el a 6 vezérlő szabályozóhoz, amely lecsökkenti azt a beállított po szabályozott nyomáshoz szükséges pb értékre. A szabályozott kimenőnyomás értékét a vezérlő szabályozóban a 7 rugó előfeszítésének változtatásával lehet módosítani.

4.1-7 ábra Reduxi 7100 típusú nyomásszabályozó működési vázlata

1 szeleptányér, 2 szelepszár, 3 rugó, 4 szürő, 5 előszabályozó, 6 vezérlő szabályozó, 7 rugó

A korszerű hazai gázátadó állomásokon FIORENTINI vagy TARTARINI szabályozók lettek beépítve. A 4.1-8 ábrán a TARTARINI (FL sorozatú) nyomásszabályozó működési vázlata látható. A vezérszelep feladata a szabályozó működéséhez szükséges tápgázellátás, amely biztosítja, hogy a szabályozott nyomás az előre beállított értéken maradjon, függetlenül a bemenő nyomás változásától és a fogyasztói igénytől. A vezérszelepbe épített szűrő-stabilizátor tisztítja a primer oldalról érkező gázt, és állandó értékre csökkenti le a nyomását. Ezzel a megoldással a vezérszelep tápnyomása független marad a bemenőoldali nyomásváltozástól. Az ábrán látható, hogy a stabilizátor nyomását az M1 rugó fix terhelése és a szekunder oldali Pv nyomás által a D3 membránra kifejtett terhelés összege adja. Ennek eredményeként a vezérszelepet konstans nyomás táplálja, melynek értéke közel 3 barral nagyobb a szekunder oldali Pv nyomásnál. A vezérszelepben lévő kapilláris-nyílás eldugulásának megakadályozására a stabilizátorban egy szűrő található.

Egyensúlyi körülmények között a V1 szelepen keresztül történő beáramlás pontosan kompenzálja az F kalibrált furaton és a V2 szelepen történő kiömlést, aminek eredményeként az O szelep helyzete változatlan marad a D membránra ható erők egyensúlya miatt. Mivel a D membrán felső oldalán a nyomóerőhöz hozzáadódik a rugóerő is, ezért a tápgáz pc nyomása nagyobb, mint a szekunder oldali pv nyomás.

A szekunder oldali nyomás változásának hatására megszűnik a D1 membránra ható erők egyensúlya, és a szekunder oldali pv nyomásból származó nyomóerő el fog térni az Ms rugóerő nagyságától. Ha például a szekunder oldalon a gázfogyasztás csökkenése miatt a nyomás megnő, a D1 membránra hatva az Ms rugóénál nagyobb


182

ellenerőt eredményez. A D1 membrán felfelé történő elmozdulásának hatására - az L kar és az S szár közvetítésével - elmozdulnak a V1 és V2 szelepek. A V1 szelep zárja a tápgáz beáramlási nyílását, miközben a V2 szelepen és az F kalibrált nyíláson keresztül a tápgáz kiáramlása folytatódik a kisebb nyomású C1 térbe. A tápgáz utánpótlásának csökkenése miatt a D membrán alatti C térben is csökkenni fog a pc nyomás. Az előzőek hatására a szekunder oldali Pv nyomás és az M rugó legyőzi a pc nyomást és az O szelepet zárt helyzete felé mozgatja mindaddig, amíg a szabályozott nyomás névleges értéke vissza nem áll.

4.1-8 ábra TARTARINI nyomásszabályozó működési vázlata

Ha a szekunder oldalon a gázelvétel nő, és a pv nyomás csökken, akkor a folyamat ellentétesen megy végbe. A D1 membránra ható nyomóerő kisebb lesz az Ms rugó által kifejtett erőnél, ezért a membrán lesüllyed, ezáltal a V2 lefúvató szelep zárása és a V1 adagoló szelep nyitása következik be. Az előzőek hatására a pc vezérlő nyomás nőni fog, ami az O szelep nyitását, és végső soron nagyobb átáramló gázmennyiséget eredményez.

4.1-9 ábra TARTARINI nyomásszabályozók beépített állapotban


183

Hirtelen záráskor a D membrán ütésszerű lefékeződése kimozdítja egyensúlyi helyzetéből a vezérszelep L karját, ami a Vs lefúvató szelep nyitását, és a pc tápnyomás csökkenését eredményezi. A pillanatszerű lefúvatás csökkenti az O szelep visszaugrását, ezáltal stabilizáló hatású.

A monitor szabályozó vezérszelepe annyiban különbözik a fentiekben ismertetett vezérszeleptől, hogy hiányzik az F kalibrált furat, és a pc tápnyomás nagyobb, mint az aktív szabályozónál. Ez azt jelenti, hogy a monitor szabályozó normál üzemállapotában teljesen nyitott.

A FIORENTINI cég által gyártott Reflux 819 nyomásszabályozó a hollandiai Gastech minősítése alapján a 90-es évek közepén a világ legjobb szervomotor vezérlésű pneumatikus gáznyomásszabályozója volt. A szabályozó 0,5 ... 85 bar belépő és 0,3 ... 65 bar kilépő nyomástartományban üzemeltethető, működéséhez a belépő és a kilépő oldal között 0,5 bar nyomáskülönbség szükséges. A berendezés nagy előnye, hogy felülről szerelhető, így karbantartáskor nem kell a csővezetékről leemelni, továbbá a nyomásszabályozó testébe monitor, gyorszár és zajcsökkentő is beépíthető. Maga a nyomásszabályozó is üzemeltethető monitor szabályozóként.

9 10 11

6 7

5 8 4

3

1 2 4.1-10 ábra FIORENTINI Reflux 819 szabályozó működési vázlata

1 belépő oldal, 2 kilépő oldal, 3 szelep, 4 rugó üreges szelepszárral, 5 membrán, 6 jelzőrúd, 7 nyomáskiegyenlítő kamra, 8 stabilizáló furat a membránon, 9 szűrő,

10 elő-nyomásszabályozó, 11 vezérlő szabályozó

A nyomásszabályozó működése során a belépő p1 nyomást a hengeres szelep mint fojtószerv csökkenti a p2 beállított szabályozott nyomásra. A szelep kiegyensúlyozását a szelep geometriája és a kiegyenlítő kamra biztosítja. A membrán záró oldalára egy gyárilag beállított rugó és a kilépő p2 nyomás hat. A membrán nyitó oldalára ható pv nyomást a vezérlő berendezés állítja elő. A vezérlő berendezésben a belépőoldali gáz először egy szűrőn halad át, majd nyomását az előszabályozó p2+konstans értékre csökkenti. A szükséges pv nyomásértéket második lépcsőben a vezérlőszabályozó (pilot) állítja be. A vezérlőszabályozó működését egy kisméretű membránra ható p2 nyomás nyomóerejének, és egy állítható rugó rugóerejének a dinamikus egyensúlya határozza meg. A rugóval lehet beállítani a szabályozott p2 nyomás értékét. Működés közben a szelep helyzetének változásával változik a rugóerő, ennek hatására elmozdul a szelep, de a megtett út elhanyagolhatóan kicsi. Mivel a pv nyomást a membrán alatti térben a szabályozási feladattól függően kell


184

csökkenteni vagy növelni, célszerű folyamatos áramlást biztosítani úgy, hogy a vezérlő gázt a membránon kiképzett furaton keresztül elvezetik a kisebb, p2 nyomású membrántérbe, majd onnan az impulzusvezetékkel a kilépő oldalra. Ez a megoldás a membrán mozgását is gyorsítja. ami csökkenti a szabályozó holtidejét. A 4.1-10 ábrán a FIORENTINI Reflux 819 szabályozó működési vázlata látható.

Az Aperflux 851 a Reflux 819-el ellentétes feltételre (hibára) nyit, ezért monitor szabályozóként nem szokták alkalmazni. Gyakori megoldás, hogy aktív szabályozóként Aperflux 851-et, monitorként pedig előtte Reflux 819-et használnak. Lehetőség van arra, hogy a két szabályozó mellett még egy gyorszárat is ugyanabba a testbe építsenek be, ami költség- és helymegtakarítást eredményez.

Az Aperflux 851 működése során a belépő p1 nyomást a szabályozótest felső részében található membrán-szelep csökkenti p2 nyomásra. A membrán-szelepet p1 nyomás emeli és ezáltal nyit a szabályozó. A membrán-szelep felső, záró oldalára egy gyárilag beállított rugó, és a vezérlő berendezés által előállított Pv vezérlő nyomás hat. A vezérlő berendezés egy pneumatikus jelerősítőnek felel meg, amely p1 bemenő nyomás segítségével p2 nyomást erősíti fel Pv-re. A vezérlő berendezés fojtószelepén a fojtás szűkítésével lehet a szabályozó erősítését növelni. A vezérlő nyomást a vezérlőszabályozó (pilot) állítja be azáltal, hogy a vezérlő nyomás teréből gázt enged át a kilépő oldalra. A vezérlőszabályozó szelepére záró irányba p2 nyomás, nyitó irányba pedig egy rugó hat. Ezzel a rugóval lehet beállítani a p2 szabályozott nyomást.

Ha működés közben p2 nagyobb a pilot rugóján beállított értéknél, akkor p2 a vezérlőszabályozó szelepét záró irányba mozdítja el, vagyis kevesebb gázt enged át a vezérlő nyomás teréből. Ennek hatására a vezérlő nyomás nőni fog, ami a nyomásszabályozó fő szelepét is záró irányba mozdítja el, ezáltal kevesebb gáz fog átáramolni, és p2 kimenő nyomás csökkenni fog.

6 7

5 8

9 4

3

1 2

4.1-11 ábra FIORENTINI Aperflux 851 szabályozó működési vázlata 1 belépő oldal, 2 kilépő oldal, 3 membrán-szelep, 4 rugó, 5 szűrő,

6 fojtószelep, 7 vezérlő szabályozó, 8 rugó, 9 rugóterhelést állító csavar

A szerkezet sajátos felépítéséből adódóan a szelep kiegyensúlyozására nincs szükség, mivel a vezérlő nyomást egy fixen beállított fojtás állítja elő p1-ből, így a vezérlő nyomás értéke arányos a p1 bemenő nyomáséval. Mivel a membrán egybeépített egyik oldalára a primer nyomással arányos vezérlőnyomás, másik oldalára pedig a p1 primer nyomás hat, így a szelep kiegyensúlyozott, mozgatásához nem szükséges nagy erő.


185

Gyorszár A biztonsági gyorszárak nyomásfeltételhez kötött automatikus elzáróelemek, amelyek segítségével a gázáramlás pillanatszerűen megszüntethető. A beállítható alsó- és felső nyomásérték segítségével egyrészt a szekunder oldalon kialakuló gázhiány, másrészt túlnyomás ellen nyújt hatékony védelmet.

4.1-12 Gyorszár

(Forrás: http://www.tartarini.it/, 2004)

A gyorszárakat úgy alakítják ki, hogy zárt állapotban a primer oldali nyomás közvetlenül hat a szeleptányér felületére, ezzel garantálva a tömör zárást. A szerelvény nyitása általában kézi úton, a szeleptányér két oldala közötti nyomáskiegyenlítés után végezhető el. A gyorszárat a nyomásszabályozó elé építik be, de a szabályozó utáni nyomással vezérlik. Párhuzamos nyomásszabályozó ágak esetén körültekintően kell a biztonsági gyorszárak zárónyomását beállítani, nehogy az egyik ágban a lezárás hatására keletkező nyomásimpulzus lezárja a másik ág gyorszárát is.

Szagosítás A hazai gázátadó állomásoknál a 90-es években végrehajtott rekonstrukciók során az állomási szagosításról áttértek a körzeti szagosításra, zárt rendszereket alakítottak ki, és Lewa gyártmányú szivattyúkat építettek be. A 4.1-13 ábrán látható kapcsolódási vázlat szerint a szagosító berendezés két részegységből, a vezérlőegységből és az injektálóműből áll. Az injektálómű a gázvezeték közvetlen közelébe van telepítve, a vezérlőegység a biztonsági távolságon kívül, épületben vagy műszerszekrényben van elhelyezve.

4.1-13 ábra Szagosító egység vázlata

1 csővezeték, 2 injektáló pumpa, 3 szagosítóanyag, 4 vezérlőegység, 5 mennyiségmérő


186

Megvalósítható időarányos és mennyiségarányos adagolás. Mennyiségarányos adagolásnál a vezérlőegységhez kábelen csatlakozik egy mennyiségmérő kör, amely meghatározott gázmennyiség átáramlása után egy elektromos impulzust ad. Az alkalmazott szagosítóanyag etilmerkaptán vagy tercier-butil-merkaptán és tetrahidrotiofén (TBM és THT) 50-50 %-os keveréke. A beinjektált mennyiség 12 … 16 ml/103 nm3. A szagosítóanyaggal szemben támasztott követelmények:

• alacsony koncentráció esetén is jól érzékelhető, riasztó hatású legyen, • alacsony forráspontú, és nagy dermedéspontú anyag legyen, amely széles

hőmérsékleti tartományban jól keveredjen a földgázzal, • az anyag kémiailag stabil, szaghatása pedig tartós legyen, • az alkalmazott koncentrációban ne legyen mérgező, • a földgázzal együtt égjen el, és a képződött termék ne károsítsa a

környezetet, • a szükséges mennyiségben és elfogadható áron álljon rendelkezésre.

4.1-3a táblázat A szagosító anyagok fő jellemzői Etilmerkaptán sűrűség 20 ºC-on 0,84 kg/dm3 sűrűség gőzállapotban 2,77 kg/m3 Forráspont +35 ºC olvadáspont -148 ºC Gőznyomás 20 ºC-on 58652,0 Pa /440 Hgmm/ lobbanáspont -20 ºC alsó robbanási határkoncentráció 2,8 tf% felső robbanási határkoncentráció 18 tf% gyulladási hőmérséklet 295 ºC szagküszöbérték 0,003 mg/ m3 MK érték 1 mg/m3

4.1-3b táblázat A szagosító anyagok fő jellemzői THT-TBM keverék sűrűség 20 ºC-on 0,8994 kg/dm3 Gőznyomás 20 ºC-on 111,6 mbar lobbanáspont -10 ºC alsó robbanási határkoncentráció 4,4 tf% felső robbanási határkoncentráció 24,5 tf% gyulladási hőmérséklet 350 ºC MK érték 10 mg/m3 fagyáspont -46 ºC alatt átlagos moláris tömeg 89,18 kg/kmól kéntartalom 36 %

Gázmennyiségmérés Gázátadó állomásokon a nagy gázáramok mérése mérőperemes mérőberendezéssel történik. Egy mérőperemes mennyiségmérő berendezés fő egységei: a mérőszakasz, a nyomás-, nyomáskülönbség-, és hőmérséklet-távadók, valamint a számítómű. A mérőszakasz feladata, hogy a mérőperemnél biztosítsa a zavartalan áramlást. Az ISO 5167-2:2003(E) táblázatosan megadja, hogy különböző szerelvények, ívcsövek, szűkítő vagy bővítő közdarabok után mekkora hosszúságú egyenes csőszakaszokat kell kialakítani a zavartalan áramlás kialakulásához. A szabvány szigorú előírásokat tartalmaz a mérőszakasz és a mérőperem méretpontosságára és egytengelyűségére,


187

ezek a követelmények csak a gyárilag készített mérőszakasz esetében teljesülnek. A hivatkozott szabványban a mérőperem előtt megadott hosszúságú egyenes szakaszok célja az örvénymentes áramlás biztosítása. A gyakorlatban általában nehéz teljesíteni a szigorú követelményeket, különösen akkor, ha egynél több olyan elem van beépítve a mérőperem előtt, amely megzavarja az áramlást. Ilyen esetekben a feltételek összevonására van lehetőség. Az alábbiakban néhány példa szemlélteti az összevonási lehetőségeket.

Az ISO 5167-2:2003 telepítési követelményeihez tartozó egyenes szakaszok hosszából és az átmérőből képzett hányados van megadva a 4.1-4 táblázatban. Ezek a számok csak arra az esetre vonatkoznak, ha egyetlen szerelvény távolságát kell meghatározni a mérőperemtől. Ha két szerelvény is be van építve, akkor bonyolult összevonási szabályok érvényesek. Tájékoztatásul rövid áttekintést adunk a szabályokról és a telepítési kérdésekről:

• a hozzáfolyási oldalon a mérőperemhez legközelebb eső szerelvény minimális távolságának a 4.1-4 táblázatban szereplő szorzószám és a mérőperemnél érvényes csőátmérő szorzatát kell venni;

• ha a mérőperem előtt két szerelvény hatásával kell számolni, akkor a két szerelvény (áramlást zavaró elem) közötti távolságnál az összevonási szabályt kell alkalmazni. Ennek értelmében az 1-es és 2-es elemek közötti távolságnak egyenlőnek kell lenni a mérőperemtől távolabb lévő elemre a 4.1-4 táblázatban 670,=β értéknél adott szorzószám, valamint az 1-es és 2-es elem közötti csőátmérővel képzett szorzat felével, függetlenül a tényleges β érték nagyságától;

• ha két szerelvény közül a mérőperemhez közelebb egy teljes szelvényű nyitott elzáróelem van beépítve, az a közvetlenül előtte lévő szerelvény kimeneti oldalához is telepíthető. Ebben az esetben az előző két pont szerint meghatározott távolságot össze kell adni;

• ha két szerelvény közül a mérőperemtől távolabb eső szerelvény két 90o-os ívcső, akkor a két szerelvény minimális távolságának a 4.1-4 táblázatban az ívcsövekre érvényes szorzószám és a mérőperemnél érvényes csőátmérő szorzatát kell venni.

4.1-4 táblázat Szabványos egyenes szakaszok mérőperemes mérőnél Hozzáfolyási oldal

β

Egy 90o–os ívcső

Két 90o–os ívcső

függőleges síkban

Szűkítő közdarab(1)

2D D

Bővítő közdarab(2)

0,5D D

Teljes szelvényű

nyitott gömbcsap

Elfolyási oldal

≤ 0,2 6 (3) 19 (18) 5 6 12 (6) 4 (2) 0,4 16 (3) 44 (18) 5 12 (8) 12 (6) 6 (3) 0,5 22 (9) 44 (18) 8 (5) 20 (9) 12 (6) 6 (3) 0,6 42 (13) 44 (18) 9 (5) 26 (11) 14 (7) 7 (3,5)

0,67 44 (20) 44 (20) 12 (6) 28 (14) 18 (9) 7 (3,5) 0,75 44 (20) 44 (20) 13 (8) 36 (18) 24 (12) 8 (49

Megjegyzés: a táblázatban szereplő értékeket meg kell szorozni a csőszakasz belső átmérőjével. A zárójelben szereplő értékek esetén a sebességi tényező bizonytalanságának az értékét növelni kell 0,5 %-kal. (1) a közdarab hossza 1,5D ≤ L ≤ 3D (2) a közdarab hossza D ≤ L ≤ 2D

Az első esetben 60,=β szűkítési aránynál a hozzáfolyási oldalon egy teljes

szelvényben nyitott elzáróelem (gömbcsap vagy laptolózár) és egy bővítő közdarab


188

van beépítve. Az elzáróelem és a mérőperem közötti távolság az első szabály szerint 14D, a bővítő közdarab és az elzáróelem közötti távolságot pedig a második szabály alapján lehet meghatározni. Ez utóbbi a vizsgált esetben 28/2D=14D hosszúságú szakasz.

1 2 3

14D 14D 4.1-14 ábra Elzáróelem és bővítő közdarab beépítése mérőperem előtt

1 bővítő közdarab, 2 teljes szelvényben nyitott elzárószerelvény, 3 mérőperem

A fenti szabályok alapján a 4.1-14 ábra szerinti elrendezésnél az elzáróelem előtt és után egyaránt 14D hosszúságú szakasz jelenti a szabványos megoldást.

Ha az elzáróelemet a 4.1-15 ábrán látható módon közvetlenül a bővítő közdarab kilépési oldalára építik be, az elzáróelem és a mérőperem közötti egyenes szakasz hosszúságát a harmadik szabály alapján lehet meghatározni, amely a 4.1-14 ábra szerinti távolságok összegével, azaz 28D-vel lesz egyenlő.

1 2 3

28D 4.1-15 ábra Elzáróelem és bővítő közdarab összevont beépítése mérőperem előtt

1 bővítő közdarab, 2 teljes szelvényben nyitott elzárószerelvény, 3 mérőperem

A második esetben 40,=β szűkítési aránynál a mérőperem előtt egy teljes szelvényű nyitott gömbcsap, és függőleges síkban elhelyezett két 90o-os ívcső hatásával kell számolni. Az első szabály szerint a nyitott elzáróelem és a mérőperem közötti szakasz hossza nem lehet rövidebb 12D-nél. A két ívcső és a mérőperem közötti távolság a negyedik szabály és a 4.1-4 táblázat szerint legalább 44D. A két elem közötti távolságra a második szabály érvényes, azaz a függőleges síkban elhelyezett két ívcső és az elzáróelem között legalább 44/2D=22D hosszúságú egyenes szakasznak kell lenni. Az előző feltételek nem jelölik ki egyértelműen az elzáróelem telepítési helyét, hanem csak egy 9D hosszúságú szakaszt határoznak meg, amelyen belül az elzáróelem - figyelembe véve annak D tengelyirányú hosszát – bárhol elhelyezhető. Az előzőek alapján a 4.1-16 ábrán látható telepítési lehetőség adható meg.

D(22 + x) D (12 + y) D

900 ≥+≥≥ yx,y,x 4.1-16 ábra Ívcsövek és elzáró szerelvény beépítése mérőperem előtt


189

Ha a negyedik szabály szerint az elzáróelemet közvetlenül az ívcsövekhez kapcsolódva építik be, a 4.1-17 ábrán látható elrendezésnél az elzárószerlvény D tengelyirányú méretét is figyelembe véve teljesül a 44D távolság.

D min 43 D 4.1-17 ábra Ívcsövek és elzáró szerelvény beépítése mérőperem előtt

A harmadik esetben ugyancsak 40,=β szűkítési aránynál egy 2D átmérőjű csőszakaszban áramlik a gáz a mérőperem felé, és két 90o-os ívcsövön keresztül kapcsolódik a mérőperem előtti egyenes szakasz a rendszer többi részéhez. A mérőperem előtti szakaszban egy 2D hosszúságú szűkítő közdarab átmenetet jelent a mérőperemet közvetlenül megelőző D átmérőjű szakaszhoz. A mérőperemet közvetlenül megelőző D átmérőjű szakasz minimális hossza az első szabály és a 4.1-4 táblázat szerint 5D, a két elem közötti szakasz hossza a második szabály szerint 44/2x2D=44D. Ez a beépítési elrendezés látható a 4.1-18 ábrán. Más a helyzet akkor, ha a mérőperemet megelőző egyenes szakasznak a kisebb és nagyobb átmérőjű része a 4.1-19 ábrán látható módon fel van cserélve. Az első szabály szerint a bővítő közdarab és a mérőperem között legalább 12D hosszúságú, a függőleges síkban elhelyezett két 90o-os ívcső és a bővítő közdarab között a második szabály szerint legalább 44/2x0,5D=11D hosszúságú, és végül az ívcsövek és a mérőperem között a negyedik szabály szerint legalább 44D hosszúságú egyenes csőszakasznak kell lenni. Az előző feltételek nem egyetlen telepítési helyet határoznak meg, hanem egy 19D hosszúságú szakaszt, amelyen belül a bővítő közdarab bárhol elhelyezhető.

D

min 44 D 2 D min 5 D

2 D

4.1-18 ábra Ívcsövek és szűkítő közdarab beépítése mérőperem előtt

D/2 D

(11 + x) D 2 D (12 + y) D

1900 ≥+≥≥ yx,y,x

4.1-19 ábra Ívcsövek és bővítő közdarab beépítése mérőperem előtt

A gázáram nagyságának meghatározásához a mérőszakaszon a szabványban előírt helyen kell nyomást, nyomáskülönbséget, továbbá hőmérsékletet mérni. Ezekből a mérési adatokból - az áramló földgáz fizikai tulajdonságainak beállításával


190

- a számítómű számolja ki a pillanatnyi gázáramot. Ugyancsak a számítómű végzi a pillanatnyi értékek integrálását is. Mivel a mérőperemes mennyiségmérő berendezés nem egy zárt egységet képező készülék, hanem független modulokból állítható össze, a tervezőnek a különböző cégek által ajánlott egységekből egyenszilárdságú mérőrendszert kell létrehozni. Ez a látszólag egyszerű követelmény a valóságban azért rendkívül nehéz, mert a gázfogyasztás órai-, napi- és szezonális ingadozása miatt a mérőberendezésnek széles mérési tartományban kell üzemelnie. Az egyes egységek - vagyis a mérőszakasz, a távadók és a számítómű - pontossága azonban nem azonos nagyságú a mérési tartomány különböző helyein. Annak érdekében, hogy a mérési hiba sem a kis, sem pedig a nagy gázáramok tartományában ne legyen nagyobb egy határértéknél, szükség lehet több mérőág kialakítására a nagy gázáramok megosztott mérésére. Ugyancsak szükség lehet két, esetleg több különböző méréshatárú nyomáskülönbség távadó beépítésére és a gázáram nagyságától függő működtetésére.

4.1-20 ábra Mérőszakasz beépített mérőturbinával

Korszerű állomásokon a gázmennyiség mérésre mérőturbinát használnak. A mérőturbinák beépítésére vonatkozó követelményeket az AGA Report No. 7. és az ISO 9951 szabvány tartalmazza. A mérőturbina előtti egyenes szakasz ajánlott hossza a csőátmérő tízszerese, a turbinát követő egyenes szakasz hossza pedig a csőátmérő ötszöröse. Ajánlott továbbá áramlásrendező beépítése a turbina előtt öt csőátmérő távolságra. Az előzőek szerinti mérőszakasznak és a mérőturbinának az átmérője legyen azonos. A szabványok más beépítési változatot is megengednek: elegendő, ha a befutó egyenes szakasz hossza négy csőátmérő, az elfutó egyenes szakasz el is maradhat, de ilyen beépítés a mérési pontosság csökkenését eredményezheti. Általában a gyártó cégek megadják a beépítési követelményeket.

Biztonsági lefúvató A gázszállító rendszer síkállomásainál teljes vagy nagy emelkedésű, közvetlen rugóterhelésű biztonsági szelepet alkalmaztak. A biztonsági szelep lefuvató teljesítményét úgy kellett megválasztani, hogy a meg nem engedhető terhelés biztonságos levezetésére az engedélyezési nyomás 1,1-szerese mellett alkalmas legyen. A biztonsági szelepet a csővezeték vagy az állomás engedélyezési nyomásánál


191

nagyobb nyomásra beállítani nem szabad. A 0,8-nál kisebb relatív sűrűségű nem mérgező gázok lefúvatása történhet:

• központi lefúvatókon keresztül, amely minimálisan 5 m magas, • egyedi lefúvatókon keresztül, • épületen belül elhelyezett készülékekből, a tetőgerinc fölé 1 m-re túlnyúló

lefúvatócsonkon keresztül. (Ilyen esetben a csonkot be kell kötni az épület villámvédelmi rendszerébe.),

• szabadban elhelyezett készülékekből a készülék, ill. a kezelőtér fölé legalább 2,5 m-re vezetett lefúvatócsonkon át.

A túlnyomás elleni védelem feltételrendszerét és szabályait nemzetközi szabványok tartalmazzák. A tervezés során ezeknek az előírásait kell alkalmazni. Egy szabványos, rugóterhelésű biztonsági szelep metszete látható a 4.1-21 ábrán.

Zárt lefúvató rendszer esetén, továbbá minden olyan esetben, amelyben a lefúvatás nem elhanyagolható ellenállású vezetéken keresztül történik, ellennyomás kialakulására kell számítani. Ha a lefúvatórendszer ellennyomása a beállítási nyomás 3%-át meghaladja, a pontos nyitás érdekében ellennyomásra érzéketlen típust célszerű kiválasztani. Minden esetben célszerű a kézikarral kiegészített és működőképességi próbával könnyen ellenőrizhető típust választani. A lefúvatás során fellépő hatalmas erők ellensúlyozására a lefúvatószelepet megfelelően rögzíteni kell. A biztonsági lefúvató szelep és a védendő rendszer közé, valamint a szelephez csatlakozó lefúvató vezetékbe semmilyen elzárószerelvény nem építhető be.

4.1-21 ábra Biztonsági lefúvató

A hazai gázszállító rendszernél alkalmazott biztonsági szelepek döntő többsége Consolidated típusú SAPAG- termék.

Gázmelegítés A gázmelegítő berendezések lehetnek vízközvetítésű, indirekt és elektromos melegítők. A hagyományos vízközvetítésű földgázmelegítő egy fekvő hengeres tartály, két végén bontható kötésű zárólemezzel. Az egyik zárólemezbe a földgáz áramlására szolgáló csőkígyó, a másikba pedig a füstcső van behegesztve. A hengeres tartályban atmoszférikus vízfürdő van, amely közvetíti az égő által termelt hőt az áramló gáz felé. A vízfürdő állandó hőmérsékletre történő szabályozása, továbbá az egység szabadtéri telepítése miatt nagyok a hőveszteségek, emiatt az energetikai hatásfok kicsi. Az ilyen berendezések a gázáram hőmérsékletének kellő pontosságú szabályozására nagy hőtehetetlenségük miatt nem alkalmasak.

Az indirekt gázmelegítők hagyományos csőköteges gáz-víz, vagy gáz-gőz hőcserélők. Korszerű, épületbe telepített gázátadó állomásoknál áttértek a hőcserélős rendszerre és a melegvíz előállítására szolgáló kazánt is az épületben helyezik el.


192

Az elektromos fűtőkábelek kisebb teljesítményűek az előzőeknél, ezért alkalmazásuk ott ajánlott, ahol nincs szükség a fő gázáram melegítésére, hanem elegendő a vezérlő szelep és/vagy az impulzus vezeték temperálása.

4.2 Kompresszorállomás

Általános előírások A kompresszorállomásokra telepített nyomásfokozó kompresszorok lehetővé teszik a a súrlodási energiaveszteség pótlását. Kompresszorállomás létesítésénél az alábbi tervezési szempontokat kell figyelembe venni:

• a kompresszor elé csapadékleválasztót kell beépíteni, és azt felső vészszint jelzővel kell ellátni,

• a kompresszorállomást el kell látni lefuvató rendszerrel, az állomás biztonsági szakaszoló szerelvényeit pedig távműködtetéssel,

• a kompresszort és meghajtó egységét olyan jelzőberendezéssel kell ellátni, amely a rendellenes működést jelzi, illetve veszélyhelyzetben automatikusan leállítja a berendezést,

• a kompresszorhoz csatlakozó csővezetékbe elzárószerelvényt kell beépíteni, hogy üzemen kívül a kompresszor, a gáznyomás hatására ne jöhessen mozgásba,

• ha a kompresszorból kilépő gáz hőmérséklete nagyobb a távvezetékre adható gáz hőmérsékleténél, gondoskodni kell a gáz hűtéséről,

• a kompresszorállomást és a kompresszorok meghajtó egységeit vészleállító rendszerrel kell ellátni,

• gondoskodni kell a biztonsági jelzőberendezések folyamatos energiaellátásáról.

A kompresszorállomás telepítése A távvezetéki nyomásfokozó kompresszorállomások feladata eléggé sajátos: nagy gázáramokat kell 1,3-1,6 nyomásaránnyal komprimálni. Erre a feladatra a turbókompresszor a legalkalmasabb berendezés. Mivel a turbókompresszor fordulatszáma nagy, meghajtó motorként legtöbbször gázturbinát alkalmaznak.

Egy távvezetéki kompresszorállomásnak az alábbi modulokból kell felépülnie: • földgáz szűrő és folyadékleválasztó modul, • kompresszor modul, • földgáz hűtő modul, • fűtőgáz előkészítő modul, • a fűtőgáz és a szállított gáz mérésére szolgáló modul. Egy tipikusnak tekinthető kompresszorállomás telepítési vázrajza látható a

4.2-1. ábrán. A szűrők feladata nemcsak a beérkező földgázban lévő szilárd

szennyeződések, hanem az esetleges folyadékcseppek vagy folyadékdugók leválasztása is. A kompresszor gépegységek párhuzamosan kapcsolódnak a szívó, illetve nyomó fejcsőhöz, így lehetőség van bármely gépegység leválasztására és karbantartására a többi gépegység folyamatos üzeme mellett. A nyomó fejcsőről a gáz a hűtőkhöz áramlik, ahol hőmérséklete csökken, majd a mérőszakaszon áthaladva hagyja el az állomást.

Kompresszorállomás

193

4.2-1 ábra Kompresszorállomás telepítési vázrajza

A távvezetéki nyomásfokozásra leggyakrabban gázturbinával hajtott centrifugálkompresszort használnak. Egy ilyen egység látható a 4.2-2 ábrán. A gázturbina egy levegőkompresszorból, az un. „gázgenerátorból” és a munkaturbinából áll. A gázgenerátor (A) egy 16 fokozatú axiálkompresszor, amely a beszívott levegő komprimálására szolgál. A nagynyomású, és a komprimálás hatására felmelegedett levegő az égőkamrákba áramlik, ahol keveredik a betáplált tüzelőanyaggal (földgázzal), majd ezt a keveréket meggyújtják. A nagy entalpiájú égéstermék először a gázgenerátor kétfokozatú munkaturbináját hajtja meg. Ez biztosítja a levegőkompresszor energiaigényét. Az égestermék a gázgenerátorból kilépve a hasznosítható energiaforrást jelentő kétfokozatú munkaturbinát (B) hajtja meg. Ez a meghajtó motorja a távvezetéki földgázkompresszornak (C). A munkaturbinából (B) a kéménybe távozó égéstermék energiatartalma még jelentős, lehetőség van további hasznosítására.

4.2-2 ábra Gázturbinával hajtott centrifugálkompresszor

A gázgenerátor, B munkaturbina, C kompresszor 1 beszívott levegő, 2 tüzelőanyag bekeverés, 3 forró égéstermék, 4 égéstermék a kéménybe,

5 komprimált gáz a nyomó fejcsőbe, 6 gáz a szívó fejcsőből


194

A kompresszorozás elméleti alapjai A távvezetéki kompresszorállomások tervezéséhez, illetve a turbókompresszorok kiválasztásához szükséges elméleti alapokat Czibere és Hanlon nyomán foglaljuk össze (Czibere, 1981., Hanlon, 2001.). A továbbiakban bemutatott hőmérséklet-entrópia diagramok a 2. fejezetben megadott földgáz összetételre vonatkoznak.

Izotermikus kompresszióról lehet beszélni, ha a földgáz hőmérséklete sűrítés közben nem változik. Az állapotváltozás a 4.2-2. ábrán látható.

Egységnyi tömegű gáz izotermikus sűrítéséhez szükséges munka egyenlő a nyomáspotenciál megváltozásával:

∫ ρ=

2

1

p

p

dpL (4.2-1)

Felhasználva az általános gáztörvényt, az integrál értéke kiszámítható:

1

21iz p

plnMTRL = (4.2-2)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

8,8 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0 10,2

Entrópia [kJ/(kg K)]

Hőm

érsé

klet

[K]

p=40 barp=60 bar

T21

T1

A B

4.2-2 ábra Izotermikus állapotváltozás

A sűrítés során hőt kell elvonni a közegből annak érdekében, hogy a hőmérséklet ne változzon. Az egységnyi tömegű gázból elvonandó hőmennyiség a 4.2-2 ábrán látható T1 – T21 egyenes alatti területtel lesz arányos, vagyis

1

21iz p

plnM

TRQ −= (4.2-3)

Izotermikus sűrítés esetén éppen a sűrítési munkával egyező nagyságú hőmennyiséget kell elvonni egységnyi tömegű gázból.

A kompresszorok jellemzésére a szállítómagasságot használják, amely a (4.2-2) összefüggésből egyszerűen kiszámítható


195

1

21iziz p

plngM

TRg

LH == (4.2-4)

Izentropikus az állapotváltozás abban az esetben, ha a folyamat során nincs környezeti hőcsere, és súrlódásmentes az áramlás. Ismeretes, hogy ilyen esetben a gáz nyomása és sűrűsége között az alábbi összefüggés áll fenn:

κ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ρρ

=11p

p (4.2-5)

Az izentropikus sűrítési munkát a (4.2-5) összefüggés figyelembe vételével a (4.2-l) integrálból lehet kiszámítani.

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−κκ

=κ−κ

1pp

1MTRL

1

1

21ie (4.2-6)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

8,8 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0 10,2


Hőm

érsé

klet

[K]

p=40 barp=60 bar

T21

T22

T1

A B

4.2-3 ábra Izentropikus állapotváltozás

Az állapotváltozás a 4.2-3. ábrán látható. A sűrítés végeredményeként a gáz hőmérséklete T1-ről T22-re nő. A távvezetéki gázszállításnál azonban a nagyobb hőmérsékletű, és emiatt nagyobb fajtérfogatú gáz áramlási ellenállása nagyobb, ezért a kompresszor után a gázt hűtik. Ha a p2 nyomású gázt T21 hőmérsékletre hűtik vissza, akkor az elvonandó hőmennyiséget az alábbi gondolatmenet alapján lehet meghatározni.

Izentropikus esetben a gáz hőmérséklete és nyomása közötti összefüggés a következő képlettel számítható:

1

22

1

1

2

TT

pp

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ κ−κ

(4.2-7)


196

Behelyettesítve a (4.2-6) egyenletbe, az izentropikus sűrítési munka felírható a hőmérsékletekkel is

( ) ( )1221221TTcTT

MRL pie −=−

−κκ

= (4.2-8)

A kapott összefüggés azt mondja ki, hogy az izentropikus sűrítési munka megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amit a T21 hőmérsékletű és p2 nyomású gázzal kell közölni állandó nyomáson ahhoz, hogy a gáz hőmérséklete T22-re emelkedjen. Az állítás megfordításával adható válasz arra a kérdésre, hogy mennyi hőt kell a sűrítés után elvonni a gázból, hogy p2 nyomású és T1 hőmérsékletű legyen a távvezeték indítópontjában. A (4.2-8) egyenlet szerint éppen az izentrópikus sűrítési munkával azonos nagyságú hőmennyiséget kell a T22 hőmérsékletű és p2 nyomású gázból állandó nyomáson elvonni ahhoz, hogy hőmérséklete T1-re csökkenjen.

A tényleges változásokat politropikus állapotváltozással lehet legjobban megközelíteni. Nem hagyható figyelmen kívül ugyanis az a tény, hogy a kompresszorban kialakuló nagy sebességű áramlások miatt jelentős súrlódási veszteségek keletkeznek, amelyek hővé alakulnak és növelik a gáz hőmérsékletét. A gáz állapotváltozása ebben az esetben nem megfordítható, ezért nem érvényesek a (4.2-5) és (4.2-7) állapotegyenletek. Ha azonban az adiabatikus kitevő helyett bevezetjük a politropikus kitevőt, akkor a (4.2-5) és (4.2-7) egyenletekkel formailag megegyező állapotegyenletekhez jutunk. Turbókompresszorok esetén κ>n egyenlőtlenség áll fenn.

A politropikus állapotváltozás végeredményét nagymértékben befolyásolják a kompresszor technikai jellemzői, illetve kialakítása. Több fokozatú kompresszor esetén hosszabb úton, nagyobb felületen érintkezik a nagysebességű gázáram a berendezéssel, így nagyobb lesz a súrlódási veszteség is.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

8,8 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0 10,2


Hőm

érsé

klet

[K]

p=40 barp=60 bar

T21

T22

T1

T23

A B C

4.2-4 ábra Politropikus állapotváltozás

Az állapotváltozás a 4.2-4 ábrán látható. A súrlódás miatt a gáz hőmérséklete az állapotváltozás végén nagyobb, mint izentrópikus esetben. Az egységnyi tömegű gáz politrópikus sűrítési munkája az (A-T21-T23-T1-B), az irreverzibilis veszteségként jelentkező súrlódási hő pedig a (B-T1-T23-C) területtel arányos.


197

A politropikus sűrítési munkát a (4.2-6) egyenlethez hasonló módon lehet számítani:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

−

1pp

1nn

MTRL

n1n

1

211po (4.2-9)

A súrlódásból adódó veszteséghő nagysága pedig az alábbi összefüggésből számítható:

( )123v TT1n

n1M

RQ −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

−κκ

= (4.2-10)

A gáz fajlagos entalpiájának a növekedése egyenlő a politropikus sűrítési munkának és a súrlódásból eredő energiaveszteségnek az összegével.

vpolb QLLI +==Δ (4.2-11)

A kompresszor politropikus szállítómagassága (4.2-9) egyenletből határozható meg:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

==

−

1pp

1nn

gMTR

gL

Hn

1n

1

21polpol (4.2-12)

Az összefüggésből látható a turbókompresszorok jellegzetessége, miszerint azonos nyomómagasság nem azonos nyomáskülönbséget, hanem azonos nyomásarányt jelent. Nagyobb szívónyomás esetén ugyanakkora fajlagos energiabefektetés nagyobb nyomásnövekedést eredményez, mint kisebb szívónyomás esetén.

Ha a politropikus sűrítési munkát a nyomásokkal és a hőmérsékletekkel is felírjuk, olyan összefüggéshez jutunk, amelynek segítségével a politropikus kitevő egyszerűen meghatározható:

( )123

n1n

1

21pol TT

1nn

MR1

pp

1nn

MTRL −

−=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

−

(4.2-13)

ebből az alábbi összefüggés nyerhető:

1

23

1

2

TTln

ppln

1nn

=−

(4.2-14)

A kompresszor szívó-, illetve nyomócsonkján mért nyomásból és hőmérsékletből a politropikus kitevő tehát egyszerűen számítható.


198

A kompresszor politrópikus hatásfokát a következőképpen értelmezik:

vpol

polpol QL

L+

=η (4.2-15)

A politropikus hatásfok azt adja meg, hogy a kompresszor belső munkaszükségletének hány százaléka fordítódik a gáz tényleges sűrítésére.

Az izentropikus és a politropikus állapotváltozás jellemzői között a következő összefüggés írható fel:

polnn

η−κκ

=− 11

A 4.2-5 ábra azt szemlélteti, hogy az izentrópikus kitevő (kappa) különböző értékei esetén hogyan változik a politropikus kitevő a politropikus hatásfok függvényében. Minél kisebb a politropikus hatásfok, azaz minél nagyobb a kompresszorban az irreverzibilis energiaveszteség, a politropikus kitevő értéke annál nagyobb.

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

60% 70% 80% 90% 100%

Politropikus hatásfok

Polit

ropi

kus

kite

vő

Kappa=1,3 Kappa=1,4 Kappa=1,5 4.2-5 ábra A politropikus kitevő változása a hatásfok függvényében

A szállított közeg teljes entalpiájának időegység alatti megváltozásához szükséges teljesítményt nevezik a kompresszor belső teljesítményének, amely a (4.2-11) összefüggésnek és a gáz tömegáramának a szorzataként írható fel:

( )vpolmb QLqP += (4.2-16)

Az összefüggésből számítható a földgáz sűrítéséhez szükséges elméleti teljesítmény. Figyelembe véve a kompresszor mechanikai hatásfokát, továbbá felhasználva a (4.2-13) és (4.2-15) összefüggéseket, megkapjuk a gyakorlati számításokhoz használható összefüggést:


199

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ηη−

=

−

1pp1

1nn

MTRqP

n1n

1

2

mechpol

1m (4.2-17)

ahol P a kompresszor meghajtásához szükséges un. tengely-teljesítmény, W mértékegységben.

A kompresszor után kapcsolt gázhűtőben politropikus állapotváltozás esetén

( )123 TTcQ ppol −= (4.2-18)

hőmennyiséget kell elvonni ahhoz, hogy a távvezeték indítópontján p2 nyomású és T1 hőmérsékletű földgáz áramoljon keresztül.

4.2-1 Mintapélda: Határozza meg a nyomásfokozó kompresszorállomás teljesítményét 350·103 nm3/h szállítási feladat esetén!


Indítónyomás 55 bar Érkezőnyomás 35 bar Hőmérséklet a szívóoldalon 8 oC A gáz moláris tömege 16,44 kg/kmól Politropikus hatásfok 75 % Mechanikai hatásfok 99 %

A szívóoldali nyomáshoz és hőmérséklethez tartozó izentropikus kitevő értéke

1,47. A politropikus kitevő az alábbi összefüggésből számítható:

34627501471

47111

,,*,

,n

npol =

−=η

−κκ

=−

és ebből n=1,743. A politropikus állapotváltozásra érvényes fajlagos sűrítési munkát a (4.2-13) összefüggésből lehet számítani az alábbiak szerint:

69107101336013563462

44161528138314 4260

=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛=,

pol ,,,*

,,*,L J/kg

A földgáz normálállapotra vonatkozó sűrűsége az általános gáztörvényből

számítható:

695,015,288*3,831444,16*101325

n ==ρ kg/m3

Végül a teljesítményigény a (4.2-17) összefüggésből a fentiek figyelembe

vételével a következő módon számítható:

662911000990750

69506335069107 ,*,*,

,*,/*qLP

mechpol

mpol ==ηη

= kW


200

4.2-2 Mintapélda: Határozza meg a 4.2-1 példa szerinti komprimálás során a földgáz felmelegedését izentrópikus állapotváltozás feltételezésével!

A izentropikus kitevő átlagértéke legyen 1,42. A hőmérsékletszámításhoz a (4.2-7) összefüggés használható.

65334013360135615281

39401

1

212 ,

,,*,

ppTT

,

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

κ−κ

K=61,5 oC

4.2-3 Mintapélda: Határozza meg a 4.2-1 példa szerinti komprimálás során a földgáz felmelegedését politropikus állapotváltozás feltételezésével!

A politropikus kitevőnek a 4.2-1 mintapéldában kapott értéke n=1,743. A hőmérsékletszámításra szolgáló (4.2-7) összefüggésben κ izentropikus kitevő helyére n politropikus kitevőt helyettesítve a számítás elvégezhető.

40339013360135615281

42601

1

212 ,

,,*,

pp

TT,

nn

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−

K=66,2 oC

A kompresszor jelleggörbéje és üzemelési tartománya A kompresszor gépegységek kiválasztásánál, és üzemeltetésénél is alapvető jelentősége van a kompresszor jelleggörbéjének. A jelleggörbét egy olyan speciális koordinátarendszerben szokás ábrázolni, amelynek abszcissza tengelyén a tömegáram, vagy a szívóoldali nyomásra és hőmérsékletre vonatkozó effektív gázáram van feltüntetve, ordinátatengelyén pedig a szállítómagasság, vagy a nyomásarány szerepel. Ez az ábrázolási mód azért előnyös, mert a kompresszor által előállított szállítómagasság csak a gép fordulatszámától és a beszívott q1 effektív térfogatáramtól függ. Emiatt elegendő egyetlen jelleggörbe-sereget felvenni, az használható különböző szívónyomások esetén is.

4.2-6 ábra Turbókompresszor jelleggörbéje

A 4.2-6 ábrán látható jelleggörbe különböző állandó fordulatszám esetén megadja a beszívott effektív gázáram és a nyomásarány közötti kapcsolatot. A fordulatszámot megadhatják abszolút nagyságával is, de gyakoribb, hogy a névleges


201

fordulatszám százalékában tüntetik fel. Annak érdekében, hogy a kompresszort a legkedvezőbb paraméterekkel lehessen üzemeltetni fel szokták tüntetni a hatásfok görbéket is.

Az állandó fordulatszámhoz tartozó görbék a kompresszor üzemeltetési tartományát is behatárolják. A munkapont nem eshet sem a maximális fordulatszám feletti, sem pedig a minimális fordulatszám alatti tartományba. Kis gázáramoknál a pumpálási határgörbe (surge line), nagy gázáramoknál pedig a falhatás (stone wall) vagy fojtási (choke) görbe határolja le. Ez utóbbi természetes korlátozás abból adódik, hogy a járókerék kilépési kerületén a gáz kiáramlási sebessége nem lépheti túl a hangsebességet. A jelleggörbén ez úgy jelenik meg, hogy az adott fordulatszámhoz tartozó Q-H görbe hirtelen zérusra csökken.

A pumpálási jelenség a centrifugál kompresszorok tipikus jelensége. Ha a hálózatban a gázigény lecsökken, a kompresszor által szállított gázmennyiség nagyobb része a nyomóoldali hálózatrészben (távvezetékben) akkumulálódik, és ennek hatására nő a kompresszor nyomóoldali nyomása. Az adott fordulatszámon azonban a kompresszor kimeneti nyomása csak a jelleggörbe maximális pontjáig tud emelkedni. Ezt követően alakul ki a pumpálási jelenség, ami rövid ciklusidejű oda- és visszaáramlással jár.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 50 100 150 200 250 300 350

Szívóoldali effektív gázáram [m3/min]

Szál

lítóm

agas

ság

[m]

4.2-7 ábra Pumpálási jelenség

A pumpálási jelenség közvetlen oka, hogy az egyre kisebb gázáramok mellett a járókerék külső kerületén egyre kisebb sebeséggel és egyre laposabb szögben lép ki a gáz. Ennek következtében egyre hosszabb utat tesz meg a diffúzorban, és egyre nagyobb lesz az áramlási nyomásveszteség ezen az áramlási úton. Végül olyan helyzet alakul ki, hogy a járókerékben a gáz belső energiájának a növekedése egyenlő lesz a diffúzorban létrejövő súrlódási energiaveszteséggel. A gáz áramlása leáll, visszaáramlás alakul ki, majd a másodperc törtrésze alatt ismét normál irányú áramlás alakul ki. A hirtelen irányváltással járó nyomáslengések károsítják a kompresszor érintett részeit. Minél nagyobb a gáz sűrűsége, a károsodás annál nagyobb mértékű.

A továbbiakban egy kompresszoron végzett mérési eredmények segítségével mutatjuk be a pumpálási jelenség hidraulikai jellegzetességeit. (McKee et al., 2000.).

A 4.2-7 ábrán a jelleggörbén különböző fordulatszámhoz tartozó Q-H görbék láthatók. A középső görbe vízszintes szakasza egyértelműen szemlélteti, hogy a pumpálás során a kompresszor gázárama átmenetileg zérus értékre csökkent.


202

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

Idő [s]

Ára

mlá

si s

ebes

ség

[m/s

]

4.2-8 ábra Sebességváltozás a kompresszoron belül pumpálási jelenség során

A 4.2-8 ábrán a kompresszoron belül az áramlási sebesség időbeni változása látható. Az abszcissza tengelyen egy osztásköz 2 s-nak felel meg, ami azt jelenti, hogy a folyamat során egészen rövid ciklusidejű hidraulikai lengések alakulnak ki. Az áramlási sebesség előjelváltása az áramlás irányváltására utal.

0

50

100

150

200

250

300

350

10:2

5:41

10:2

8:34

10:3

1:26

10:3

4:19

10:3

7:12

10:4

0:05

10:4

2:58

10:4

5:50

10:4

8:43

10:5

1:36

10:5

4:29

10:5

7:22

11:0

0:14

11:0

3:07

11:0

6:00

11:0

8:53

11:1

1:46

Idő

Szív

óold

ali e

ffekt

ív g

ázár

am [m

3 /min

]

4.2-9 ábra A kompresszor gázáramának a változása a pumpálási jelenség során

A 4.2-9 ábrán látható, hogy három esetben jelentősen lecsökkent a kompresszor gázárama, ami figyelembe véve a 4.2-7 ábra görbéit azt jelenti, hogy a kompresszor mindhárom esetben a pumpálási tartomány közelében üzemelt. A középső esetben bekövetkezett a pumpálás, és a gázáram zérus értékre csökkent. A pumpálás során kialakuló nyomáslengések a kompresszorra, illetve a kapcsolódó csővezetékekre nézve károsak és veszélyesek, ezért megfelelő védelemről kell gondoskodni.

A pumpálás elleni védelmet technikailag a 4.2-10 ábrán látható kapcsolással oldják meg. Egy kerülő vezetékkel összekötik a szívó- és nyomóvezetéket úgy, hgy abba egy szabályozó szelepet építenek be. A kompresszor vezérlő rendszere érzékeli a kompresszoron átáramló gázmennyiséget, illetve a szívó- és nyomóoldali nyomások különbségét. Ha a gázáram gyorsan csökken, és ezzel párhuzamosan a nyomáskülönbség nő, a vezérlő rendszer kinyitja a kerülő vezeték szabályozó szelepét és gázt szabályoz át a nyomóoldalról a szívóoldalra. Ilyen esetben a kompresszor a tényleges szállítás mellett bizonyos gázmennyiség körbeforgatását is végzi. Ez az


203

állapot hosszabb ideig nem tartható fenn, mert a földgáz túlmelegedését eredményezheti. Az üzemelő gépek számának a csökkentésével az előző állapot megszüntethető, és a kompresszor munkapontja kedvezőbb tartományba kerül.

4.2-10 A pumpálás elleni védelem

1 fő gázáram a szívóoldalon, 2 kompresszor, 3 fő gázáram a nyomóoldalon, 4 szabályozószelep, 5 vezérlőjel az irányítórendszer felől, 6 mérési adatok az irányítórendszer felé

A visszakeringető rendszernek a kompresszor indításakor is van szerepe. A meghajtó motor túlterhelésének elkerülése érdekében, fordulatszám felfutásakor a gázt zárt nyomóoldali szerelvény mellett keringetik és csak utána zárják a szívó- és nyomóoldalt összekötő vezeték szabályozó szelepét.

4.2-4 Mintapélda: Határozza meg a 4.2-1 példa szerinti kompresszor munkapontját a jelleggörbén!

A normálállapotra vonatkozó gázáramot az általános gáztörvény segítségével lehet a szívóoldali állapotra átszámítani:

5883911528892015281

01336013135000011

1

,*,,*,

,,

zTzT

pp

qqnn

nneff === m3/h

A szállítómagasság a (4.2-12) összefüggésből számítható:

7,7046807,9

69107g

LH pol

pol === m

Kompresszorok szabályozása Mivel a gázfogyasztási igények időben változnak, ezért a kompresszoroknál is lehetővé kell tenni a gázáram szabályozását. Az alkalmazható megoldások Bagdi nyomán a következők (Vida, 1991).

Fojtás a nyomóvezetékben. A centrifugálkompresszorok szállítása csökkenthető a nyomóvezetékbe épített többlet-ellenállás (fojtás) segítségével. Ilyen esetben a nyomóoldali távvezeték (vagy vezetékrendszer) áramlási ellenállásához hozzáadódik a fojtásból származó nyomásveszteség. A nyomóoldali távvezeték eredő szállítókapacitás görbéje így a 4.2-11/a ábrán látható módon meredekebb lesz. A módszer energetikailag nem előnyös, ezért csak ritkán, kényszerből alkalmazzák.

Fojtás a szívóvezetékben. A szívóvezetékben alkalmazott fojtás esetén a fojtószelep egy adott állásához egy szívó-jelleggörbe tartozik. A 4.2-11/b ábrának


204

megfelelően tételezzük fel, hogy fojtás nélkül a szívónyomás nagysága független volt a gázáramtól és ehhez tartozott egy kompresszor jelleggörbe (1-es görbék). Beépítve egy állandó keresztmetszetű fojtást a kompresszor szívócsonkja elé, a kompresszor szívónyomása a gázáramtól függő mértékben csökken. Mivel a kompresszor szállítómagassága egy adott tömegáramnál független a szívónyomástól, ezért a nyomásarány nem változik, a kisebb szívónyomáshoz szükségképpen meredekebb lefutású kompresszor jelleggörbe tartozik (2-es görbék). Ugyanakkora p2 nyomóoldali nyomáshoz tehát kisebb gázáram fog tartozni. A 4.2-11/b ábráról további két jellegzetesség olvasható le. Egyik jellegzetesség, hogy a kompresszor jelleggörbék egy pontból indulnak, mivel zárt nyomóoldali szerelvény esetén a szívóoldali fojtás esetén a pumpálás egyre kisebb gázáramoknál lép fel.

4.2-11 ábra Turbókompresszor szabályozási módjai

Fordulatszám szabályozás. Az előző fojtásos szabályozásoknál feltételeztük, hogy a kompresszor fordulatszáma állandó, vagyis a szállítómagasság és a gázáram között az adott fordulatszámhoz tartozó jelleggörbe adja meg a kapcsolatot. Ha változtatjuk a fordulatszámot, akkor az üzemeltetési tartományon belül tetszőleges munkapontot tudunk kialakítani. A 4.2-11/c ábrából látható, hogy ha a fordulatszámot úgy változtatjuk, hogy közben a tömegáram állandó, akkor a szállítómagasság, illetve a p0/p1 nyomásarány változik. Ha viszont a szállítómagasságot, és ezzel együtt a nyomásarányt akarjuk állandó értéken tartani, akkor a fordulatszám-változtatással a szállított mennyiség fog változni. Korszerű távvezetéki kompresszoroknál általában ez a szabályozási mód terjedt el.

Az egyéb szabályozási módok közül meg kell említeni a kompresszor áramlásrendező lapátjainak szögállítását, amely kedvezőbb, mint a fojtásos szabályozás, de technikailag nehéz a megvalósítása.


205

Kompresszorok kiválasztása A kompresszorok kiválasztása a tervezési fázis egyik legkritikusabb része. Ennek során meg kell határozni az alábbiakat:

• kompresszor gépegységek számát és egységteljesítményét, • a kompresszorfokozatok számát, • a meghajtómotorok teljesítményét. A kompresszor gépegységek számát és egység-teljesítményét elsősorban a

szállítási feladat határozza meg. A hidraulikai rendszerszimuláció segítségével megadhatók a kompresszorállomással szemben támasztott hidraulikai követelmények. Mindenekelőtt a szállítandó gázmennyiség, annak szezonális ingadozása és várható növekedési trendje. Ezekhez az adatokhoz járulnak a különböző hálózati kapcsolódásokból adódó üzemmód-igények, amelyek együttesen mennyiségi oldalról determinálják a gépegységek számát és egységteljesítményét. Mivel a távvezetéki kompresszorok bonyolult és kényes berendezések, ezért általános követelmény, hogy a gépek számánál egy meleg-, és egy hidegtartalékot vegyenek figyelembe.

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Effektív gázáram [m3/h]

Szál

lítóm

agas

ság

[m]

4.2-12 ábra Többgépes üzemmódok jelleggörbéje

A 4.2-12 ábrán látható a kompresszorállomás jelleggörbéje párhuzamosan üzemelő gépek esetén. A jelleggörbék átfedése azt jelenti, hogy a szállítási üzemállapotok elég széles tartományban eltérő gépegység számmal is megvalósíthatók. Az ábrából látható továbbá, hogy többgépes üzemállapot esetén a pumpálási jelenség a gépek számának csökkentésével kerülhető el.

A kompresszorfokozatok számát a nyomásfokozás tervezett legnagyobb mértéke határozza meg. Figyelembe kell venni, hogy a kiválasztáshoz rendelkezésre álló kompresszor-jelleggörbékről a szállítómagasságot, illetve a nyomásarányt lehet leolvasni. Egy adott nyomásarány azonban más-más nyomáskülönbséget fog jelenteni változó szívónyomás esetén. További szempont, hogy a kompresszorfokozatok száma befolyásolja a szállítható gázmennyiséget is. A két- vagy háromfokozatú kompresszor nagyobb arányú nyomásfokozásra képes, de a szállítható gázmennyiség a fokozatok számával arányosan csökken. Emiatt, ha a szállítási feladat nagyobb mértékű nyomásfokozást tesz szükségessé, egy-egy gép szállítókapacitása kisebb lesz, így több gépegységre van szükség egy adott gázmennyiség szállításához. A korszerű kompresszoroknál a fokozatok száma járókerék cserével változtatható.


206

Ha a szállítási feladat során csak a gázáram változik, de a szívóoldali nyomás közel állandó, akkor viszonylag egyszerű olyan kompresszoregységeket kiválasztani, amely a kompresszorállomás jó hatásfokú üzemeltetését teszi lehetővé. Nehezebb a feladat, ha jelentősen változhat a szívónyomás és a nyomásfokozási igény. Egy adott kompresszor ugyanis a névleges munkapont környezetében dolgozik jó hatásfokkal. Többfokozatú kompresszorral kis nyomásarányú, vagy egyfokozatú kompresszorral nagy nyomásarányú nyomásfokozás csak rossz hatásfokkal valósítható meg. Az előzőek miatt a kompresszorok kiválasztásánál a szállítási feladatot részletesen elemezni kell annak érdekében, hogy a kompresszorállomást hosszú távon is jó hatásfokkal, gazdaságosan lehessen üzemeltetni. Hasonló szempontokat kell figyelembe venni a meghajtó motorok kiválasztásánál is. Ha a meghajtó motor teljesítménye lényegesen nagyobb, mint a kompresszoré, a meghajtó motor tartósan rossz hatásfokkal fog üzemelni. Gázturbinák esetén ez jelentősen növeli a fűtőgázfelhasználást.

Távvezeték és kompresszorállomás együttműködése A hidraulikai tervezés és az üzemeltetés során egyaránt fontos, hogy a kompresszorállomás működését ne önmagában, hanem a kapcsolódó távvezetékekkel együttműködve vizsgálják. A szállított közeg összenyomhatóságából adódóan a hidraulikai paraméterek között nem-lineáris kapcsolat van, aminek ismerete nélkülözhetetlen előfeltétele a kompresszor gépegységek megfelelő illesztésének a rendszerhez.

A távvezeték és kompresszorállomás együttműködésének vizsgálata során abból a feltételezésből kell kiindulni, hogy a kompresszorállomás alapfeladata a szívóoldalhoz kapcsolódó távvezetékben kialakult nyomásveszteség pótlása. Ez a legegyszerűbb esetben azt jelenti, hogy a kompresszor kimenő nyomása egyenlő a szívóoldali távvezeték indítónyomásával. A feladatot bonyolítja, hogy adott nagyságú gázáram esetén a távvezeték nyomásvesztesége a Δp2=Kq2 összefüggéssel jellemezhető, ami különböző indítónyomások esetén eltérő nagyságú nyomáskülönbséget jelent. Kompresszorok esetén viszont adott nagyságú szállítómagasság eltérő nagyságú nyomásarányt jelent, amiből a szívóoldali nyomás ismeretében határozható meg a nyomó- és a szívóoldali nyomások különbsége. Az előzőek miatt távvezeték és kompresszorállomás hatékony együttműködése nem egyszerű feladat.

A továbbiakban egyszerű mintapélda segítségével követhető nyomon, hogy a legegyszerűbb szállítási feladathoz szükséges kompresszor-teljesítmény igény is nagyon széles tartományban változik a nyomás függvényében.

A vizsgált esetben egy adott „távvezeték-kompresszorállomás-távvezeték” szállítórendszernél három szállítási feladatra kell felkészülni. A kompresszorállomás szívóoldalához kapcsolódó távvezetékben az első szállítási feladat esetén Δp2=1200, a második esetben Δp2=1600, végül a harmadik esetben Δp2=1800 hidraulikai ellenállás alakul ki. Az egyes mintapéldákban a gázáram állandó, azaz a szállítási feladat rögzített. A számításoknál a politropikus hatásfok 75 %. A kompresszorállomás és a kapcsolódó távvezetékek együttműködését bemutató mintapélda azt szemlélteti, hogyan alakul egy adott szállítási feladatnál a kompresszorállomás nyomó- és szívónyomásaiból képezett nyomáskülönbség, nyomásarány és kompresszor-teljesítmény a távvezetékek indítónyomásának a függvényében.

A 4.2-13 ábrán látható, hogy a szívóoldali távvezeték indítónyomásának a csökkenésével egyre nagyobb nyomáskülönbség alakul ki a betáplálási pont és a


207

kompresszorállomás szívónyomása között, így a kompresszorállomásnak növekvő nyomásveszteséget kell kompenzálni.

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45

Csőtávvezeték indítónyomása [bar]

Nyo

más

külö

nbsé

g [b

ar]

Dp2=1800 Dp2=1600 Dp2=1200 4.2-13 ábra Adott szállítási feladat esetén a nyomáskülönbség változása

az indítónyomás függvényében

A 4.2-14 ábrán az előző mintapélda szerinti szállítási feladatok esetén a kompresszorállomás nyomó- és szívónyomásának a hányadosa, azaz a távvezeték súrlódási nyomásvesztesége miatt szükséges nyomásfokozás nyomásaránya látható. A nyomásarány az indítónyomás csökkenésével dinamikusan nő, ami felhívja a figyelmet a változások kedvezőtlen hatására.

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45


Nyo

más

arán

y

Dp2=1800 Dp2=1600 Dp2=1200 4.2-14 ábra Adott szállítási feladat esetén a nyomásarány változása


A 4.2-15 ábrán a nyomásfokozáshoz szükséges kompresszorteljesítmény nagyságának a változása látható az indítónyomás függvényében. Az ábra alapján fel kell figyelni arra a kedvezőtlen jelenségre, hogy az indítónyomásnak már néhány bar-os csökkenése a nyomásfokozáshoz szükséges kompresszorteljesítménynek 20-50 %-os növekedését eredményezi. Az indítónyomás 10-12 bar-os csökkenése pedig a kompresszormunka igényt közel megduplázza.


208

100%

125%

150%

175%

200%

225%

250%

275%

300%

325%

350%

60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45


Kom

pres

szor

telje

sítm

ény

válto

zása

Dp2=1800 Dp2=1600 Dp2=1200 4.2-15 ábra Adott szállítási feladathoz szükséges kompresszorteljesítmény változása


A három egyszerű mintapélda arra hívja fel a figyelmet, hogy a kompresszorállomások üzemeltetése kiemelten fontos kérdés. Adott szállítási feladat, azaz konstans gázáram esetén is jelentősen nőhet a kompresszorteljesítmény igény, a nyomástól függően. A mintapéldák alapján az is látható, hogy távvezeték és kompresszorállomás együttműködése nemlineáris hidraulikai feladatot jelent, amelyben a nyomás változásának a hatása nem látható be egyszerűen.

4.3 Földgázkeverő állomás

A különböző földgázmezőkből termelt földgáz összetétele és ennek következtében a fűtőértéke jelentősen eltérhet egymástól. Előadódhat olyan eset is, hogy valamely technológiai folyamatnál nagy pontosságú hőmérsékletszabályozásra van szükség, ami miatt a gáz összetétele és fűtőértéke nem változhat. Ha nem engedhető meg, vagy nem kívánatos az, hogy területenként más-más fűtőértékű gázt kapjanak a fogyasztók, akkor földgázkeverő állomást kell létesíteni, amelyen a fűtőértéket meghatározott értékre állítják be. A földgázkeverő állomás célszerű kialakítását de Vet és tsi. nyomán mutatjuk be (de Vet et al., l982).

4.3-1 ábra Keverőkör vázlata

A legegyszerűbb keverőkör a 4.3-1 ábrán látható módon egy áramlásszabályozó szelep segítségével alakítható ki. A szabályozási kritérium

Földgázkeverő állomás

209

matematikai formában történő felírásához három paraméterre vonatkozó mérleg-egyenletet kell felírni. A keveredési pontban teljesülni kell a be- és kilépő anyagáramok egyenlőségének, továbbá egyenlőnek kell lenni a be- és kilépő gázáramok energiatartalmának is.

A Wobbe-szám számításához a belépő, a kilépő és a kevert gázáram relatív sűrűségét is ismerni kell. Ezekre a jellemző paraméterekre az alábbi mérlegegyenletek írhatók fel:

321 qqq =+ (4.3-1)

3a32a21a1 HqHqHq =+ (4.3-2)

332211 rrr qqq ρ=ρ+ρ (4.3-3)

A fűtőértékből és a relatív sűrűségből meghatározható a földgázra jellemző Wobbe-szám

ri

aiWoi

HN

ρ= (4.3-4)

A keverési folyamat szabályozásánál előnyösen használható paraméter a fő- és szabályozott gázáram aránya, ezért célszrű az egyenletek felírásánál is figyelembe venni:

2

1

qqR = (4.3-5)

A (4.3-1), a (4.3-2) és (4.3-5) egyenletek felhasználásával a kevert gáz alsó hőértéke (fűtőértéke) az alábbi módon számítható:

a21a3a H1R

1H1R

RH+

++

= (4.3-6)

Ha a q2 gázáramot az alsó hőérték (fűtőérték) alapján szabályozzák, akkor a szabályozási kritérium a (4.3-1) és (4.3-2) egyenletek segítségével az alábbi formában írható fel:

31a2a

1a3a2 q

HHHHq

−−

= (4.3-7)

Amennyiben a keverési folyamat szabályozásához a fő- és szabályozott gázáram aránya szükséges, az az alábbi összefüggésből számítható:

1a3a

3a2a

2

1

HHHH

qq

−−

= (4.3-8)

A szabályozási feltétel lényegesen bonyolultabb lesz, ha a fő- és szabályozott gázáram arányát a Wobbe-szám függvényében kell megadni. Ebben az esetben a (4.3-2) keveredési egyenlet a (4.3-3) és (4.3-4) egyenletek felhasználásával írható fel.


210

Figyelembe kell venni, hogy a kevert gáz relatív sűrűsége nem adott paraméter, hanem az R érték függvénye:

2r1r3Wo32r2Wo21r1Wo1 1R1

1RRNqNqNq ρ

++ρ

+=ρ+ρ (4.3-9)

Ha a fő- és a szabályozott gázáram jellemzői ismertek, akkor R függvényében a kevert gáz Wobbe-száma az alábbi egyenlet segítségével számítható:

2r1r

2r2Wo1r1Wo

3Wo

1R1

1RR

N1R

1N1R

R

Nρ

++ρ

+

ρ+

+ρ+= (4.3-10)

Ha a keverés során meghatározott nagyságú Wobbe-számot kell biztosítani változó gázigény esetén, akkor a szabályozott gázáram abszolút nagysága az alábbi összefüggéssel számítható:

31r1Wo2r2Wo

1r1Wo2r1r3Wo

2 qNN

N1R

11R

RNq

ρ−ρ

ρ−ρ+

+ρ+= (4.3-11)

Végül ha meghatározott nagyságú Wobbe-számú keveréket kell előállítani adott paraméterű gázokból, akkor a fő- és szabályozott gázáram aránya az alábbi egyenletből számítható:

1r1Wo2r1r3Wo

2r1r3Wo2r2Wo

2

1

N1R

11R

RN

1R1

1RRNN

qqR

ρ−ρ+

+ρ+

ρ+

+ρ+

−ρ== (4.3-12)

A (4.3-12) egyenlet alkalmazásánál nehézséget jelent, hogy az R ismeretlen az egyenlet mindkét oldalán szerepel, emiatt értéke csak fokozatos közelítéssel határozható meg.

4.3-2 ábra Földgázkeverő állomás vázlata

A gáz keveredése történhet célberendezésben, leggyakrabban azonban magában a távvezetékben megy végbe. Az utóbbi megoldásnál gyakran alkalmaznak


211

megfelelően kialakított szűkületet a csővezetékben az áramlási sebesség növelése érdekében. Holland gázkeverési kísérletek azt mutatták, hogy ha a keveredési úthossz a csőátmérő 50-szerese, akkor a kevert gáz már megfelelően homogén összetételű. Tökéletes keveredéshez a csőátmérő 100-szorosának megfelelő keveredési úthossz szükséges (Hanna, 1982).

A keverő állomást a 4.3-2 ábrán látható módon úgy célszerű kialakítani, hogy ne csak egyetlen, hanem több kritérium szerinti szabályozásra is alkalmas legyen. A fűtőérték vagy a Wobbe-szám beállítása esetén azonban probléma a szabályozó szelephez kapcsolódó tényleges szabályozó kör kialakítása. A távvezetékeknél szokásos áramlási sebességek esetén a szabályozó szelep és a keveredési szakasz végpontján elhelyezett mérő közötti távolság megtételéhez az áramló gáznak nem elhanyagolható időre van szüksége. Visszacsatolás esetén ez a holtidő labilissá teheti a szabályozó kört. További gondot jelent, hogy Wobbe-szám mérés sem pillanatszerű.

Szükséges a műszer gyakori kalibrálása is, mivel a nullpont könnyen "elmászik". A szabályozó kör stabilitása megfelelő számítógépi szoftverrel biztosítható, amely az áramlási sebesség folyamatos számításával, valamint a mérési adatok megfelelő ideig történő tárolásával kiküszöböli a holtidők okozta problémát.

A 4.3-3 ábrán látható a hollandiai Assumburgnál lévő keverőállomás technológiai ábrája. Az állomásra 4 különböző összetételű és emiatt különböző Wobbe-számú földgáz érkezik. Első lépcsőben a Middelie-ből érkező kisebb, és a Balgzand-ból érkező nagyobb Wobbe-számú gázt keverik, majd ezt a kevert gázt egy második lépcsőben a groningeni földgázhoz keverik. Végeredményképpen a groningeni földgáz 43,7 MJ/m3-es Wobbe-száma 44,4 MJ/m3 értékre nő.

4.3-3 ábra A hollandiai Assumburgnál lévő keverőállomás vázlata

Az állomás másik részén a Balgzand-ból, Bergen-ből érkező nagy Wobbe-számú földgázok keverésére van lehetőség. Normális esetben a Bergenből érkező földgáz keverés nélkül áramlik tovább a Hoogovens melletti acélműhöz és más fogyasztókhoz. Ha azonban többlet gázigény jelentkezik valamelyik vezetéken, akkor a balgzandi és a bergeni távvezetékek között bármelyik irányba átszabályozható a földgáz. Ezek között a távvezetékek között megvalósítható a gázáramok arányának a


212

szabályozása is, ami azonban maga után vonhat megszorításokat Bergenben a termelésnél.

A 4.3-3 ábrán látható mérő- és szabályozó berendezések az ellenőrző és irányító számítógéphez csatlakoznak. Az állomás belépési és kilépési oldalán nyomást, hőmérsékletet és gázáramot, továbbá Wobbe-számot, relatív sűrűséget és CO2 tartalmat mérnek. A gázáramot és a sűrűséget közvetlenül a szabályozó szelepek előtt vagy után mérik. Az ábráról látható, hogy a kisebb Wobbe-számú middelie-i gáz szabályozására szolgáló szelepek áramlásszabályozók, a balgzandi és bergeni gázok keverőkörében pedig nyomásszabályozók vannak beépítve.

A hazai inert tartalmú földgázok hasznosítása céljából alakítottak ki keverőkört Szankon, Kardoskúton, Nagykanizsán, továbbá Kisújszálláson az inert gáz szállítására szolgáló gáztávvezeték kezdőpontjában.

4.3-1 Mintapélda: Határozza meg a fő- és a szabályozott gázáramok arányát az alábbi feltételek esetén!


A főgázáram gázának alsó hőértéke 10,91 MJ/m3 A szabályozott gázáram gázának alsó hőértéke 88,92 MJ/m3 A kevert gáz beállított alsó hőértéke 28,00 MJ/m3

A gázáramok keresett aránya a (4.3-8) egyenletből számítható:

57,391,1000,2800,2892,88

qq

2

1 =−−

=

4.3-2 Mintapélda: Mekkora a 4.3-1 mintapélda szerinti keverőkör esetén a szabályozott gázáram nagysága, ha a kevert gázzal 8 000 m3/h gázigényt elégítenek ki?

A keresett gázáram nagysága a (4.3-7) egyenletből számítható:

3,17528000* 91,1092,8891,1000,28q2 =

−−

= m3/h

4.3-3 Mintapélda: Mekkora a kevert gáz Wobbe-száma az adott paraméterek esetén?


A főgázáram gázának Wobbe-száma 10,82 MJ/m3 A főgázáram gázának relatív sűrűsége 1,24 A szabályozott gázáram gázának Wobbe-száma 78,02 MJ/m3 A szabályozott gázáram gázának relatív sűrűsége

1,53

A fő- és szabályozott gázáram aránya 2,1 A keresett Wobbe-szám a (4.3-10) egyenletből számítható:

677,011,2

1,21R

R=

+=

+


213

323,011,2

11R

1=

+=

+

=+

−=

53,1*323,024,1*677,053,102,78*323,024,182,10*677,0N 3Wo =34,01 MJ/m3


214

Irodalom Bagdi M. (1991): A földgáz sűrítése. Kompresszorállomások, Gáztechnikai kézikönyv (2. kiadás) IV. rész, 3.2 fejezet, Főszerkesztő Vida M. Műszaki Könyvkiadó, Budapest A.G.A. Transmission Measurement Committee Report No. 7., “Measurement of Gas by Turbine Meters”, 1984. Corban, I.-Thies, T.(1995): Planerische und praktische Aspekte des Gasverteilugsprozesses in regionalen Versorgungsnetz der Ruhrgas AG ÉTE-ETE-GE Nemzetközi Gázkonferencia, Szeged, Szeptember 11-14. Czibere, T. - Nyíri A.(1981): Áramlástani gépek I Tankönyvkiadó, Budapest Gravdahl, J.T.-Williems, F.-B.de Jager-Egeland,O. (2000): Modeling for surge control of centrifugal compressors: comparison with experiment Proceedings of 39th IEEE Conference on Decition and Control, Sydney, pp. 1341-1346, Vol. 2. Gravdahl, J.T.-Egeland,O. (1999): Compressor Surge and Rotating Stall Springer Verlag, London Berlin Hanlon, P.C. (editor)(2001): Compressor Handbook McGraw-Hill, New York Hanna, L.E.(1982): Blending of gas. Report of Committee C 15th World Gas Conference, Lausanne IGE/TD/9 Offtakes and Pressure-regulating Installations for inlet pressure between 7 and 70 bar The Insitution of Gas Engineers, Communication 1229, 1986. EN ISO 5167-2 (2003) Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full, Part 2: Orifice plates EN 12261 Gas meters – Turbine gas meters ISO 9951-1994. Measurement of gas flow in closed conduits - Turbine meters McKee,R.J.-Edlund,C.E. Pantermuehl,P.J. (2000): Development on an Active Surge Control System GMRC Technical Report No. TR 00-3, www.gmrg.org , 2002. Szerényi B.-Bogoly S.(1995): Gázátadó állomások üzemeltetési tapasztalatai ÉTE-ETE-GE Nemzetközi Gázkonferencia, Szeged, Szeptember 11-14. de Vet, C.H.G. et al.(1982): Blending of natural gases having different Wobbe-indices by means of computerised systems, IGU/C3-82, 15th World Gas Conference, Lausanne

Előkészítő munkák

215

5 Csőtávvezetékek kivitelezése

5.1 Előkészítő munkák

A csőtávvezetékek kivitelezésének munkafázisait Ferenczi és Zábrák nyomán ismertetjük (Vida, 1991).

A szállítóvezeték építése általában a következő technológiai részműveletekből áll:

• nyomvonal-előkészítés, • csőszállítás közbenső depóniába és nyomvonalra, • depóhegesztés, • vonali hegesztés, • csőhajlítás, • vonali árokásás, • szigetelés fektetés, • takarás-tereprendezés, • út-vasút keresztezés, • kisvizes és nagyvizes műtárgyak építése, • csővezeték belső tisztítása, • vonali szerelvényezés, • állomások szerelése, • nyomáspróba, • magas- és mélyépítési munkák vonalon és állomásoknál, • katódvédelem és erősáramú ellátás kiépítése, • hírközlés kiépítése. Az előzőek szerinti munkafázisok, és azok kapcsolódása az 5.1-1 ábrán

látható. A nyomvonal-előkészítés az alábbi részfeladatokra bontható:

- a nyomvonalkitűzés pontosítása, - az állandósított pontok helyreállítása, - a munkasáv középvonalának és széleinek kikarózása, - az építési sáv megtisztítása bokroktól, fáktól, tuskóktól, - a munkasáv egyengetése, - a munkasáv megközelítésére szolgáló ideiglenes utak és átkelőhelyek

építése. Vizenyős, mocsaras területeken ki kell szárítani a munkasávot és a

megközelítő utakat, továbbá javítani kell a talaj teherviselő képességének. Hegyes, dombos vidéken el kell távolítani a munkasávban elhelyezkedő és omlásveszélyt jelentő köveket, a beomlás elleni ideiglenes védműveket kell építeni, és 8o-nál nagyobb harántdőlésű lejtőkön teraszokat kell kialakítani.

Az előkészítés során a hazai gyakorlatban 20 m széles sávot tesznek járhatóvá az építőgépek számára. A munkasávban olyan minőségű felületet kell kialakítani, amely biztosítja a gumikerekes és lánctalpas járművek áthaladását és a feltételt ahhoz, hogy csőfektetéskor a gépek billegése miatt ne legyen csőtúlterhelés. Mocsaras vonalszakaszokon a nyomvonal egyengetést feltöltéssel végzik.

CSŐTÁVVEZETÉKEK KIVITELEZÉSE

216

5.1-1 ábra A csőtávvezeték létesítésének fázisai

1 nyomvonal kitűzés, 2 munkasáv kialakítása, 3talajegyengetés, 4 csőszállítás nyomvonalra, 5 vonali csőhajlítás, 6 hegesztés 7 árokásás, 8 árokba helyezés, 9 visszatöltés, 10 tereprendezés, 11 környezeti állapot visszaállítása


217

Szükség esetén összekötő utakat kell építeni a munkasáv és a közutak között annak érdekében, hogy a vasúti fogadóállomásról a nyomvonalra történő szállítást az időjárástól függetlenül, folyamatosan lehessen végezni. Az ilyen szerviz-utak hosszát és számát gazdaságossági számítással kell meghatározni.

A beépítésre kerülő csövek szállítása a vasúti fogadóállomástól a beépítés helyéig történhet közvetlenül, vagy közbenső tárolással. A csövek kirakását a vagonból vagy csőszállító gépkocsiról autódaruval, oldaldarus traktorral vagy villás emelőgéppel végzik. Ha szükséges a csövek tárolása, akkor ún. csőrakatokat alakítanak ki. DN 350, vagy annál nagyobb névleges átmérőjű csövekből egy csőrakatba legfeljebb 3 sor rakható. A csőrakatokat célszerű úgy elkészíteni, hogy a csövek egyik vége egy síkban legyen. Ez megkönnyíti a csövek számlálását és áttekintését. A csőrakatok közötti távolság legalább 3 m legyen.

5.1-2 ábra Speciális csőszállító gépkocsi

A csőszakaszok szállítását az 5.1-2 ábrán látható speciális gépkocsival végzik. A csőszállító gépkocsi rakodásánál ügyelni kell arra, hogy a csőszakaszok a vontató forgózsámolyára a csővégtől számított 1...3 m-re feküdjenek fel. Az utánfutó forgózsámolyára a felfekvés a csővégtől nagyobb távolságra is lehet. Szállítás közben a csőszakaszban akkor ébred a legkisebb feszültség, ha az alátámasztás a csővégtől 0,207·L távolságra van. Az ily módon alátámasztott csőszakaszok legnagyobb szállítható hossza

( )α

σ−=

o

4i

4o

dG218,0ddL (5.1-1)

ahol do a cső külső átmérője [m], di a cső belső átmérője [m], σ a megengedhető feszültség, amely elérheti a folyáshatár 85...90 %-át [N/m2], G a cső súlyából adódó megoszló terhelés [N/m], α pedig a dinamikai együttható, amellyel figyelembe lehet venni a váratlan terheléseket. α értéke a biztonság szem előtt tartásával 2-re vehető.

A csőszakaszok nyomvonalra szállításakor gazdaságossági követelmény a legrövidebb szállítási útvonal kiválasztása. Egy célszerű számítási eljárás az átlagos szállítási távolságot az ún. szállítási nyomatékok összegének és a nyomvonal össz-hosszának hányadosaként értelmezi. A gyártótól érkező csöveket és egyéb szerelvényeket közvetlenül nem a nyomvonalra, hanem a közelben, alkalmas helyen kialakított bázistelepekre szállítják, és onnam végzik a kiszállítást a munkaterületre.


218

CA

BD

a b c d

L3C L3D

L1 L2 L3

L1A L1B L2B L2C

5.1-3. ábra Szállítástervezés

Az 5.1-3 ábrán látható esetben az A, B, C, D fogadóállomásokat és a csővezeték nyomvonalát összekötő legrövidebb utak hossza rendre a,b,c és d. Az utak egymástól mért távolsága pedig L1, L2 és L3. Az A és B fogadóállomások (bázisok) közötti l1 hosszúságú nyomvonalszakasz kiszolgálási határát az alábbi összefüggéssel lehet számítani.

aLba

L A −++

=2

11 (5.1-2)

és

bLba

L B −++

=2

11 (5.1-3)

A teljes nyomvonalra vonatkozó átlagos csőszállítási távolság

321

D3C3C2B2B1A1a LLL

MMMMMML++

+++++= (5.1-4)

ahol M az egyes ellátási körzetek súlyozott átlagos szállításait jelenti. Az A bázistelepről az L1A nyomvonalszakaszra történő szállítás során az átlagos szállítási távolság (a+ L1A/2), ezt az értéket kell súlyozni az ellátott nyomvonalszakasz L1A hosszával, vagyis

A1A1

A1 L2

LaM ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ += (5.1-5)

Hasonlóan számíthatók a többi bázistelephez tartozó súlyok.

Árokásás Az árokásást merevkaros, hidraulikus vagy dobóvedres kotrógépekkel és forgókerekes árokásókkal végzik. A munkaterület előkészítése során kijelölik az árok középvonalát és széleit, a földgerenda lerakási helyét. Több gép egyidejű alkalmazása esetén, minden gép részére kijelölik a kiemelendő árok hosszát.

A kotrógépek az árok tervezett középvonalában haladnak, vagy attól kismértékben a földgerenda felé eltolva. Az árok felső részéből kiemelt földet a földgerenda távolabbi pontjára helyezik. A földet csak az árok egyik oldalára


219

helyezik. A földgerenda legkisebb távolsága az árok szélétől 0,5 m. A földvisszahullás elkerülése érdekében, a földgerenda méreteit a lazított talaj természetes rézsűszögéből kiindulva határozzák meg. A kotrógépes ároknyitás és földgerenda-kialakítás vázlata az 5.1-4 ábrán látható.

5.1-4 ábra Kotrógépes ároknyitás

A merevkaros hidraulikus gépeket állékony talajokban használják. E gépek nagy előnye, hogy a meredek falú árkokat is képesek nyitni, csökkentve a kitermelendő föld mennyiségét. A dobóvedres kotrókat homokos, vizenyős talajon alkalmazzák. E géptipus előnye elsősorban az, hogy víz alóli földkitermelést is tud végezni.

A felszíni és talajvizes területeken az ároknyitást a mélypontokon célszerű elkezdeni a víz lefolyás érdekében. Ezeken a helyeken a földgerendát úgy alakítják ki, hogy az árok felső részéből kitermelt talajt helyezik az árok széléhez közelebb, a mélyebb részéről kiszedett talajt pedig távolabb.

A kotrógépek munkaciklusidejének lerövidítése érdekében a gépeket úgy kell beállítani, hogy forgásszögük a legkisebb legyen, és az ürítést forgás közben tudják elvégezni.

Az 5.1-5 ábrán látható forgókerekes árokásók állékony, száraz és fagyott talajok esetén alkalmazhatók. A gép az árok középvonalán halad. Indítás után fokozatosan lesüllyeszti a forgókerék tartókeretét a szükséges mélységre és elkezdi a haladó mozgást. A gép a talajt vékony rétegekben fejti alulról felfelé, az ürítést a forgókerék felső pontján végzi a középpont felé. A föld keresztirányú kiszállítását az ürítési pont alatt elhelyezett szállítószalag végzi.


220

5.1-5. ábra Forgókerekes árokásó

A forgókerekes árokásó gép általában függőleges falú árkot nyit. Kevésbé állékony talajokban, vagy amikor az ároknyitás időben jelentősen megelőzi a szigetelést, a gép rézsűs árkot nyit. A rézsű nagysága legalább 1:0,3.

Vonali csőhajlítás A szállítóvezeték azon szakaszaiba, amelyekben a szállítóvezeték tisztításra szolgáló szerszám áthaladhat, 20 D vagy annál nagyobb sugarú csőívet kell beépíteni. A csőívek hideg hajlítását hajlítógéppel kell végezni. R > 40 D hajlítású sugár esetén, hideghajlítással előállított íveket is lehet használni a következő kritériumok betartásával:

• redőzött, horpadt csőív nem építhető be, • a csőív ovalitása nem haladhatja meg a 4%-ot, • a DN > 300 mm átmérőjű csövek hajlításánál az átmérőre eső ívcső

hosszon a hajlítási szög max. 1,5° lehet, • az alkotó mentén hegesztett cső hajlításánál a hosszvarrat, a húzási

zónában 45°-os helyzetben legyen. A vonali csőhajlító gép az 5.1-6 ábrán látható.

5.1-6 ábra Vonali csőhajlító gép

A hajlítást a következő technológiai lépésben végzik. A cső végétől 1500 mm-t felmérnek, majd ettől a ponttól kezdődően 300 mm-es osztásokat jelölnek fel. A csövet ezután oldaldarus traktorral helyezik a gépbe úgy, hogy a cső a gép alsó támaszaira feküdjön fel. Alkotó mentén hegesztett csöveken a varrat a semleges szálban helyezkedjen el. A hajlítás előtt horpadásgátló betétet helyeznek a csőbe. A hajlítást hidraulikus munkahengerek végzik a kívánt ívsugár eléréséig. Ezután a bejelölt osztásnak megfelelően 300 mm-t előtolják a csövet a gép csörlőjével, ügyelve arra, hogy a horpadásgátló készülék a hajlítópofával szemben maradjon. A hajlítás a

Csőhegesztés

221

csődarabnak csak a középső részén végezhető, mindkét végén 100 mm egyenes szakaszt kell hagyni. A cső szabad végét oldaldarus traktorral tartják.

Az ív pontossága nagymértékben függ a cső anyagától és falvastagságától. A visszarúgás mértéke anyagminőségenként és gyártókként változik, ezért minden új méretű és anyagminőségű csőnél kísérleti hajlításokkal célszerű beállítani a kívánt pontosságot. A hajlításhoz speciális szögmérőt használnak.

5.2 Csőhegesztés

Depóhegesztés A depóhegesztés célja a hegesztési munkák gépesítésének és ütemének fokozása. Az így készített varratok élő- és holtmunkahatékonysága 1,5...2-szerese a vonalhegesztésnek.

Az alkalmazásnak két alapvető feltétele van: • a csövek a vonalépítés megkezdése előtt rendelkezésre álljanak, • a nagy hosszúságú - 24 m és hosszabb - csőszakaszok szállítása közutakon

vagy munkasávban megoldható legyen. A depóhegesztő egységek általános jellemzője, hogy 300...1400 mm átmérőjű,

7...20 mm falvastagságú, 24...28 m hosszúságú csőszakaszok hegesztésére alkalmasak. Teljesítményük 30...45 varrat/10 h. A bázisokon varratvizsgáló laboratóriumok üzemelnek, és a következő technológiai fázisok különíthetők el:

• csőszálak belsejének tisztítása 5...6 mm vastag, a cső belső átmérőjénél 20 mm-rel kisebb átmérőjű nyeles acélkoronggal,

• csővégek ellenőrzése és javítása hidraulikus csővégkinyomó szerkezettel vagy kalapáccsal. Az ovalitás megengedett tűrése az átmérő 0,5 %-a.

• csővégek tisztítása kézi köszörűre szerelt drótkoronggal fémtiszta állapotig. A csővégek rézselési szöge 30o+5o, az élszalag mérete 1,6...0,8 mm. Az élszalag benyomódásait köszörüléssel távolítják el.

A csővégek előmelegítését a következő esetekben kell elvégezni: • a környezeti hőmérséklet + 5 oC alatti, • X52 vagy annál nagyobb szakítószilárdságú csöveket hegesztenek, • 12 mm-nél nagyobb falvastagságú csöveket hegesztenek. 10 mm falvastagságig az előmelegített csővég hőmérséklete legalább 100 oC.

12 mm-nél nagyobb falvastagságú csövek előmelegítési hőmérsékletét a csőanyag összetételétől függően kell megállapítani.

5.2-1. ábra Gázüzemű előmelegítő

1 biztonsági gázszelep; 2 gyújtóégő gázvezetéke; 3 fúvóka; 4 konfúzor. 5 gyújtóégő; 6 lángstabilizáló fej; 7 hőálló kúp; 8 pajzskerék; 9 pajzslemez; 10 védőburkolat


222

Az előmelegítést az 5.2-1 ábrán látható pébé-üzemű előmelegítő berendezéssel végzik. A csővég hőmérsékletét tapintóhőmérővel vagy hőkrétával ellenőrzik. Az előmelegítés befejezése és a hegesztés megkezdése között legfeljebb 5 perc telhet el.

5.2-2 ábra Kézi hidraulikus csővégillesztő

Csővégek illesztését önjáró pneumatikus vagy hidraulikus belső illesztővel vagy az 5.2-2 ábrán látható kézi hidraulikus külső illesztővel végzik. Az illesztési hézag a cső kerülete mentén egyenletes legyen. A hézag mérete a cső falvastagságától függően változó:

falvastagság, mm <6 6...9 >10 illesztési hézag, mm 1 1,5 2 Az illesztett csövek egytengelyűségét a cső gyártási tűrésén belül kell

biztosítani.

a/

b/ 5.2-3 ábra Gyökvarrat készítés irányai

a/ két fő esetén, b/ három fő esetén

A gyökvarratot cellulóz bevonatú pálcával - a cső méretétől függően - egyidejűleg 1...3 hegesztő készíti, az 5.2-3 ábrán látható irányokba. A belső illesztő eltávolítása és a cső mozgatása csak a teljes gyökvarrat elkészítése után megengedett. Külső illesztő alkalmazása esetén 40...50 mm hosszúságú fűzővarratokat kell készíteni, 20...30 s távolságra, ahol s a cső falvastagsága mm-ben. A fűzővarratok készítésének paraméterei a gyökvarratéval azonosak.

A varrat tisztítását a gyökvarrat elkészítése után azonnal elvégzik. Kéziköszörűre szerelt csiszolókoronggal fémtisztára csiszolják a varrat felületét. A feltárt hegesztési hibákat (repedések, zárványok, pórusok) kijavítják.

Második sor (hot pass) készítését egyidejűleg 2 fő hegesztő végzi. A második sor készítését legkésőbb a gyökvarrat elkészültétől számított 10 percen belül meg kell kezdeni.

Csőhegesztés

223

Az előkészített csőszakaszt felemelik vagy gurítják a forgatóállványra, ahol a csővéget lefogják a forgatóberendezés tokmányába. A hegesztőhuzal vége és a gyökvarrat között 5 mm hézag biztosítása ajánlott. A hegesztés során az alábbi paramétereket állítják be:

Varratsor Áramerősség Feszültség Forgási sebesség [A] [V] [m/h]

Első 300...350 30...35 35...38 Második 400...450 35...40 34...37 Harmadik 500...550 40...45 33...36 Negyedik 550...600 45...50 32...35

A paraméterek átállítását a sorok befejezése után menet közben végzik. A

fedőporból képződött salakot folyamatosan távolítják el. A kész varrat méretei az 5.2-4 ábrán láthatók.

s a b c d m g [mm]

4 15 8..10 3 1 1 6 6 15 10..13 3 1 1 6 8 15 13..15 3 1 1 6

10 15 15..16 3 1 1 6 12 2 19..25 4 2 2 8 14 2 21..25 4 2 2 8 18 2 26..30 4 2 2 8 22 2 30..35 4 2 2 8

5.2-4 ábra A keresztvarrat méretei

A varrat elkészítése után a hegesztőfejet a csőszakaszról leveszik, majd a varratot drótkoronggal megtisztítják a salaktól, és korróziógátló festékkel 50 mm szélességben lefestik. Elvégzik a radiológiai vizsgálatot, és kézi ívhegesztéssel kijavítják a hibás varratokat.

A hegesztési munkát és minőségét a szállítóvezeték építése közben rendszeresen ellenőrizni kell. A hegesztési varratok vizsgálatát csak erre jogosult szervezet végezheti.

Az ellenőrzésnek ki kell terjednie az alábbiakra: • a hegesztés technológiai előírások szerinti munkavégzésre, • minden varrat szemrevételezéssel történő ellenőrzésére, • a varratok roncsolásmentes vizsgálatára. Roncsolásmentes vizsgálatként elsősorban radiográfiai, ultrahangos,

esetenként (kisebb mint DN 50 névleges átmérő vezeték, szilárdsági nyomáspróbával nem ellenőrzött varratok esetén) felületi repedés vizsgálatot kell érteni.

A szállító vezeték hegesztési varratainak 100%-át roncsolásmentes vizsgálattal ellenőrizni kell a következő esetekben:

• ha a szállított közeg gáznemű, • ha a szállított közeg veszélyessége ezt indokolja, • a műtárgykeresztezéseknél és belterületi szakaszokon, a kiviteli tervekben

előírt helyeken, de legalább a műtárgykeresztezéssel érintett szakaszon és annak végeitől számított 30-30 méterig,

• a szállítóvezeték munkaárokban készített hegesztési varratait,


224

• a javított hegesztési varratokat, • a szállítóvezeték földfelszín felett üzemelő szakaszainak hegesztési

varratait, • a szilárdsági nyomáspróbával nem ellenőrzött hegesztési varratokat, • az állomások területén lévő hegesztési varratokat. A szállítóvezeték előzőekben fel nem sorolt varratainak legalább 15%-át,

roncsolásmentes varratvizsgálattal ellenőrizni kell a következők figyelembevételével: • minden elkészített 100 darab varratból az építtető műszaki ellenőrének

szúrópróbaszerű kijelölése alapján 15 darabot roncsolásmentesen vizsgálni kell,

• a vizsgált 15 darab varratból legfeljebb 1 lehet hibás, javítható minősítésű, • ha az első pontban kijelölt és megvizsgált varratokból 2 darab hibás, akkor

a soron következő 200 darab varratból 30 darabot kell megvizsgálni és ezekből csak 2 darab lehet hibás,

• ha a második pontban vizsgált 15 darab varratból 3 darab, vagy ennél több varrat hibás, vagy 1 darab kivágandó minősítésű, akkor a varratok 100%-át roncsolásmentes vizsgálatnak kell alávetni egészen addig, amíg a hibás varratok száma 100 darabra vonatkoztatva nem csökken 6% alá,

• ha a harmadik pont előírásai szerint 300 darab varrat 45 darab megvizsgált varratából 4 darabnál több hibás, javítható minősítésű varrat található, akkor értelemszerűen a negyedik pont előírásai szerint kell eljárni.

Az előírt minőséget nem kielégítő hegesztési varratokat ki kell javítani, vagy újra kell készíteni. Hibás varratszakaszt legfeljebb két esetben szabad javítani. Ha az ismételt javítás után a minőség nem megfelelő, úgy az egész varratot ki kell vágni és egy új csődarab behegesztésével kell pótolni. A kijavított hegesztési varratot szemrevételezéssel és roncsolásmentes vizsgálatokkal ismételten vizsgálni szükséges.

Az előírt vizsgálatok megtörténtét és a vizsgálatok eredményeit jegyzőkönyvben kell rögzíteni.

Vonali hegesztés A csőtávvezeték építés színvonalának legfontosabb jellemzője a vonali hegesztés minősége és sebessége. Napjainkban a gépesítés magas foka ellenére a kézi ívhegesztést világszerte alkalmazzák. A kézi hegesztési technológiánál mind a sebességet, mind pedig a minőséget alapvetően a munkaszervezés határozza meg. A hegesztőcsoportok belső szervezésére 3 módszer javasolt.

Elemi módszer. A fej feletti vonali hegesztést végző csoportot két egységre osztják. Az első egység a gyököt hegeszti, a második egység a többi varratsort. Az elemi módszerben általában két hegesztő dolgozik párban a gyöksor készítésekor, a másik kettő vagy három pár hegesztő befejezi a saját varratát a második sortól kezdve.

Csoportos futószalag módszer. Az elemi módszernél tökéletesebb munkaszervezés. A csoportot több részre osztják. Alkalmazásával létrejönnek a feltételek a hegesztők számának növeléséhez. Így a gyököt készítők száma 4 főre növelhető.

A hegesztők összlétszáma a csoportban nagy csőátmérők esetén elérheti a 30 főt, esetenként ennél több is lehet. A módszer lényege, hogy minden részegység (2...4 fő hegesztő) csak egy varratsort készít. Az első sor hegesztésekor 2...4 fő, a következő soroknál 2...3 fő hegesztő dolgozik. 11...12 mm falvastagságú csövek cellulóz elektródával való hegesztésekor a gyökölőpáron kívül 6 pár hegesztő dolgozik. Ekkor

Csőhegesztés

225

a hegesztett sorok száma 6...8. Bázikus pálcákkal való hegesztéskor a gyökölőn kívül 2...4 pár hegesztő dolgozik.

Osztott futószalag módszer. A vonali hegesztés további mélyebb bontását teszi lehetővé. A módszer lényege, hogy minden hegesztő részegység - általában hegesztő pár - a varrat minden sorának csak egy meghatározott szakaszát hegeszti. Minden hegesztő pár részt vesz minden varrat hegesztésében. A módszer fontos jellemzője a hegesztők munkájának maximális specializálása.

Az osztott futószalag módszer egyik nagy előnye a csoportos futószalag módszerrel szemben, hogy szükségtelenné válik a hegesztési paraméterek szabályozása. Az egyes hegesztési helyzetek - vízszintes, függőleges, fej feletti - optimális hegesztési paraméterei, amelyeknél a maximális teljesítményt és a legjobb varratidőket érik el, lényegesen különböznek. Ez különösen a bázikus bevonatú pálcákkal végbemenő hegesztéskor tapasztalható. Az osztott futószalag módszer lényeges hiányossága a segédidők arányának növekedése, a varrattól-varratig vonulás számának növekedése miatt.

A hazai gyakorlatban a csoportos futószalag rendszerű módszerekkel kialakított nagycsoportos hegesztési egységet alkalmazzák. Ennek műveletbontása DN 300 és DN 400 névleges átmérőjű vezetékre az 5.2-5 ábrán látható.

5.2-5 ábra Futószalag rendszerű technológia

Az oldaldarus traktorok a csőszálak emelésére, mozgatására, a hegesztő traktorok a hegesztési művelet gépi támogatására szolgálnak. Fontos kiegészítő egység a belső csővégillesztő és a vontató traktor. A hegesztő traktorokra szerelhető hegesztő sátor az időjárás elleni védelmet szolgálja.

A gyökvarrat és a második sor készítésének paraméterei megegyeznek a depóhegesztésben leírtakkal. A kitöltő- vagy fedővarratot felülről-lefelé 1 vagy 2 fő hegeszti. A fedővarratot az áramerősségek alsó határain kell hegeszteni. A kész varrat mérete megegyezik az 5.2-5 ábrán látható méretekkel.

A vonali automata hegesztés lényegében olyan osztott futószalag módszerrel szervezett egységgel végezhető, amelyben a hegesztőket automatikusan vezérelt argon és szén-dioxid védőgázos hegesztőgépek helyettesítik. A technológiát megvalósító gépegység a következő részekből áll.

Az 5.2-6 és 5.2-7 ábrán vonali hegesztés előtt a csővégillesztés munkafázisa látható belső csővégillesztővel.


226

5.2-6 ábra Csővégillesztés belső illesztővel

(Forrás: www.zgg.de, 2002)

5.2-7 ábra Csővégillesztő

(Forrás: http://www.prolinepipeequipment.com/, 2004)

Csővégillesztő, gyökvarrat- és második sor hegesztő egység, hagyományos oldaldarus traktorból, speciálisan kialakított belső illesztő-hegesztő berendezésből, automata hegesztőfejekből és önjáró négymunkahelyes hegesztő traktorokból áll.

A kitöltő- és fedővarrat-készítő egység négymunkahelyes hegesztő trakto-rokból és automata külső hegesztőfejekből áll. Elvégzi a kitöltő- és a takarósorok készítését.

Az 5.2-8 ábrán láthatók a szabványos csővég profilok, és a különböző profilra megmunkált csővégek illesztésének néhány lehetséges esete. Speciális esetben szükséges lehet eltérő falvastagságú csőszakaszok hegesztésére is, ennek lehetséges módjaira mutat mintát az 5.2-9 ábra.

Csőhegesztés

227

5.2-8 ábra Lehetséges csővég profilok és illesztések (Forrás: ASME B31.8 – 1999 Edition)

5.2-9 ábra Hegesztési varrat eltérő falvastagság esetén

(Forrás: ASME B31.8 – 1999 Edition)

A szállítóvezeték valamennyi varratát 100 %-os mértékben roncsolásmentes és regisztrálható vizsgálati módszerrel kell ellenőrizni és dokumentálni.

5.2-10 ábra Csővég megmunkáló berendezés

(Forrás: http://www.prolinepipeequipment.com/, 2004)


228

Az 5.2-10 ábrán látható csővég megmunkáló berendezés egyik része a csőbe illesztve központosítja a berendezést, majd a motorral megforgatott tárcsán lévő vágókések a csővéget a beállított profilra alakítják ki.

5.3 Csőfektetés

Szigetelő bevonat készítése A korábbi évtizedekben a szigetelő bevonatot a helyszínen polietilén vagy PVC alap- és védőfólia felragasztásával készítették el. Napjainkban előnyben részesítik a gyárilag szigetelt csöveket, amelynél csak a körvarratok környezetében kell a szigetelő bevonatot elkészíteni.

5.3-1 ábra Gyári bevonatos csőszakasz (Forrás: www.eupec-pipecoatings.com, 2004)

Az 5.3-1 ábrán látható gyári bevonat egy- vagy többrétegű lehet. A bevonattal szemben támasztott követelmény, hogy nagy legyen az elektromos ellenállása, és kicsi a vízáteresztő képessége. Ha többrétegű bevonat esetén a külső réteg kopásálló, akkor a csővezetéket nem szükséges homokágyra fektetni.

5.3-2 ábra Oldaldarus traktorok felállítása csőtávvezeték beemelésekor

Névleges Távolságok [m] átmérő A B C D E F G H

100 25 20 - - - - 3 30 200 25 20 - - - - 3 30 300 25 20 - - - - 3 30 400 35 25 - - - - 3 41 500 35 25 25 - - - 3 41 600 35 25 25 - - - 3 41 700 45 28 23 10 - - 3 58 800 45 28 23 10 - - 3 58 900 45 28 23 10 - - 3 58

1000 50 33 33 12 - - 4 70 1100 50 33 33 12 - - 4 70 1220 50 35 35 15 15 - 5 70 1420 55 40 40 40 40 40 5 75

Csőfektetés

229

Az összehegesztett, és szigetelő bevonattal ellátott csővezetéket oldaldarus traktorokkal a 5.3-2 ábrának megfelelően helyezik az árokba. Az oldaldarus traktorok száma, és egymáshoz viszonyított távolsága a csőszerkezet fajlagos súlyától függ.

5.3-3 ábra Csőfektetés a Yamal távvezeték lengyelországi szakaszán

(Forrás: www.europolgaz.com.pl, 2003)

Takarás, tereprendezés A csőárok takarását közvetlenül a cső fektetése után végzik. A takaráshoz általában földtolókat, különleges esetekben hidraulikus vagy dobóvedres markológépeket használnak. Az utóbbiak az árok földgerendával szembeni oldalán mozognak. Az utóbbi években forgódobos ároktakaró gépekkel is végeznek takarást.

5.3-4 ábra Földtoló mozgása ároktakaráskor

A takarási módok a földtoló mozgása szerint jellemezhetők. Négy mozgástípus különböztethető meg, amelyek az 5.3-4 ábrán láthatók:

• merőleges, • haránt-párhuzamos, • haránt-keresztirányú,


230

• kombinált. A merőleges mozgást akkor használják, ha a munkasáv szélessége lehetővé

teszi a földtoló ároktengelyre merőleges beállítását a földgerenda mögé. Előnye, hogy a földtoló a lehetséges legrövidebb úton halad. Előremenetben az árkot takarja, visszaáll kiindulási helyére, elvégzi az oldalazó mozgást és új munkamenetet kezd.

Keskeny munkasáv esetén az ároktakarás lecélszerűbb módszere a haránt-párhuzamos és haránt-keresztirányú mozgás. Ekkor a földtoló hossztengelye az árok tengelyével 45...60 o-ot zár be. Az út hosszabbodása miatt a takarási teljesítmény csökken.

Hatékonyabb takarást eredményez a kombinált mozgás. Ennek ciklusa két menetből áll; először haránt-párhuzamos, utána merőleges. A takarási teljesítmény nagyobb, mint a harántpárhuzamos mozgásnál, az út középértékének csökkenéséből adódóan. Javul a gép takarási teljesítménye azért is, mert a második, merőleges mozgás során a földmozgatás feltételei könnyebbek. E módszer lehetővé teszi tömörödött, és legfeljebb 0,3 m mélységig átfagyott talajok mozgatását is.

Kis keresztmetszetű (0,5 ... 0,8 m2) árok takarása végezhető a földtoló ároktengelyre párhuzamos mozgásával az 5.3-5 ábrán látható módon. A szigetelés megóvása érdekében célszerű két lépcsőben végezni a takarást. Először 0,2 ... 0,25 m vastagságú réteget terítenek a csőre, utána az árok teljes takarását.

5.3-5. ábra Kis keresztmetszetű árok takarása

A cső helyzetének konkrét ismerete alapján kell megválasztani a takarás módszerét úgy, hogy a cső megfelelő befekvését biztosítsák. A vezetéképítési gyakorlatban az egyes szakaszok takarását a csőben szállított közeg áramlási irányából nézve bal oldalról végzik.

Az ároktakarás célgépe az 5.3-6 ábrán látható forgódobos ároktakaró gép. A gép az ároktengellyel párhuzamosan halad a földgerenda hossztengelyében. Forgó dobja alulról-felfelé forog, a földgerendát megbontja és a földet a dob hossztengelyében elhelyezett belső szállítószalagra üríti. A szállítószalag végzi az árok takarását. Nagy keresztmetszetű (3 m2 feletti) árok takarását forgódobos ároktakaró és földtoló együttes munkájával végzik. A forgódobos ároktakaró maximális teljesítménnyel végzi el a takarás első részét. A földgerenda maradék részét földtolóval helyezik az árok fölé.

Műtárgy keresztezése

231

5.3-6 ábra Forgódobos ároktakaró gép

Takaráskor a föld lazítása és a csőtérfogat miatt földfelesleg képződik. Ezt - általában szabályosra kiképzett földgerenda formájában - az árok középvonal fölött helyezik el. Szükség esetén a gerenda elhelyezése előtt az árkot tömörítik. Öntözött területeken az árok fölötti földgerenda méreteit az ülepedési térfogat figyelembevételével határozzák meg.

5.4 Műtárgy keresztezése

A szállítóvezeték építését úgy kell elvégezni, hogy elkerüljék a keresztezett létesítmények sérülését.

Az utak és vasutak keresztezésénél a csőtávvezetéket esetenként védőcsőbe helyezik. A védőcső elhelyezésének egyik módja, amelynél az út/vasút alatt, vízszintes fúrással készített lyukba préselik vagy húzzák be a védőcsövet. Az átfúráshoz az út-, illetve vasútpálya mindkét oldalán munkagödröt kell készíteni, és ezekből végezhető a vízszintes fúrás az 5.4-1 ábrának megfelelően.

A védőcső behúzása nem kényes művelet, a szállítócső behelyezése azonban annál inkább. A szállítócső szigetelése ugyanis csak abban az esetben marad sértetlen, ha a cső nem ütközik, illetve nem szorul be a védőcsőbe. Ennek érdekében szükséges, hogy a védőcső, és a szállítócsőnek a védőcsőbe eső szakasza a gyártási tűréshatáron belül egytengelyű legyen.

5.4-1 ábra Vízszintes útátfúrás

1 horgony; 2 védőcső; 3 csigasor; 4 csiga; 5 támaszték; 6 fúrógép; 7 csörlődob; 8 erőmérő


232

Az egyik legkritikusabb technológiai művelet, és egyben a védőcsövezett műtárgyak gyenge pontja a védőcső végeinél a gyűrűstér lezárása. A korszerű gumiharangos és ragasztókittes eljárás sem tudja tartósan megoldani a légmentes zárást. A védőcső felületén végbemenő korróziós folyamat idővel a ragasztókitt leválását okozza. Ragasztókitt nélkül felhelyezett gumiharangok légmentes lezárása nem megoldható a cső felületén lévő inflexiók miatt. A csőfelület homorú részein ugyanis a légmentes záráshoz szükséges normál szorítóerőt a leszorítóbilincsek nem tudják létrehozni. Ennek az a következménye, hogy rövid idővel a műtárgy megépítése után a gyűrűstérbe a talajvíz beszivárog. A talajvíz eltávolítása céljából, a védőcső két végére hegesztett észlelőcsövek egyike a védőcső felső, a másik az alsó oldalához kapcsolódik. Így a gyűrűstérben felgyülemlett víz szivattyúval vagy kompresszorral eltávolítható.

5.4-2 ábra Védőcső hidraulikus sajtolása

(Forrás: www.europolgaz.com.pl, 2003)

Nagyobb átmérőjű védőcsövek beépítésének hatékony eljárása az 5.4-2 ábrán látható hidraulikus sajtolás.

Védőcső nélküli út-, vasútkeresztezéseknél átsajtolás után a szigetelést minősíteni kell. A csővezetéken az esetleges szigetelési hibákat ki kell javítani.

5.5 Folyók keresztezése

Természetes és/vagy mesterséges vízi létesítmények keresztezésénél a meder alatti átvezetés helyén, a medret a mederelfajulástól védeni kell. A szállítóvezetéket árvízvédelmi töltésen a töltéskorona alatt, de a mértékadó árvízszint felett úgy kell átvezetni, hogy a csővezeték a töltés hasznos keresztmetszetét ne csökkentse, rendeltetésszerű használatát ne veszélyeztesse, és a vezeték szükséges, legalább 1 m-es földtakarása biztosítva legyen. Árvízvédelmi töltés építésénél az előírt mértékű tömörítést el kell végezni. A tömörítés mértékét mérni kell, és arról mérési jegyzőkönyvet kell kiállítani. Hajózható vízfolyások keresztezését irányított vízszintes átfúrással szabad kivitelezni.

A csővezetéket meder alatti árokba fektetik a következő technológiai lépésekkel:

• előkészítő munkák,

Folyók keresztezése

233

• anyagok szállítása a munkahelyre, • csővezeték hegesztése és szerelése, • csővezeték nyomáspróbája a szerelőpályán, • cső tisztítása és szigetelése, • csővezeték leterhelése felúszás ellen, • parti és meder alatti földmunkák, • csővezeték behúzása vagy beúsztatása, • a lefektetett csővezeték nyomáspróbája, • parti és meder alatti árok takarása, • a part helyreállítása. Meder alatti árok nyitásához szükséges korszerű berendezés a

letalpalóoszlopokkal ellátott, úszótagra szerelt, 12...16 m lenyúlású hidraulikus kotróegység. Ez álló-, és legfeljebb 10 km/h áramlási sebességű folyóvízben működik biztonságosan. Alkalmas legfeljebb 2 MPa nyomószilárdságú talajok előrobbantás nélküli, és nagyobb nyomószilárdságú talajok előrobbantásos fejtésére.

Az úszótag a kotrógépet víz felett tartja, a munkaterületre úsztatja, rögzíti és mozgatja azt. Az úszótag minden horgonycsőrlője több fokozatú, elektromos meghajtású. A kotrógép az úszótag speciálisan kiképzett felületén áll, és ahhoz oldhatóan van rögzítve. Ezzel a megoldással, és a feljárók segítségével a kotrógép az úszótagról le- és feljárhat, és a parton is végezhet munkát. A kikotort anyagot uszályokra rakja, amelyek rakományukat az ürítési helyre szállítják és a mederbe ürítik. A vízmélységet ultrahangos mélységmérővel, a távolságot lézeres távolságmérővel mérik. A pontos helyzetváltoztatást az elektromos horgonycsőrlők biztosítják.

5.5-1 ábra Öntöttvas és vasbeton terhelőidomok

A mederbe kerülő csővezeték szigetelése 50-50 % túlfedéssel, és az alapozófesték figyelembevételével öt rétegben készül. Az elasztikus amortizáló réteg feladata, hogy megvédje a műanyag szigetelést a védőlécezés okozta károsodástól. Az amortizáló réteget műanyag zsinórral rögzítik. A védőlécek azonos hosszúságúak. Hézagmentes leszorításukat a csőfelületre szorítópántokkal, vagy legalább 4 mm átmérőjű acélhuzallal végzik. A szorítóerő akkor megfelelő, ha a lécek külső felülete benyomódik a pánt vagy huzal mellett.

A terhelőidomok készülhetnek öntöttvasból vagy vasbetonból. A vasbeton terhelőidomok anyagának sűrűsége legalább 2700 kg/m3. A nehezékek alakja függ a behúzás és a csőszerkezet leterhelésének módjától. A csőszakaszok egyedi


234

leterhelésekor legelterjedtebbek az 5.5.-1 ábrán látható öntöttvas és vasbeton terhelőidomok.

Az 5.5.-2 ábrán látható csuklós idomokat akkor használják, ha a terhelőidomokat a csővezeték behúzása után helyezik el a csőre.

A hagyományos technológiai megoldásnak, amelynél a csővezetékek felúszását az 5.5-1 és 5.5-2 ábrákon látható terhelőidomokkal akadályozzák meg, hátrányos jellemzője, hogy a terhelőidom és a csővezeték közötti kötés idővel meglazul, és a folyó sodrása elmozdítja a terhelő idomokat. Különösen nagy az elsodrás veszélye a beton terhelőidomok esetén, mivel nagy sík felületük esik a folyó sodrási irányára merőlegesen.

5.5-2 ábra Csuklós terhelőidom

Az előző hátrányos tulajdonságok kiküszübölése érdekében fejlesztették ki azt a megoldást, amelynél a csővezetékre súlyosbító beton héjszerkezetet készítenek, amely a csővezetékkel egységes egészet képez. A zárt héjszerkezet elsodrása még szélsőséges feltételek között sem lehetséges.

5.5-3 ábra Beton héjszerkezet keresztmetszete

Az 5.5-3 ábrán a WEDAL gáztávvezetéknek Köln közelében a Rajna keresztezéséhez készített héjszerkezete látható (Staff Report, 1998). A DN 800 névleges átmérőjű, és 13,4 mm falvastagságú szállítóvezetéket 3 mm vastagság polietilén védőréteggel látták el, majd erre készítették el a 125 mm minimális falvastagú beton héjat. A súlyosbított csőszerkezet tartalmaz két DN 140 névleges átmérőjű csővezetéket is a hírközlő kábelek számára. Ez utóbbiak KPE csővel vannak

Folyók keresztezése

235

bélelve. A fenti módon elkészített csőszerkezetnek 1178 kg/m a fajlagos tömege szárazon, és 1,24-es a felúszás elleni biztonsági tényező.

5.5-4 ábra Csőszerkezet behúzása

A hazai gyakorlatban a behúzásra kerülő csőszakasz vagy csőköteg alá behúzólemezt helyeznek. A behúzólemez a víz alatti szerkezet fontos része:

• növeli a behúzás biztonságát, • lehetővé teszi csőkötegek behúzását, • a leterhelőidomok rögzítésének alaplemeze, • csökkenti a leterhelőidomok számát. A leterhelőidomok vasalását hegesztéssel rögzítik a behúzólemezhez.

Behúzáskor a talaj egyenetlenségein áthaladó behúzólemez összetett térbeli mozgást végez. Ekkor a terhelőidom vasalásában jelentős húzó-hajlító feszültség lép fel. Előfordulhat, hogy a terhelőidom leszakad a behúzólemezről. Ezt okozhatja az is, ha az idom a rosszul kialakított árok falával ütközik. Az idomok vasalásának méretezésekor ezeket a terheléseket figyelembe kell venni.

A csúszólemezre szerelt csőszerkezet behúzásának vázlata az 5.5-4 ábrán látható. A folyómeder egyik oldalán, a mederbe kotort árokkal egyvonalban helyezkedik el az előkészített csőszerkezet, a folyómeder másik oldalán pedig a behúzást végző csörlős traktor. A behúzóerő csökkentése érdekében célszerű az ábrán látható módon csigasort alkalmazni, és a behúzókötél egyik végét lehorgonyzóelemhez kell rögzíteni.

5.5-5 ábra Lehorgonyzó elem kialakítása


236

Behúzáshoz a csövek végére behúzófejet szerelnek, továbbá a behúzólemez végét felhajtják, és hegesztéssel rögzítik a csőköteghez. Így az árokfenéken megmozgatott talaj nem kerül fel a behúzólemezre. A behúzás idejére általában folyamzárat kell elrendelni, ezért fontos a művelet jó előkészítése és szervezett végrehajtása.

Az 5.5-5 ábrán látható lehorgonyzóelem legalább 2 ... 3 m hosszúságú. Készülhet 0,2 m vagy annál nagyobb átmérőjű rönkfából, illetve 0,25 m vagy annál nagyobb átmérőjű acélcsövekből. A lehorgonyzó elem teherbírása függ a fektetési mélységtől, az elem hosszától és a talaj tömörségétől.

5.5-1 táblázat Súrlódási tényezők csőszerkezet behúzásához Érintkező csúszófelületek Csúszósúrlódási tényező

jellemzői száraz felületen vízben Acél - acélon 0,20 0,44 Acél - acélon, kenéssel 0,12 - Acél - jégen 0,027 - Acél - homokos agyagon, agyagos homokon, lágy iszapos talajon

- 0.32

Acél - finom homokon és sóderen - 0,38 ... 0,42 Acél - tömör kőzeten - 0,45 Acél - nagy szemcseméretű és robbantott kőzeten

- 0,5

Acél - havon 0,03 - A behúzási művelet méretezésénél elsősorban a szükséges vonóerőt kell

meghatározni. Talajon végbemenő húzáskor a vonóerő

F = k f G (5.5-1)

ahol F a vonóerő [N], k az indítási ellenállás, f a csúszósúrlódási tényező, G pedig a csőszerkezet súlya [N]. A k értéke 1,5 és 2,0 között változik, a csúszósúrlódási tényező értékeit pedig az 5.5-1 táblázat tartalmazza. A szükséges vonóerő csigasor alkalmazásával csökkenthető. A csökkenés mértéke a működő kötélágak számával arányos, 5-6 csigakerékből álló csigasor esetén azonban már jelentős nagyságú súrlódási ellenállással kell számolni. Ugyancsak számításba kell venni a kötélágak által bezárt szöget.

5.6 Keresztezés irányított ferdefúrással

Az eljárást a hetvenes évek elején fejlesztették ki az USA-ban, felhasználva az olajiparban összegyűlt mélyfúrási technológiai ismereteket. Napjainkra ez a módszer alkalmas több, mint 1500 m hosszúságú, és maximum 1 m átmérőjű csővezetékkel történő keresztezés megvalósítására. A vízszintes irányított fúrás technológiájának vázlata az 5.6-1 ábrán látható.

Keresztezés irányított ferdefúrással

237

a/

c/

b/

d/

5.6-1 ábra Irányított fúrás technológiai sémája

Az első fázisban a fúróárbocot és a kapcsolódó berendezéseket el kell helyezni a keresztezendő nyomvonalas létesítmény egyik oldalán. A fúróárbocot úgy kell felállítani, hogy a fúrószár behatolási szöge a terepfelszínnel (vízszintessel) 5 o és 30 o közé essen, legkedvezőbb, ha 10 o és 14 o fok közé esik. Általában 73 mm átmérőjű fúrószárral 80 mm átmérőjű vezető lyukat fúrnak. Az előfúráshoz használt irányítható fúróberendezés az 5.6-2. ábrán látható.

A fúrószár irányítása a fúrófej után elhelyezett ferdítő közdarab segítségével végezhető, a változtatás mértéke általában 1 o-nál kisebb. A fúrólyuk térbeli helyzetét az előrehaladás során egy helyzetérzékelő műszer folyamatosan érzékeli. A műszer közvetlenül a fúrófej mögött van, és kábel köti össze a fúróállvány vezérlő kabinjában lévő számítógéppel. A szonda folyamatosan érzékeli és továbbítja a számítógépnek az alábbi információkat:

• a lejtést a függőleges síkhoz képest, • a lyuk irányát a mágneses északhoz képest, és • az irányító mechanizmus, ill. a ferdítő közdarab helyzetét (orientációját) a

lyuk felső oldalához viszonyítva. A fúrási távolságot a fúróárbocon határozzák meg a beépített fúrócső

hosszának mérésével. Ezeknek a paramétereknek a segítségével a számítógép a fúrólyuk térbeli helyzetét pontról pontra tárolni, és grafikusan ábrázolni tudja.

5.6-2. ábra Irányítható fúrófej

1 műszer kábel;2 öblítőcső; 3 vágófej az öblítőcső végén; 4 helyzetérzékelkő; 5 fúrócső; 6 ; 7 ferdítő könyök; 8 talpi fúrómotor; 9 forgató közdarab; 10 fúrófej

A fúrócső előrehaladásával párhuzamosan fokozatosan nő a súrlódási erő a lyukfal és a fúrócső között, ezért öblítést szükséges alkalmazni. Az öblítés biztosításához öblítő csövet építenek be, amelynek az átmérője (73 mm-es fúrócső esetén) 127 mm. Az öblítőcső elejére vágófejet erősítenek, amelynek átmérője 300


238

mm. A fúrócsővel ellentétben az öblítőcsövet a fúróárbocról forgatják, és az előrehaladáshoz szükséges mértékben terhelik. A vágófej jelentős mértékben kibővíti a fúrólyukat, csökkentve az öblítőcső és a lyukfal közötti súrlódást.

A második fázisban a fúrási folyamat során a fúrócsővel, illetve az öblítőcsővel felváltva haladnak előre. A távolság az öblítőcső végén lévő vágófej, és a fúrócső végén lévő fúrófej között 25 és 80 m között változhat. Nem tanácsos, ha ez a távolság 25 m-nél kisebb értékre csökken, mivel ez befolyásolja a helyzetérzékelő műszer pontosságát.

A fúrási folyamatot addig folytatják, amíg a fúrócső, majd ezt követően az öblítőcső a célpontnál a felszínre ér. Ekkor a fúrócsövet a fúróárboc segítségével visszahúzzák az öblítőcsövön keresztül, az öblítőcsövet pedig a további műveletekhez a helyén hagyják.

A harmadik fázisban az előre elkészített és nyomáspróbával ellenőrzött szállítóvezeték-szakaszt a keresztezésnek a fúróárboccal ellentétes oldaláról az öblítőcső segítségével behúzzák az előzőleg fúrt lyukba. A művelethez egy bővítő fúrót erősítenek az öblítőcső végére a fúrólyuk átmérőjének további növeléséhez. Ehhez kapcsolódik egy speciális kapcsoló, amely a húzóerőt közvetíti az öblítőcső és a szállító vezeték között, de a forgást nem. A bővítő fúró átmérőjét a szigeteléssel, és nehezítő bevonattal ellátott szállítócső külső átmérője határozza meg.

A negyedik fázisban a fúróárbócon egyidejűleg forgatják és húzzák az öblítőcsövet. A művelet alatt folyamatosan szivattyúznak fúróiszapot az öblítőcsőbe, hogy a megnagyobbított fúrólyukat stabilizálják. A felszínre visszahúzott öblítőcső helyét a megnagyobbított fúrólyukban fokozatosan a szállítóvezeték foglalja el.

A keresztezés művelete akkor fejeződik be, amikor az öblítőcsövet teljesen kihúzták a lyukból, és vele együtt áthúzták a szállítócsövet is.

A keresztezési művelet tervezésének egyik legfontosabb lépése a visszahúzás során a csőben ébredő feszültség meghatározása. A feszültség a visszahúzó fejnél a legnagyobb, de ezen a ponton is fokozatosan nő a szállítóvezeték áthúzása során.

5.7 Szerelési munkák

Vonali szerelvényezés A vezeték belső terének tisztítása után következik a szakaszolószerelvények beépítése a vezeték vonali részébe.

A művelet részei: • a szerelvény szilárdsági és tömörségi nyomáspróbája a műhelyben, • a funkciópróbák a műhelyben, • előgyártás-szerelés a műhelyben, • a szerelvény helyszínre szállítása, • a szerelvény bevágása a vezetékbe, • az alátámasztások elkészítése, • a funkciópróbák elvégzése beépített állapotban, • a szerelvény és a csatlakozó darabok szigetelése, • a szerelvény takarása, • a kezelőtér megépítése. A korszerű szakaszolószerelvények általában földbe süllyesztett gömbcsapok.

Tömegük nagyságrendileg nagyobb a vonali cső azonos hosszúságú szakaszának tömegénél, ezért koncentrált terhelést eredményeznek a beépítés helyén. E terhelést növeli a földvisszatöltés és a tömörítés. A szerelvény bevágása előtt a munkagödörben

Szerelési munkák

239

el kell helyezni az előregyártott alapot. A bevágás során a szerelvény tömegéből adódó terhelést az alapnak kell viselnie.

Állomások szerelése A távvezetéki állomások szerelésének technológiája megegyezik a gyári-üzemi csőrendszerek szerelési technológiáival. Ezért csak a sajátos technológiai vonásokra térünk ki.

Az állomások szerelésének menetrendje: • záró- és szabályozószerelvények szilárdsági és tömörségi nyomáspróbája

műhelyben, • záró- és szabályozószerelvény funkciópróbái a műhelyben, • állomások előregyártása-szerelése a műhelyben, a szállíthatóság

figyelembevételével, • előregyártott állomásrészek helyszínre szállítása, • állomás összeszerelése ideiglenes csőtámaszokon, • végleges csőtámaszok és kezelőtér építése, • készre szerelt állomás szilárdsági és tömörségi nyomáspróbája. A gyári cső- és szerelvényrendszerek szerelésétől eltérően, a

szerelvényállomások végleges építészeti méretei a készre szerelt állomás gépészeti szerelési méretei szerint alakulnak. A csatlakozó vonali rész szabad végeit is az állomás gépészeti-szerelési méreteihez igazítják.

A szerelési munkák befejezése után az állomások nyomáspróbáját a vezeték vonali részéről leválasztottan lehet elvégezni, az eltérő biztonsági tényező és szilárdsági nyomáspróba miatt.

Irodalom Gas transmission and distribution piping systems ASME B31.8 – 1999 Edition Vida M. főszerk.: Gáztechnikai Kézikönyv, 2. kiadás Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1991. Staff Report (1998): Crews use open ditch method to install gas line across Rhine Pipe Line & Gas Industry, March, pp.95-96

NYOMÁSPRÓBÁK

240

6 Nyomáspróbák

6.1 Általános előírások

A szállítóvezetéket használatbavétel előtt szilárdsági és tömörségi nyomáspróbának kell alávetni. A szilárdsági nyomáspróba olyan vizsgálati eljárás, amelynek során a csővezetékben meghatározott ideig az engedélyezett üzemnyomásnál nagyobb nyomást létesítenek. A próbanyomáson a csővezeték a folyáshatárt megközelítő, vagy kismértékben meghaladó feszültségállapotba kerül. Amennyiben ezt az állapotot károsodás nélkül el tudja viselni, valószínűleg nincsenek olyan rejtett anyag- vagy építési hibák, amelyek a próbanyomásnál kisebb üzemi nyomások esetén meghibásodást okoznának. A tömörségi nyomáspróba célja a rendszer tömörségének, azaz nyomástartó képességének az ellenőrzése. A két vizsgálati eljárás a rendszer célra való alkalmasságát hivatott bizonyítani.

A szállítóvezeték magas- és mélypontjainál a munkaközeg leürítésére és a szükséges légtelenítésre megfelelő szerelvényeket kell felszerelni. A nyomáspróbáknál alkalmazott zárószerelvényeket a szállítóvezetéktől olyan távolságra kell elhelyezni, hogy rendellenesség esetén a nyomás alatt álló szállítóvezeték szakasz a kezelőszemélyzetet ne veszélyeztesse.

A nyomáspróbát úgy kell végezni, hogy a jóváhagyott nyomáspróba tervben meghatározott értéknél nagyobb nyomás ne keletkezhessen a vizsgált rendszerben. A védelem módját a technológiai előírásban rögzíteni kell.

A szállítóvezetéket és alkotórészeit a teljesen összeszerelt állapotában, valamennyi építési vizsgálat befejezése után egybefüggően vagy szakaszonként nyomáspróbázni kell a technológiai utasítás és/vagy jóváhagyott nyomáspróba terv szerint. A nyomáspróba megfelelőségi követelményeit a nyomáspróbatervben kell előírni.

A nyomáspróbák alatt a nyomást és a hőmérsékletet folyamatosan mérni, regisztrálni kell. Nyomásértékek ellenőrzésére legalább egy db nyomásregisztrálót, két db manométert, valamint a próbanyomó berendezés nyomóvezetékének a vizsgált szakaszra történő csatlakozásához egy db manométert kell felszerelni. A nyomásmérő pontossági osztálya minimum 0,6-os, továbbá a nyomásregisztráló pontossági osztálya legalább 2,5-ös legyen. A műszerek méréshatára a próbanyomás értékének 1,2 – 1,7 szerese legyen (M-7/2004).

A nyomáspróbák megkezdése előtt, a nyomáspróbát végző vállalkozó köteles gondoskodni a vizsgált vezeték elmozdulás elleni rögzítéséről, és köteles minden olyan intézkedést megtenni, ami biztosítja a nyomáspróba biztonságos, az életet, vagyont, egészséget és a környezetet nem veszélyeztető lefolytatását.

Föld feletti szállítóvezeték szilárdsági nyomáspróbáját és tömörségi vizsgálatát minden esetben a hegesztési varratok festése, szigetelése előtt kell elvégezni.

A nyomáspróbák alatt, a nyomásfokozás megkezdésétől a nyomásmentességig a csővezeték és a csővezetékbe beépített szerelvények, valamint a nyomáspróbához alkalmazott vezetékrendszer 20 m-es körzetében munkát végezni tilos és ott csak a nyomáspróbát végzők tartózkodhatnak. A nyomáspróba idejét és ezzel összefüggő tilalmakat kellő időben az érintettek tudomására kell hozni.

Szilárdsági nyomáspróba

241

A nyomáspróbát úgy kell végezni, hogy a nyomáspróba, nyomás értékénél nagyobb nyomás ne keletkezhessen a vizsgált rendszerben. A védelem módját a technológiai utasításban és/vagy nyomáspróbatervben rögzíteni kell.

A nyomáspróba során hitelesített (kalibrált) mérőműszereket kell használni.

A nyomáspróbák dokumentálása, bizonylatok A szállítóvezeték üzemeltetőjének a minőségügyi rendszerének a keretében szabályozni kell a nyomáspróba dokumentálásának tartalmi és formai követelményeit. A szilárdsági nyomáspróba és a tömörségi nyomáspróba megfelelőségét dokumentálni kell. A szállítóvezetékek és alkotórészeik nyomáspróbáiról nyilvántartást kell vezetni és mindaddig meg kell őrizni, amíg a nyomáspróbázott szállítóvezetékek és alkotórészeik használatban vannak.

A nyomáspróbáról készített jegyzőkönyvnek minimálisan az alábbi adatokat kell tartalmaznia:

• a nyomáspróbához használt közeget, • a próbanyomás értékét, • a vizsgálat időtartamát, • a vizsgálat dátumát, • a nyomásváltozási görbét, • a nyomást a csővezeték szakasz legalacsonyabb és legmagasabb pontján, • a nyomáspróbát végző cég/szervezet nevét, a résztvevő személyek adatait

és jogosultságát, • időjárási adatokat (környezeti hőmérséklet, eső, havazás, szélerősség, stb.), • a vizsgált rendszer gyártójának adatait (csővek, elzárószerelvények, stb.), • a beépített cső jellemzőit (folyáshatár, átmérő, falvastagság, stb.), • egyértelmű leírását annak, mit foglal magában a vizsgálati szakasz, • a nyomáspróba alatt észlelt szivárgást vagy egyéb rendellenes jelenségeket

és azok helyét. A fenti adatok lehetővé teszik a későbbiekben is annak ellenőrzését, hogy a

nyomáspróba során vizsgált vezetékszakasz megfelelt-e a biztonsági előírásoknak.

A nyomáspróbák érvényessége Eredménytelen tömörségi nyomáspróba esetén a korábban elvégzett eredményes szilárdsági nyomáspróba érvényes marad. A szilárdsági és tömörségi nyomáspróba mindaddig érvényes, amíg a szállítóvezetéket és alkotórészeit véglegesen üzemen kívül nem helyezik. Ha a szállítóvezetéket vagy alkotórészeit 1 naptári évet meghaladóan ideiglenesen üzemen kívül tartották, akkor az ismételt üzembe helyezés előtt ismételten tömörségi nyomáspróbázni kell.

A szállítóvezeték meghibásodott szerkezeti elemei miatt a szállítóvezetéket nem kell újból nyomáspróbázni, ha a cserélt elemet külön, eredményesen nyomáspróbázták, illetve ha a varratokat 100%-osan roncsolásmentes módszerrel megvizsgálták. A cserélt elem kötéseinél, tömörségét az aktuális üzemnyomáson habképző anyaggal kell ellenőrizni.

6.2 Szilárdsági nyomáspróba

A szilárdsági nyomáspróbához semleges kémhatású (6<pH<8) szilárd szennyeződésektől mentes, tiszta vizet kell használni. Ha a nyomáspróba vizének

NYOMÁSPRÓBÁK

242

hőmérséklete +4 °C alá csökkenhet, a várható legalacsonyabb vízhőmérséklet kialakulását figyelembe véve, fagyáspontcsökkentő adalékot lehet alkalmazni. Fagyáspontcsökkentőként csak olyan anyag alkalmazható, ami nem korrodálja a csővezeték vagy a tartozékok anyagát. Különleges esetekben (pl. csőhídon haladó gázvezetékeknél vagy olyan nagynyomású gázvezetékeknél, amelyeket nem lehet vízteleníteni) az illetékes Bányakapitányság engedélyével, a víz helyett levegőt vagy nitrogént is lehet használni. Az ilyen esetekre külön technológiai utasítást és/vagy nyomáspróbatervet kell készíteni. Egyes esetekben (például bekötéseknél) a szilárdsági nyomáspróba közegeként a szállítani tervezett anyag is használható a megfelelő biztonsági intézkedések mellett. Az ilyen esetekre külön technológiai utasítást és/vagy nyomáspróbatervet kell készíteni.

A szilárdsági nyomáspróba értéke a nyomáspróbázott szállítóvezeték és a vonali szakaszoló állomások minden egyes pontján érje el legalább a tervezési nyomás (DP) 1,25-szörösét. Levegővel vagy szénhidrogénnel engedélyezett szilárdsági nyomáspróba esetén a próbanyomás értéke érje el a tervezési nyomás (DP) 1,1-szeresét, de a nyomáspróbázott szakasz magas pontján legalább 2 bárral haladja meg. A vízzel végzett szilárdsági nyomáspróba ajánlott próbanyomás értéke a tervezési nyomás (DP) 1,5-szöröse (M-7/2004).

A nyomáspróba során a próbanyomás értékének a hatására a cső falában ébredő feszültség nem haladhatja meg a cső szabványban rögzített anyagminőségére jellemző folyáshatás 95 %-át, amelyet a tervezőnek számításokkal kell igazolnia. Amennyiben a számított feszültség meghaladja a cső anyagminőségére jellemző folyáshatár 95 %-át, vagy a kiválasztott cső falvastagságát kell növelni, vagy egy kategóriával jobb anyagminőségű csövet kell választani, majd a számítást ismét el kell végezni.

A szilárdsági nyomáspróba szakaszok hosszát a vizsgált szállítóvezeték szintkülönbségeit (tengerszint feletti magasságkülönbségeit) és a nyomáspróba közegének sűrűségét figyelembe véve, a nyomáspróbatervben kell meghatározni. A szilárdsági nyomáspróba alatt a szállítóvezeték igénybevétele egyetlen ponton sem haladhatja meg a csőacél anyagának szabványa szerinti folyáshatárát.

A szállítóvezeték és a vele együtt nyomáspróbázott vonali szakaszolóállomások nyomáspróbájának időtartama, az eredményes levegőmentességi vizsgálat befejezésétől számítva legalább 1 óra legyen.

A szállító vezetékek egyes speciális szakaszainál (pl. műtárgykeresztezések alatti szállítóvezeték-szakaszok) külön, a tervezési nyomás legalább 1,5-szeresével kell szilárdsági nyomáspróbát elvégezni.

A szilárdsági nyomáspróba megkezdése előtt ellenőrizni kell a szállító vezeték teljes hosszában a vonali szakaszok belső átmérőjét, és meg kell szüntetni a meg nem engedett átmérőszűkületeket, valamint el kell távolítani a vezetékben lévő nagyobb szilárd szennyeződéseket.

A folyadék használata esetén szilárdsági nyomáspróbánál a szállítóvezetéket a nyomáspróba megkezdése előtt fel kell tölteni a szilárdsági nyomáspróba közegével oly módon, hogy elkerüljék légzsákok kialakulását. A levegő jelenlétét a szilárdsági nyomáspróba megkezdése előtt alkalmas vizsgálattal és számítással ellenőrizni kell. Az ellenőrző számításokat a nyomáspróba jegyzőkönyvhöz mellékelni kell. A nyomáspróba csak akkor kezdhető meg, ha a nyomáspróbázandó vezetéket a követelményeknek megfelelően légtelenítették.

A nyomás növelésére, a nyomás és hőmérséklet ellenőrzésére csak olyan bizonylatolt és nyomáspróbázott csövek, csőidomok, szerelvények, berendezések és

Szilárdsági nyomáspróba

243

kalibrált műszerek használhatók, amelyek biztonsággal elviselik a szilárdsági próbanyomás értékét.

Megfelelő elzárószerelvényekkel és túlnyomás ellen védő szerelvényekkel kell biztosítani azt, hogy nyomásnöveléskor ne lehessen túllépni a csővezetékben a nyomáspróba nyomásának maximális értékét.

Eredménytelen szilárdsági nyomáspróba esetében a feltárt hibákat meg kell szüntetni, és a szilárdsági nyomáspróbát meg kell ismételni.A szilárdsági nyomáspróbához vizet használnak munkaközegnek.

A vízzel való feltöltéshez, majd a nyomáspróbát követő leürítéshez a vizsgált csőszakasz végére a 6.2-1 ábrán látható toldalékot kell felhegeszteni.

6.2-1 ábra Feltöltő csonk nyomáspróbához

Az ASME B31.8 a kisebb kockázatú területeken az engedélyezett üzemnyomás 1,25-szeresének, a nagyobb kockázatú területeken az engedélyezett üzemnyomás 1,4-szeresének elérését írja elő a nyomáspróba során.

6.2-1 táblázat A próbanyomás értéke a B31.8 szerint A terület jellemző

besorolása Próbanyomás

1-es kategórai (Class 1) 1,25peng. 2-es kategórai (Class 2) 1,25peng. 3-es kategórai (Class 3) 1,40peng. 4-es kategórai (Class 4) 1,40peng.

A szállítóvezetékbe és tartozékába beépített nyomástartó edények, műszerek,

szerelvények, készülékek a rendszerbe beépítve akkor helyezhetők azzal együttesen próbanyomás alá, amennyiben ezek számítással vagy gyártóművi előírással igazoltan, a tervezett nyomás károsodás nélküli elviselésére tartósan alkalmasak.

A vizsgált szakaszt a nyomáspróba megkezdése előtt legalább 6 órával fel kell tölteni a hőmérséklet kiegyenlítődés és a levegőnek a vízből történő kiválása érdekében. A feltöltés megtörténtét az üzemeltetővel ellen kell jegyeztetni. A 6 óra letelte után a magas pontokra beépített légtelenítő helyeken el kell végezni a légtelenítést. A légtelenítés megtörténtét a nyomáspróba jegyzőkönyvben rögzíteni kell. Ezután lehet megkezdeni a nyomás emelését a próbanyomás értékére.

A nyomáspróba tervben meghatározott próbanyomás értékre fokozatosan, 1/3 próbanyomás értékenként kell emelni a nyomást (M-7/2004). Az egyes fokozatok között legalább 30 perces várakozási időközt kell biztosítani. Az előírt próbanyomás elérése után a légtelenítést ismét el kell végezni, majd ellenőrizni kell, hogy a nyomás érték a próbanyomás értékének megfelelő-e. Amennyiben a próbanyomás értéke lecsökkent, az előírt próbanyomás értékére fel kell nyomni a vizsgált szakaszt.

NYOMÁSPRÓBÁK

244

A szilárdsági nyomáspróba időtartama: 30 perc. Az előírt próbanyomás elérésekor a vizsgált szakaszt le kell választani a

nyomásfokozó egységről. A szilárdsági nyomáspróba során a nyomás értékeket 5 percenként vizuálisan kell leolvasni és rögzíteni a manométerekről, a kezdő és a befejező nyomásértékeket pedig külön kell feljegyezni. Nyomás alatt lévő rendszeren mindennemű munkavégzés tilos.

A szilárdsági nyomáspróba akkor tekinthető eredményesnek, ha a nyomáspróba alatt a nyomásesés (Δp) nem haladja meg a 0,5 %-ot, és a vezetéken semminemű rendellenesség nem tapasztalható. Ha a nyomáspróba eredménytelen, a nyomásmentesítés majd a hibák kijavítása után a nyomáspróbát meg kell ismételni.

6.3 Tömörségi nyomáspróba

A tömörségi nyomáspróbát a sikeres szilárdsági nyomáspróba után a szállítóvezeték üzemeltetésére alkalmas állapotában kell végezni. A tömörségi nyomáspróba elvégezhető:

• levegővel vagy gázzal, • a szállított közeggel, • a szállított folyadéknál kisebb viszkozitású folyadékkal, • többfázisú szállítás esetén levegővel vagy a legkisebb viszkozitású

szállítandó közeggel. A maximális üzemnyomáson gáznemű állapotban lévő anyagot és az

atmoszférikus nyomáson (teljes tömegében) gáz-halmazállapotú anyagot szállító vezetékeket az üzembe helyezés előtt tömörségi nyomáspróbázni kell.

Tömörségi nyomáspróbát csak eredményes szilárdsági nyomáspróbát követően, üzemelésre kész állapotra szerelt szállítóvezetéken és tartozékain szabad végezni.

A tömörségi nyomáspróba előtt a szállítóvezetékből a szilárdsági nyomáspróba közegét (vizet) a lehető legnagyobb mértékben el kell távolítani a csővezetékből, és a csővezeték belső terét megfelelően ki kell szárítani. A szárítás mértékét az üzemeltető határozza meg.

A tömörségi nyomáspróba közegeként általában levegőt kell használni. Különleges esetekben, az illetékes Bányakapitányság engedélyével, szagosított földgáz is használható tömörségi nyomáspróba közegeként. A tömörségi nyomáspróbához csak olyan levegő vagy szagosított földgáz használható, amelyek vízharmatpontja a tömörségi próba nyomásán nem nagyobb, mint az üzemszerűen szállítani tervezett gáz vízharmatpontja, maximális üzemnyomáson.

Ha a tömörségi nyomáspróbát levegővel végezték, akkor a levegő eltávolítását és a gáz alá helyezést úgy kell végrehajtani, hogy a szállítóvezetékben robbanóképes gázelegy ne maradjon vissza.

A tömörségi nyomáspróba nyomása a vizsgálat kezdetén ne legyen kisebb, mint a maximális üzemi nyomás (MOP). Egyes esetekben (pl. vezetékcserék alkalmával, átalakítások, javítások után, továbbépítések esetén) az üzemeltető írásbeli hozzájárulásával megengedett, hogy a tömörségi nyomáspróba nyomása akkora legyen, mint a tömörségi nyomáspróbázott vezetékben, a nyomáspróba időpontjában elérhető legmagasabb üzemi nyomás (OP).

A tömörségi nyomáspróba időtartama általában 24 óra. Technológiai állomásokon a tömörségi nyomáspróba időtartama legalább 2 óra legyen.

Nyomáskorrekció

245

A tömörségi nyomáspróba alatt minden vezetékcsatlakozást, szerelvényt, karimás kötést és minden bontható csatlakozást habképző anyaggal ellenőrizni kell.

Folyadékkal végzett tömörségi nyomáspróba esetén azt több szakaszban is el lehet végezni.

A nyomáspróba alá kerülő vezeték gázzal való feltöltésekor a robbanásveszélyes elegy kialakulásának megelőzése végett:

• a csővezeték légtelenítését nyitott csővégekkel olyan sebességgel és olyan nyomással kell elvégezni, hogy a robbanás feltételei ne alakuljanak ki,

• éjszaka, valamint ködös, párás időben végzendő légtelenítés feltételeit külön és esetenként kell meghatározni.

A tömörségi nyomáspróba értéke: tervezési nyomás. A tömörségi nyomáspróba időtartama: 24 óra (M-7/2004).

A tömörségi nyomáspróba megkezdése előtt legalább 6 órával fel kell tölteni a vizsgálandó szakaszt a tömörségi nyomáspróba értékére a hőmérséklet kiegyenlítődés miatt. A feltöltöttségi állapotot az üzemeltetővel ellen jegyeztetni kell. A tervezési nyomás értékre fokozatosan kell felterhelni a vizsgált csőszakaszt, 3 fokozatban (a tervezési nyomás 30 – 60 – 100 %-a). Az egyes fokozatok között 10 perces úgynevezett pihentetési időt kell tartani.

A tervezési nyomás elérését követően és a hőmérséklet kiegyenlítődés után le kell ellenőrizni a nyomás értékét. Ha a nyomás a tervezett értéken van, a vizsgálandó szakaszt le kell választani a nyomás forrásáról. Ezután indítható a 24 órás tömörségi nyomáspróba.

A tömörségi nyomáspróba alatt a nyomást műszeresen regisztrálni kell, a kezdő és befejező értékeket pedig fel kell jegyezni.

A tömörségi nyomáspróba akkor tekinthető sikeresnek, ha nem észlelhető szivárgás és a tömörségi nyomáspróba alatt a hőmérsékletváltozás okozta nyomásváltozáson (Δp) kívül nyomáscsökkenés nem észlelhető.

Légnemű közeggel végzett tömörségi nyomáspróba esetén a nyomásmentesítés módját és ütemét a technológiai utasításban szabályozni kell.

6.4 Nyomáskorrekció

Acél csővezetékben a nyomásváltozás hatására bekövetkező térfogatváltozást az alábbi összefüggés adja meg (Gray, 1976.):

( )1 1 2

VdVdp

DEs

a C= − + (6.4-1)

ahol V a csővezeték belső térfogata, p a csővezetékben uralkodó nyomás, D a külső átmérő, s a csővezeték falvastagsága, E az acél rugalmassági modulusza, a a Poisson-szám, C pedig a folyadék kompresszibilitási tényezője.

Ha feltételezzük, hogy a (6.4-1) egyenlet jobb oldalán szereplő jellemzők a nyomás, illetve térfogatváltozás során nem, vagy csak elhanyagolható mértékben változnak, akkor áttérhetünk véges differencia alakra, és kifejezhetjük a nyomásváltozást:

NYOMÁSPRÓBÁK

246

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−

Δ=Δ

CasE

DV

Vp21

(6.4-2)

Az összefüggés megadja azt a Δp nyomásnövekedést, amely egy V térfogatú, folyadékkal telt csővezetékben lép fel ΔV folyadékmennyiséggel történő túltöltés hatására.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35Túltöltés nagysága [m3]

Nyo

más

növe

kedé

s [b

ar]

DN400 DN 600 6.4-1 ábra Túltöltés hatására bekövetkező nyomásnövekedés

A 6.4-1 ábrán egy DN 600 és egy DN 400 névleges átmérőjű 20 km hosszúságú távvezetékben a vízzel való túltöltés hatására bekövetkező nyomásnövekedés mértéke látható. A (6.4-2) összefüggésnek megfelelően 1 m3 vízzel történő túltöltés a kisebb átmérőjű, és így kisebb geometriai térfogatú csővezetéknél nagyobb nyomásemelkedést eredményez.

Ha nyomáspróba során Δt hőmérsékletnövekedés következik be, akkor az eredetileg V térfogatú folyadék kitágul. A térfogatnövekedés nagysága az eredeti V térfogaton kívül arányos lesz a β hőtágulási együtthatóval és a hőmérsékletnövekedéssel.

tVV Δβ=Δ 1 (6.4-3)

A hőmérsékletnövekedés hatására azonban megváltozik a belső csőtérfogat is, részben a cső kerületének, részben pedig a csőhossznak a hőtágulása miatt. A csőtérfogat változását a hőmérséklettel az alábbi összefüggés írja le:

( ) ( )t1L4

t1kV22

Δα+π

Δα+= (6.4-4)

ahol k a csővezeték kerülete [m], L a csővezeték hossza [m], α pedig az acél lineáris hőtágulási együtthatója [1/oC]. Mivel α értéke kicsi, a (6.4-4) összefüggés kifejtése után azok a tagok elhanyagolhatók, amelyekben α2, illetve α3 szerepel. A csőtérfogat

Nyomáskorrekció

247

növekedésének nagysága tehát az eredeti térfogattal, továbbá a lineáris hőtágulási együttható 3-szorosával és a hőmérsékletváltozással lesz arányos.

tVV Δα=Δ 32 (6.4-5)

Mivel a folyadék térfogatának és a csőtérfogat növekedésének hatása ellentétes, ezért nyomásnövekedést csak a térfogatváltozások különbsége okoz.

( ) tVV Δα−β=Δ 3 (6.4-6)

A (6.4-2) és (6.4-6) egyenletek összevonásával a csővezetékbe zárt folyadéknak a hőmérsékletváltozás hatására bekövetkező térfogatváltozása, és ennek hatására bekövetkező nyomásváltozás együttes eredménye fejezhető ki:

( )

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−

Δα−β=Δ

CasE

Dtp .korr

21

3 (6.4-7)

A (6.4-7) összefüggéssel a próbanyomás értékét korrigálni kell, amennyiben a nyomáspróba során a környezeti hőmérséklet megváltozott.

Légnemű közeggel végzett nyomáspróba esetén a hőmérséklet-változásból adódó nyomáskorrekció az általános gáztörvény segítségével határozható meg. Ha a próbanyomás elérésekor, azaz a kezdeti állapotban a vizsgált csőszakasz nyomása p1, a környezeti hőmérséklet T1, a V térfogatban lévő munkaközeg tömeg m, moláris tömege pedig M, akkor az alábbi alakban írható fel az általános gáztörvény

111 TRzMmVp = (6.4-8)

ahol z1 a p1 nyomáshoz és T1 hőmérséklethez tartozó eltérési tényező, R pedig a gázállandó. Hőmérsékletváltozás hatására megváltozik a vezetékszakaszban uralkodó nyomás és az eltérési tényező:

222 TRzMmVp = (6.4-9)

A hőmérsékletváltozásból adódó nyomásváltozás abszolút nagyságát a p1 és p2 nyomások különbsége adja

( )221121 TzTzVMRmpp −=− (6.4-10)

Az összefüggés formailag egyszerűsíthető, ha a p1-re, vagy a p2-re vonatkozó relatív nyomásváltozást fejezzük ki:

11

22

1

21

TzTz1

ppp

−=− (6.4-11)

NYOMÁSPRÓBÁK

248

A (6.4-11) összefüggés megadja a vizsgált vezetékszakaszban lévő légnemű munkaközeg nyomásváltozását a hőmérsékletváltozás függvényében.

A (6.4-11) összefüggésnél hallgatólagosan feltételeztük, hogy a V csőtérfogat a hőmérskletváltozás során állandó nagyságú marad.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Hőmérsékletváltozás [oC]

Nyo

más

növe

kedé

s [b

ar]

DN 600 DN 400 Gáz 6.4-2 ábra Nyomásváltozás hőmérsékletnövekedés hatására

A hőmérsékletváltozásból adódó nyomáskorrekció meghatározása a (6.4-11) összefüggés segítségével könnyen számítható:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=Δ 1

TzTzpp

11

221.korr (6.4-12)

Mivel a gáz összenyomhatósága miatt a hőmérsékletváltozás csak kismértékű nyomásváltozást eredményez, 21 zz ≈ feltételezéssel a fenti összefüggés egyszerűsíthető.

A 6.4-2 ábrán a nyomáspróba ideje alatt a hőmérsékletnövekedés hatására bekövetkezett nyomásemelkedés nagysága látható. A változás víz esetén egy nagyságrenddel nagyobb, mint földgáz esetén. Földgáznál a nyomásváltozás a (6.4-10) összefüggésnek megfelelően független a csővtávvezeték átmérőjétől és térfogatától.

6.4-1 Mintapélda: Egy DN 600 névleges átmérőjű, és 20 km hosszúságú távvezetéki szakaszt a nyomáspróba elvégzéséhez vízzel töltöttek fel. Mekkora túlnyomást eredményez a csőtérfogat 0,5 %-ával egyenlő nagyságú túltöltés a vezetékben? A belső átmérő kiválasztásához az F7 függelékben szereplő adatok használhatók.


A csővezeték külső átmérője 609,6 mm A csővezeték falvastagsága 9,5 mm Az acél rugalmassági modulusza 2,068.1011 N/m2 Poisson szám 0,3 A víz kompresszibilitási tényezője 4,54.10-10 m2/N

A nyomásnövekedés a (6.4-2) összefüggés szerint

Nyomáskorrekció

249

( )6790103

10*54,43,01*10*068,2*5,9

6,609005,0p

11211

=+−

=Δ−

N/m2

vagyis Δp = 67,9 bar

6.4-2 Mintapélda: Mekkora lesz az előző vezetéknél a nyomásváltozás, ha a nyomáspróba alatt 10 oC-ról 20 oC-ra emelkedik a környezeti hőmérséklet?


A csővezeték külső átmérője 609,6 mm A csővezeték falvastagsága 9,5 mm Az acél rugalmassági modulusza 2,068.1011 N/m2 Poisson szám 0,3 A víz kompresszibilitási tényezője 4,54.10-10 m2/N Az acél lineáris hőtágulási együtthatója 15 oC-on 1,116.10-5 1/ oC

A víz hőtágulási együtthatója az alábbi hatványsorból számítható: β.106 = - 64,268+17,0105 t – 0,20369 t2 + 0,0016048 t3 l/oC és a hőmérsékletet

oC-ban kell behelyettesíteni. A víz hőtágulási együtthatója 15 oC-on β=15,05 10-5 1/oC.

A nyomásnövekedés (6.4-2) és (6.4-6) összefüggések alapján

( )( )

158915610*54,43,01*

10*068,2*5,96,609

10*10*116,1*305,15p102

11

5

=+−

−=Δ

−

−

N/m2

Δp=15,9 bar

6.4-3 Mintapélda: Határozzuk meg a hőmérsékletváltozásból adódó nyomásváltozást, ha az előzőek szerinti vezetéknél a nyomáspróbát légnemű közeggel végzik. Az egyszerűség kedvéért tételezzük fel, hogy a kezdeti és végállapotban az eltérési tényező értéke azonos.


Próbanyomás 80 bar Hőmérséklet a nyomáspróba kezdetén 10 oC Hőmérséklet a nyomáspróba végén 20 oC

A relatív nyomásváltozás a (6.4-10) összefüggésből számítható:

0353,0116,28316,293

pppp

1

12r =−=

−=Δ

Ugyanebből az összefüggésből kifejezhető Δp értéke is:

83,280*0353,0p ==Δ bar A hőmérséklet-változásból adódó nyomásváltozás tehát 2,83 bar.

NYOMÁSPRÓBÁK

250

Irodalom 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet a szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről és a Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata közzétételéről Földgázszállító vezetékek és technológiai létesítmények nyomáspróbáira vonatkozó előírások M-7/2004. sz. műszaki utasítás, MOL Földgázszállító Zrt., http://www.fri.hu ASME B31.8 – 1999 Edition Gas Transmission and Distribution Piping Systems Gray, J.C. (1976): How Temperature Affects Pipeline Hydrostatic Testing Pipeline and Gas Journal, 12. pp. 26-30 McAllister, E.W. (editor) (1998): Pipe Line Rules of Thumb Handbook Gulf Publishing Co., Houston

Nyomáskorrekció

251

Documents

Szenhidrogen Szallitas I