TL-ZsJ_Gázszállító rendszerek tervezése-2

Tihanyi László – Zsuga János

FÖLDGÁZSZÁLLÍTÓ RENDSZEREK TERVEZÉSE ÉS LÉTESÍTÉSE

2

3

Tartalomjegyzék

1 A földgázszállító rendszerek fejlődése .................................... 9

1.1 A földgázszállító rendszer feladata .................................. 9 1.2 Földgázfelhasználás az elmúlt évtizedekben ................. 10 1.3 Földgázszállító rendszerek Európában........................... 13 1.4 Technológiai fejlődés..................................................... 20 1.5 A földgázszállítás nemzetközi trendjei .......................... 25 1.6 A földgázellátás keretszabályozása az EU-ban.............. 29 1.7 A hazai földgázszállító rendszer fejlődése..................... 37

2 Gázmérnöki alapismeretek..................................................... 55 2.1 Földgázjellemzők változása ........................................... 55 2.2 Állapotegyenletek .......................................................... 62 2.3 Nyomásveszteség számítás ............................................ 66 2.4 A súrlódási tényező számítása ....................................... 70 2.5 Hőmérséklet számítás .................................................... 82 2.6 Gázkeveredés számítás .................................................. 86 2.7 Nagy sebességű gázáramlás ........................................... 89 2.8 Speciális tervezési feladatok .......................................... 95 2.9 A szállítókapacitás értelmezése ................................... 103 2.10 Zajhatás ........................................................................ 114

2.10.1 Zajforrások............................................................. 117 2.10.2 Zajcsökkentés......................................................... 118

3 Gázszállító vezetékek tervezése........................................... 123 3.1 Hidraulikai rendszertervezés........................................ 123 3.2 Az állandósult áramlás matematikai modellje ............. 133 3.3 Mintapéldák a hidraulikai rendszertervezéshez ........... 143 3.4 Szilárdsági méretezés................................................... 154 3.5 Irányadó nemzetközi előírások .................................... 163 3.6 Nyomvonalterv............................................................. 170 3.7 Vonali létesítmények tervezése.................................... 172 3.8 Keresztezések............................................................... 181

3.8.1 Vasút és földgázszállító vezeték keresztezése ......... 181 3.8.2 Közút és földgázszállító vezeték keresztezése......... 182 3.8.3 Vízfolyások keresztezése ......................................... 183

3.9 Csőgörény indító és fogadó állomás ............................ 184 4 Technológiai állomások ....................................................... 191

4

4.1 Gázátadó állomás ......................................................... 191 4.2 Szagosítás..................................................................... 210 4.3 A gázmennyiség mérés eszközei.................................. 213 4.4 Kiegészítő egységek..................................................... 219 4.5 Kompresszorállomás.................................................... 222 4.6 Földgázkeverő állomás ................................................ 241

5 A szállítóvezetékek létesítése............................................... 249 5.1 Előkészítő munkák....................................................... 249 5.2 Építési folyamatok ....................................................... 253 5.3 Csőhegesztés ................................................................ 256 5.4 Csőfektetés ................................................................... 263 5.5 Műtárgy keresztezése................................................... 266 5.6 Folyók keresztezése ..................................................... 267 5.7 Keresztezés irányított ferdefúrással ............................. 271 5.8 Szerelési munkák ......................................................... 273

6 Nyomáspróbák ..................................................................... 277 6.1 Általános előírások....................................................... 277 6.2 Szilárdsági nyomáspróba ............................................. 280 6.3 Tömörségi nyomáspróba.............................................. 283

6.3.1 Műtárgy alatti csőszakaszok nyomáspróbái............. 285 6.3.2 Technológiai varrat .................................................. 286

6.4 Nyomáskorrekció ......................................................... 286 6.5 Levegő hatása a szilárdsági nyomáspróbánál .............. 291

5

Jelölések

Jelölés Megnevezés Mértékegység A,B konstansok (állapotegyenletek) a,b anyag-állandók (állapotegyenletek) a az acél Poisson száma - a, a0 nyugalmi állapotra vonatkozó hangsebesség m/s a1 hangsebesség m/s C a folyadék kompresszibilitási tényezője m2/N 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 f frekvencia 1/s 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 felső hőértéke MJ/m3 Hpol politrópikus szállítómagasság m Hg entalpia kJ/kg 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 Mg 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 -

6

Jelölés Megnevezés Mértékegység n politrópikus kitevő - p nyomás Pa, bar pgn 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 R gázállandó J/(kmól K) rmax. kompresszor maximális nyomásaránya - s csővezeték falvastagsága mm T hőmérséklet valamely pontban oC, K Tav. átlaghőmérséklet oC, K Tgn 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 - Ug belső energia kJ/kg 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) - λ hullámhossz m μg Joule-Thomson együttható oC/bar 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

7

Bevezetés

A Földgázszállító rendszerek tervezése és létesítése c. könyv a Miskolci Egyetemen az olaj- és gázmérnöki szak hallgatói részére tartott azonos című előadások anyagát foglalja össze.

Az ismeretanyag lehatárolásánál azt az elvet követtük, hogy a csőtávvezetékek és a kapcsolódó technológiai létesítmények tervezésével és kivitelezésével kapcsolatos ismereteket foglaltuk össze, az üzemeltetési kérdésekkel nem foglalkoztunk.

A könyv összeállítása során arra törekedtünk, hogy az egyes témakörökkel kapcsolatban az olvasó nemzetközi kitekintést kapjon, és ehhez kapcsolódva megismerje a hazai gyakorlatot is. Nehezítette munkánkat, hogy a ’90-es évektől a magyar gázipar alapvető változásokon ment keresztül. Ebben a folyamatban a műszaki-biztonsági szabályozás a keret-szabályozás irányába tolódott el. A gázipari társaságok tulajdonosai különböző európai országok műszaki-biztonsági szabályozását tekintették irányadónak, ami az iparágon belül is egy színes kép kialakulásához vezetett. Az elmúlt évekre esett az európai földgázpiac liberalizációja is, ami számos területen paradigma váltással járt. A nehézségek ellenére őszintén reméljük, hogy a könyvben összefoglalt ismeretek segítik a gázipari folyamatok megértését, és útmutatást adnak az egyes módszerek alkalmazásához. Szeretnénk, ha az összegyűjtött ismeretanyag hozzájárulna a gázipar további kiegyensúlyozott fejlődéséhez.

2008 óta az OECD országok, ezen belül az Európai Unió tagországai is gazdasági és pénzügyi válsággal küzdenek. Úgy tűnik, hogy a 21. sz. elején egy technológiai forradalomra van szükség a kilábaláshoz. Az energetikában is láthatók azok a jelek és kezdeményezések, amelyek új, esetenként forradalmian új megoldásokat fognak eredményezni. Az elmúlt évtizedben a földgáziparban is jelentős változások mentek végbe, és láthatók a törekvések ezek folytatására, áttérésre új fejlődési pályára. Az energetikai hatékonyság szükségszerű javításához a gázipar is hozzá kíván járulni technikai-technológiai fejlesztésekkel, új rendszerirányítási módszerek alkalmazásával, és a földgáz felhasználási területeinek diverzifikálásával. Természetesen a merész tervek realizálásához a jogszabályi környezet folyamatos változása is szükséges. Meggyőződésünk, hogy az előttünk álló évtizedek minden korábbinál több technikai-technológiai újdonságot fog hozni a gázipar területén. Nem érezzük túlzónak, hogy egy „földgáz-aranykor”-ra kell felkészülni. Ehhez szeretnénk hozzájárulni a korszerű ismeretek rendszerezett összefoglalásával és közreadásával.

8

Az ismeretanyag rendszerezett összefoglalásában hosszú évek óta jelentős segítséget nyújtottak a szakterület jeles hazai képviselői. A Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet és a Földgázszállító Zrt. munkatársainak ezúton is köszönetet mondunk hasznos tanácsaikért és önzetlen segítségükért.

Őszintén reméljük, hogy a könyvben összefoglalt szakmai ismeretek hasznosak lesznek azok számára, akik csak most ismerkednek ezzel a szakterülettel, de hasznosak lesznek a gyakorló mérnökök számára is.

Miskolc, 2012. október A szerzők

A földgázszállító rendszerek fejlődése

9

1 A földgázszállító rendszerek fejlődése

1.1 A földgázszállító rendszer feladata

A földgázszállító rendszer a földgázmezőktől a fogyasztókig terjedő csővezetékes energiaellátó rendszernek a központi eleme, amely integrálja a földgázforrásokat, elszállítja a földgázt a forráskörzetekből a fogyasztói körzetekbe, továbbá biztosítja az adott ország jogszabályaiban rögzített pontosságú mérés és elszámolás technikai feltételeit. A földgázszállító csővezeték rendszerek 25 – 100 bar nyomástartományban, általában földbe fektetve üzemelnek kontinensek között, a kontinenseken, vagy az országhatárokon belül, és lehetővé teszik földgáznak, mint energiahordozónak a biztonságos és gazdaságos szállítását.

Belföldi források

Import források

LNG források

Egyéb források

K

Földalatti tárolók

Települések

Hőerőművek

Nagyfogyasztók

Interkonnektorok

M

M

M

M+Gk M

Sz+M

Sz+M

Sz+M

M

K

Sz+MM

K

Szabályozó- és mérő állomásMérő állomás

KompresszorállomásM+Gk Mérő- és gázkeverő állomás

Földgázszállító rendszer

1-1 ábra A földgázszállító rendszer struktúrája

Az 1-1 ábrán látható, hogy a földgázszállító rendszer betáplálási oldalán kapcsolódik az adott országban termelésbe állított gázmezőkhöz, az import betáplálási pontokhoz, egyes országokban a cseppfolyós földgáz (LNG) betáplálási pontokhoz, továbbá az egyéb gázforrásokhoz (pl. szénhez kötött metán, kondicionált biogáz stb.). A rendszer a felhasználói oldalon települések, hőerőművek vagy ipari nagyfogyasztók részére adja tovább a szállított energiahordozót. Alapvető követelmény, hogy a beadási és a kiadási pontokon a gázmennyiséget az Üzemi és Kereskedelmi Szabályzatban rögzített pontossággal folyamatosan mérjék. A kiadási pontokon a szállító rendszerhez kisebb nyomású csővezetékek, illetve elosztó rendszerek kapcsolódnak, emiatt a kötelező mérésen túl nyomáscsökkentésre, szabályozásra is szükség van. A hazai és a szomszédos országok földgázszállító rendszerét összekötő interkonnektorok csatlakozási pontjaiban folyamatos mérére van szükség.


10

A földgázszállító rendszerhez kapcsolódnak a földalatti gáztárolók, amelyek a földgáznak a szezonális és a kereskedelmi célú tárolását teszik lehetővé. A földgázszállító rendszer és a földalatti tároló kapcsolódási pontjában az áramlás változó irányú, az egyik rendszerből a másikba áramló gázmennyiséget folyamatosan mérni kell.

A földgázszállító rendszerben az ármló gáz súrlódási vesztesége és a készletváltozás miatt a nyomások folyamatosan változnak. A nyomások tervszerű fenntartása és a tervezett szállítási ütemtervek biztosítása érdekében kompresszorállomásokat kell üzemeltetni. A kompresszorállomások földgáz felhasználását folyamatosan mérni kell a korrekt elszámolás érdekében.

A csőtávvezetéken keresztül történő földgázszállítás egy sajátos szállítási tevékenység. A szállított földgáz a kereskedők tulajdonában van, a szállító rendszer üzemeltetőjének garantálni kell a mennyiségek sérthetetlenségét. A szállító rendszer üzemeltetője nyilvánosan meghirdetett tarifáért diszkrimináció mentesen köteles végezni a szállítási tevékenységet.

1.2 Földgázfelhasználás az elmúlt évtizedekben

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Ener

giaf

ogya

sztá

s [m

illió

toe]

Szén Kőolaj Földgáz Atomenergia Vízerő 1-2 ábra Az energiahordozók felhasználásának változása az USA-ban

(Forrás: BP Statistical Review of World Energy, 2012.)

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 földgáz 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 szervesen összekapcsolódott egymással. A gáziparnak az


11

elmúlt évtizedekben bekövetkezett fejlődését érdemes a számok tükrében is megvizsgálni. Az 1-2 ábrán a primerenergia hordozók felhasználásának a változása látható 1965 és 2011 között.

Az USA-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 20. század első felében egyeduralkodó volt a szénalapú városi gáz, amelyet infrastrukturális korlát miatt fűtésre csak elvétve 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 infrastruktúra. 2010 év végén az Európai Unió tagországaiban összesen 115,8 millió fogyasztó vezetékes földgázellátása valósult meg.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Ener

giaf

ogya

sztá

s [m

illió

toe]

Szén Kőolaj Földgáz Atomenergia Vízerő 1-3 ábra Az energiahordozók felhasználásának változása Európában


Az elmúlt évtizedek tendenciáit vizsgálva az 1-3 ábra alapján azt mondhatjuk, hogy Európai Unió (EU-27) országaiban a földgázfelhasználás gyors ütemben


12

nőtt, és napjainkra a kőolaj után a földgáz a második legfontosabb energiahordozó. Ez az országcsoport jelentősen tudta csökkenteni az olajfüggőségét, 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.

0

100

200

300

400

500

600

700

80019

65

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Föld

gázf

elha

szná

lás

[mill

iárd

m3 /a

]

USA Közel-Kelet összesen Afrika összesenTávol-Kelet összesen Európai Unió Korábbi Szovjetunió

1-4 ábra A földgázfelhasználás változása az elmúlt évtizedekben (Forrás: BP Statistical Review of World Energy, 2012.)

0

50

100

150

200

250

1991 2001 2011

Biz

onyí

tott

kész

lete

k [e

zer m

illiá

rd m

3 ]

Közép-Kelet Európa és Eurázsia Távol-Kelet Afrika Észak-Amerika Dél- és Közép-Amerika 1-5 ábra Bizonyított földgázkészletek az elmúlt két évtizedben



13

Az 1-4 ábra szemlélteti a földgázfelhasználás időbeni változását 1965 és 2011 között. Európában a 70-es évekre jellemző dinamikus növekedés egy évtized után lelassult, 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.

Az 1-5 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 Független Államok Közössége (FÁK) tagországok bizonyított földgázkészlete is megduplázódott. Észak-Amerikában és az EU országokban a hagyományos készletek nagysága lassú csökkenést mutat, de új korszak kezdetét jelzi a nem-hagyományos készletek jelentős nagysága.

Az elmúlt negyven év során számos tényező hatására alakult ki a jelenlegi helyzet, amelyben Európa földgázigényét három “külső” forráskörzet biztosítja:

• Hollandia és az Északi-tenger, • Algéria, • Oroszország és a FÁK tagköztársaságok.

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 Unió országaiban 2010-re egységes földgázpiac alakult ki.

1.3 Földgázszállító rendszerek Európában

Kétféle szállítási technológia terjedt el széles körben:

• gáztávvezetékekből és nyomásfokozó kompresszorállomásokból álló rendszeren keresztül történő szállítás;

• cseppfolyós halmazállapotban (LNG) formájában 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


14

fogadóállomáson elpárologtatják a cseppfolyós földgázt, és ugyancsak távvezetéken szállítják tovább a felhasználókig.

Az Európai Unió országaiban az 1960-as évektől 2010 végéig kiépült a gázszállító és gázelosztó vezetékek összhossza meghaladta a 2 millió km-t, a földgázzal ellátott háztartások száma pedig elérte a 115,8 millió-t (EUROGAS, 2011).

1-6 ábra A nyugat-európai ellátási régió

Forrás: ENTSOG, http://www.entsog.eu/download/maps, 2012.

Az európai 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 15,5 Mrd m3/a szállítókapacitású gáztávvezeték, amely DN950 névleges átmérőjű, teljes hossza 968 km, és 4 kompresszorállomás szolgál a súrlódási nyomásveszteség pótlására. A távvezetéket 1972-ben kezdték építeni, és 1974-ben helyezték üzembe. (Wikipedia, 2012.). Az 1-6 ábrán az északi-tengeri régió jelentős kapacitású távvezetékei láthatók.


15

A 60-as évek második felében termelésbe állított északi-tengeri szénhidrogén lelőhelyeket tenger alatti távvezetékekkel kötötték össze Nagy-Britanniával és az európai kontinenssel. A DN900 névleges átmérőjű, 440 km hosszúságú és 16 Mrd m3/a szállítókapacitású NORPIPE gáztávvezeték Ekofisk-Emden nyomvonalon szállít földgázt Németországba. A DN1000 névleges átmérőjű, 660 km hoszúságú és 18 Mrd m3/a szállítókapacitású EUROPIPE I. távvezeték a Draupner-E platformról szállít földgázt az Emden-i fogadóállomásra. A távvezetéket 1995-ben helyezték üzembe. A DN1000 névleges átmérőjű, 658 km hosszúságú és 24 Mrd m3/a szállítókapacitású EUROPIPE II. távvezeték Norvégiából szállít földgázt Németországba. A távvezetéket 1999-ben helyezték üzembe. A DN1000 névleges átmérőjű, 814 km hosszúságú és 15 Mrd m3/a szállítókapacitású ZEEPIPE távvezeték Sleipner-Zeebrügge nyomvonalon Belgiumba szállítja a földgázt. A távvezetéket 1993-ban helyezték üzembe. Az angol gázszállító rendszer két fő betáplálási pontja a skóciai St. Fergus-nál és Bacton-nál van. A brit szigetek és a kontinens közötti összeköttetést szolgálja a Bacton-Zeebrügge nyomvonalon az INTERCONNECTOR távvezeték, amely DN900 névleges átmérőjű, 235 km hosszúságú és 25,5 Mrd m3/a szállítókapacitású távvezeték, amelyet 1998-ban helyeztek üzembe (Wikipedia, 2012.).

1-7 ábra A dél-európai ellátási régió


Az algériai-olasz Enrico Mattei (TRANSMED) gáztávvezetéket 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 370 km


16

hosszú, és mindkettő DN1200 névleges átmérőjű. Tunézia és Szicila között a távvezeték a tenger alatt halad, és három, egyenként 155 km hosszú és DN500 névleges átmérőjű párhuzamos szakaszból áll. A maximális fektetési mélység 610 m. Az olasz szakasz Szicilián áthaladó része 340 km hosszú és DN1200 névleges átmérőjű, amely a messinai tengerszorosban 15 km-es hosszon négy párhuzamos ágra (névleges átmérőjük DN250/DN500) válik szét. Az olasz szárazföldi szakasz teljes hossza 1055 km, és névleges átmérője Melizzanóig DN1200, onnan tovább Minerbióig pedig DN1050. Minerbiónál a végponthoz egy nagy kapacitású földalatti tároló kapcsolódik. A távvezeték üzemnyomása 80 bar. A 90-es évek közepén a távvezeték párhuzamosításának eredményeképpen a szállítókapacitás az eredeti 12,5 Mrd m3/a-ről 30,2 Mrd m3/a-re nőtt. A rendszer része még a DN800 névleges átmérőjű és 520 km hosszúságú és 11 Mrd m3/a szállítókapacitású GREENSTREAM gáztávvezeték, amely a líbiai Mellitah-ból indul és a szicíliai Gela-nál kapcsolódik a TRANSMED távvezetékhez (Wikipedia, 2012.).

A mediterrán térségben a másik nagy kapacitású gáztávvezeték, a Pedro Duran Farell (MAGHREB) vezeték, amely Algériából Marokkón és a Gibraltári-szoroson keresztül szállítja a földgázt Spanyolországba. A DN1200 névleges átmérőjű távvezeték algériai szakasza 515 km, marokkói szakasza pedig 522 km hosszúságú. A Gibraltári-szorosban 45 km hosszúságban két DN550 névleges átmérőjű párhuzamos vezeték köti össze a két kontinenst. A spanyolországi szakasz 269 km hosszúságú és DN1200, ill. DN900 névleges átmérőjű. A távvezetékrendszer szállítókapacitása első ütemben 8,6 Mrd m3/a volt, ezt később 12 Mrd m3/a-ra bővítették (Wikipedia, 2012.).

Az orosz földgáz 1973-ban jelent meg az európai piacon, amikor Ukrajna és az NSZK között megépítették az első 1800 km hosszú, DN900 névleges 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, DN800 névleges átmérőjű, névleges üzemnyomása 70 bar. A TAG orosz földgázt szállít Olaszország és Szlovénia felé. A két párhuzamos távvezeték ausztriai szakasza 380 km, névleges átmérője DN1050, ill. DN950/900. A TAG 1974 óta üzemel, és Észak-Olaszországban össze van kötve a TRANSMED vezetékkel. A két korábbi távvezeték szállítókapacitását 2006-ban egy új, harmadik távvezetékkel 41 Mrd m3/a-re bővítették. A TAG vezetékről ágazik le a SOL távvezeték Szlovéniába és a Horvát Köztársaságba, ausztriai hossza 26 km, névleges átmérője DN500 (Wikipedia, 2012.).


17

Az orosz földgázt Waidhaustól a Mittel-Europäische Gasleitung (MEGAL-Nord) szállítja tovább a német-francia határig Medelsheimig. A távvezeték egy 459 km-es és egy 449 km-es szakaszból áll, a párhuzamos vezetékek névleges átmérője DN1200/DN1000, illetve DN1100. A 80 bar-os üzemnyomáson a rendszer szállítókapacitása 22 Mrd m3/a.

1-8 ábra A kelet-európai ellátási régió


1973 után az orosz exportszállítások növekedése miatt további kelet-nyugati távvezetékek épültek a Cseh- és Szlovák Köztársaságon keresztül. A legnagyobb, DN1420 névleges átmérőjű, és 6000 km hosszúságú (beleértve a FÁK országok


18

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 szállítókapacitása 2011-ben 90 Mrd m3/a volt.

1-1 táblázat Európa gázellátását biztosító transzkontinentális távvezetékek Honnan-hova A távvezeték neve Kapacitása

(Mrd m3/a) Az építés kezdete

Norvégia-Németország (Emden) Europipe I 13-16 1995 Norvégia-Németország (Emden) Europipe II 21,7 1999 Norvégia-UK (St Fergus) Frigg 11 1978 Norvégia-Franciaország (Dunkirk) Franpipe (Norfa) 16 1998 Norvégia-Németország (Emden) Norpipe 11 1977 Norvégia-Belgium (Zeebrugge) Zeepipe I 12,5 1993 Norvégia-UK (Easington) Langeled I 25 2006 Norvégia (Ormen Lange) UK Langeled II 25 2007 Algéria-(Tunézia)-Olaszország Enrico Mattei 27 1983, 1994 Algéria-(Marokkó)-Spanyolország Pedro Durell

Farell 13 1997, 2004

Líbia-Olaszország (Gela) Greenstream 8 2004 Oroszország-Szlovákia/Mo. 104 1967/78/84/89 Oroszország-Finnország (Imatra) 5,8 1973 Oroszország-Románia (Isaccea) 14,3 1987 Oroszország-Lengyelország (Kondratki)

Europol 33 1999

Oroszország-Németország (Greifswald)

Nordstream I 27,5 2010

Oroszország-egyéb 20,8 Létező kapacitás 363 Algéria-Spanyolország (Almeria) Medgaz 8-10 2008/09 Algéria-Olaszország (Livorno) GALSI 8-10 2011 Kaukázus-Töröko.-Görögo.-Olaszo. TGI 8-10 2011 Oroszország-Németország (Greifswald)

Nordstream II 27,5 2012

Oroszország-Olaszország Southstream 40 2013 Kaukázus-Törökország-Ausztria Nabucco 31 2013 Tervezett kapacitás 122-128

Forrás: Natural Gas Supply and Market Security, OME, 2012

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


19

megnehezítette az új független államok szembenállása egymással és Oroszországgal.

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 Frankfurt/Oder-nél a Gazprom leányvállalatának a Wingas-nak a STEGAL (Sachsen-Thüringen Gas Leitung) elnevezésű 320 km-es DN800 névleges átmérőjű távvezetékéhez kapcsolódik. A szállítás 1997-ben indult, de a szállítókapacitás csak fokozatosan érte el a tervezett értéket. Mivel a gázmező a sarkkörön túl található, a távvezeték első 450 km-es szakasza permafroszt talajon vezet át.

Az elmúlt évek legfontosabb európai gázvezeték fejlesztése az Oroszország és Németország között 2010-ben kiépített Nordstream tengeri vezeték volt. A DN1200 névleges átmérőjű és 1222 km hosszúságú távvezeték nyomvonala Vyborg-Greiswald között a Balti-tengerben húzódik, szállítókapacitása 55 109 m3/a. A 2011-ben üzembe állított csőtávvezeték közvetlen összeköttetést teremtett a forrás és a földgázfelhasználás legnagyobb európai piaca között. A középtávú tervek alapján hamarosan bővítik a kiépített vezeték kapacitását, amely hosszú távra képes lesz biztosítani Németország földgázimportjának döntő részét.

Az Európai Unió által elfogadott prognózisok alapján a földgáz felhaszálás folyamatosan növekedével kell számolni a következő évtizedekben és ez szükségessé teszi a meglévő szállítókapacitások felülvizsgálatát és bővítését 2015 és 2020 között.

A 2000-es évek elejére világossá vált, hogy a közép- és kelet-európai (CEE) régió számára a gázellátás kérdése és lehetősége markásan különbözik a nyugat európai régióétól, hiszen ebben a térségben nem áll rendelkezésre alternatív gázforrás. Ennek következtében magasak a fogyasztói árak a verseny hiánya miatt és ez nagyfokú társadalmi problémával és jelentős költséggel jár együtt. A probléma megoldását akadályozza a térségben üzemelő földgázszállító távvezetékek strukturális sajátossága, amelyből hiányoznak az Észak-Dél irányú szállításra alkalmas interkonnektor vezetékek és az új forrásokat biztosító LNG terminálok. Az is világossá vált, hogy az egyes országok nem tudják önállóan megoldani a gázellátási problémájukat, csakis regionális együttmúködés esetén van remény az egyoldalú importfüggőség enyhítésére és ezáltal piaci körülmények között a fogyasztói árak csökkentésére.


20

1-9- ábra Új interkonektor tervek a CEE régióban

Forrás: FGSZ Zrt., 2012

Jelenleg több megoldás is versenyben van közép-ázsiai földgázok behozatalára a régióba, amelynek lehetséges útvonalai láthatók az 1-9 ábrán. Azt azonban hangsúlyozni kell, hogy a domináns import forrás a régióban még hosszú ideig az orosz földgáz marad.

1.4 Technológiai fejlődés

A 19. sz. végén a földgázszállításhoz még kovácsolt- vagy öntöttvas csöveket használtak. Az I. világháború után nagy lépést jelentett a varratmentes acél csövek megjelenése és alkalmazása egészen a DN650 névleges átmérőig. Ezek olcsóbbá és egyszerűbbé tették a csőtávvezetékek építését. Ugyancsak jelentős előrelépést jelentett az elektromos ívhegesztés alkalmazása. Az 1930-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 acélból 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


21

szállítókapacitása a korábbiak sokszorosára nőtt. Az előzőek együttes hatására 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 American Petroleum Institute API-5L csőszabványt és az American Society of Mechanical Engineers 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 ajánlás 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 hatékony számítógépes felügyeleti rendszerek segítik a diszpécserek 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 1-2 táblázatban láthatók (Steinmann, 1985.).

Egy képzeletbeli 6000 km-es távvezetéket vizsgált a 20. 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 volna, és a 143 kompresszorállomás a betáplált gáz 48,8 %-át nyomásfokozás céljára elfogyasztotta volna.


22

1-2 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 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 kompresszorállomás 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

10

20

30

40

50

60

100 300 500 700 900 1100 1300 1500

Névleges átmérő

Szál

lítók

apac

itás

[109 m

3 /a]

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 fogyasztotta volna el. A táblázatból látható, hogy az üzemnyomásnak és az átmérőnek a növekedése, továbbá a kompresszorállomások energiafogyasztásának a csökkenése várhatóan a jövőben is folytatódni fog.


23

Az 1-10 ábrán egy 100 km hosszúságú távvezeték szállítókapacitásának a változása látható a névleges átmérő függvényében. A feltételezett nyomásgradiens 0,3 bar/km, vagyis a nyomásveszteség a teljes szakaszon 30 bar. Az ábrából jól látható az átmérő növelésének kedvező hatása a szállítókapacitásra. Amíg egy DN600-as névleges átmérőjű távvezetéknek kereken 5 Mrd m3/a a szálítókapacitása, addig kétszer ekkora szállítókapacitáshoz elegendő egy DN800-as névleges átmérőjű távvezeték.

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 1-11 ábra Vezetékszakasz súlya

Az üzemnyomás és az átmérő növelése a jobb minőségű acélok alkalmazásával vált lehetővé. Az előző állítás alátámasztására tételezzük fel, hogy egy csővezeték acélanyagának szilárdsági jellemzője nem változik, ugyanakkor az üzemnyomása 20 bar-ról 80 bar-ra, átmérője pedig 400 mm-ről 1200 mm-re nő, akkor a nagyobb nyomású csőtávvezeték falvastagsága 12-szerese a kisebb nyomásúénak. A nagyobb falvastagság 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.

Az 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.

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 1-12 ábrán látható, hogy 1000 mm átmérőnél a legjobb minőségű acélból készült csőszakasz relatív ára fele akkora, mint a legrosszabb minőségű acélból készült csőszakaszé.


24

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 1-12 ábra Relatív cső-ár

A nagy távolságú gázszállítás gazdaságosságának egyik alapvető követelménye tehát az egyre nagyobb szakítószilárdságú acélból készült csőtávvezetékek alkalmazása. Az 1-11 és az 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.

1-3 táblázat Kompresszor meghajtó motorok fejlődése A motor típusa Alkalmazása Max. egységtelje-

sítmény [kW] Hatásfok

% Gőzgép 1900-1950 3 000 8-21

Gőzturbina 1950-ig 3 000 18-32 Ottó motor (kicsi) 1960-ig 500 25-30 Ottó motor (nagy) Napjainkig 10 000 30-38

Diesel motor (kicsi) 1960-ig 500 30-35 Diesel motor (nagy) Napjainkig 10 000 35-43 Gázturbina (1. gen.) 1950-től 12 000 18-29 Gázturbina (2. gen.) 1970-től 25 000 30-35

Gázturbina (komb. cikl.) 1980-tól (3+1) x 20 000 45 A gázszállítás gazdaságosságát az acélcső mellett alapvetően a kompresszor meghajtó motorok befolyásolják. Az 1-3 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.


25

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.

1.5 A földgázszállítás nemzetközi trendjei

A földgázszállítás közép- és hosszú távú trendjeit döntően a világ bizonyított földgázkészleteinek a földrajzi megoszlása határozza meg, amelyek az 1-13 ábrán láthatók.

80,03 78,69

16,78 14,5310,83

7,58

Közép-Kelet Európa ésEurázsia

Távol-Kelet Afrika Észak-Amerika

Dél- ésKözép-

Amerika

ezer

mill

iárd

m3

1-13 ábra A régiók bizonyított földgázkészlete (2011.12.31)


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


26

közel-keleti készletek együttes részesedése 76%, ami azt jelenti, hogy Európa országai évtizedekig támaszkodhatnak ezekre a földgázforrásokra.

1-4 táblázat Nemzetközi csővezetéken forgalmazott import gáz adatok

Exportőr 2009 2010 Éves növekedés

Mrd m3 Mrd m3 % Oroszország 195,08 29,1% 211,25 29,4% 8,3 Norvégia 94,04 14,1% 95,88 13,3% 2 Kanada 92,24 13,8% 92,4 12,9% 0,2 Hollandia 50,32 7,5% 53,33 7,4% 6 Algéria 31,77 4,7% 36,48 5,1% 14,8 USA 30,32 4,5% 31,19 4,3% 2,9 Türkmenisztán 24,77 3,7% 30,74 4,3% 24,1 Egyéb 151,81 22,6% 167,61 23,3% 10,4 Összesen: 670,35 100% 718,88 100% 7,2

Forrás: Cedigaz, Natural gas in the world, 2011.

1-5 táblázat Földgázszállítási adatok Európában 2009 2010

csővezetéken LNG formában

Összesen csővezetéken LNG formában

Összesen Ország

Mrd m3 Mrd m3 Mrd m3 Mrd m3 Mrd m3 Mrd m3 Ausztria 7,2 7,2 6,8 6,8 Belgium 15,2 6,3 21,5 18,1 5,9 24 Bulgária 2,1 2,1 2,2 2,2 Horvátország 1,2 1,2 1,2 1,2 Csehország 9,6 9,6 9,6 9,6 Finnország 4,1 4,1 4,5 4,5 Franciaország 34,1 13,1 47,2 35 13,9 48,9 Németország 89,4 89,4 92,8 92,8 Görögország 2,8 0,7 3,5 2,7 1,2 3,9 Magyarország 8 8 7,5 7,5 Írország 5,1 5,1 5,3 5,3 Olaszország 66,4 2,9 69,3 66,3 9,1 75,4 Litvánia 2,4 2,4 2,6 2,6 Luxemburg 1,3 1,3 1,4 1,4 Hollandia 17 17 17 17 Lengyelország 8,9 8,9 10,2 10,2 Portugália 1,6 2,8 4,4 2 3 5 Románia 2,1 2,1 2,2 2,2 Szerbia 2,3 2,3 2,3 2,3 Szlovákia 5,1 5,1 5,5 5,5 Spanyolország 9 27 36 8,9 27,5 36,4 Svájc 3,1 3,1 3,6 3,6 Nagy-Britannia 30,9 10,2 41,1 35 18,7 53,7 Összesen: 328,9 63 391,9 342,7 79,3 422

Forrás: FGSZ Zrt., 2012.


27

Az 1-4 táblázat tartalmazza a csőtávvezeték rendszereken bonyolított földgázkereskedelem 2009-2010. évi adatait. A táblázatból látható, hogy Norvégia, Kanadát megelőzve előlépett a világ második legnagyobb földgáz exportőrévé Oroszország után. Látható továbbá, hogy a nyugat-európai országok csaknem kivétel nélkül több országból, míg a kelet-európai országok elsősorban Oroszországból importálnak földgázt. Egyes országok jelentős nagyságú import mellett kis mennyiségeket exportálnak is, főleg a határ mentén jelentkező igények kielégítésére.

Az 1-5 táblázat tartalmazza a nemzetközi gázszállító rendszereken bonyolított földgázforgalom 2010. évi adatait, de nem tartalmazza az adott országokban a hazai termelésű földgázok szállítási adatait.

Európa gázellátására készült becslések elég széles tartományban szórnak, általában felismerhető, hogy készítői milyen fejlesztési alternatívát preferáltak. Az egymással versengő alternatívák az 1-14 ábrán láthatók:

• az orosz gázimport növelése, új szállítási útvonalak kiépítésével (Nord Stream, South Stream)

• a Közel-Kelet és Európa távvezetéki összekötése, (Nabucco vezeték) • az LNG részarányának a növelése afrikai és közel-keleti forrásokra

támaszkodva. 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. Az alternetívát jelentő, LNG formában történő tengeri szállítás csak akkor versenyképes a csővezetékes szállítással, ha 3000 km-nél nagyobb távolságra van a szállítás forráspontja a felhasználási területtől.

Az orosz energiahordozó kereskedelemre hosszú időn keresztül az erős politikai befolyás 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, illetve kereskedőházat hozott létre (Vyakhirev, 1996).

A Yamal-, majd a Nordstream távvezeték megépítésével az orosz földgázexport számára három nagy kapacitású szállítási irány áll rendelkezésre, hogy a nyugat-európai export jelentős részét, elsősorban a német és francia piacra szállítsák. Az új vezetékek megépítése következtében a legkorábban épült és Szlovákiában


28

húzódó tranzit útvonalon átmenetileg kapacitásfelesleg lehet, miközebn az ettől délre eső térségben várhatók fejlesztések a földgáznak, mint primer energiahordozónak a szerepnövekedése miatt.

1-14 ábra Alternatív földgázszállítási útvonalak

Forrás: FGSZ Zrt.

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 az orosz-nyugat-európai, illetve az algériai-olasz együttműködésre jellemző. Ezeknél a gázszállító rendszereknél az érintett országok finanszírozásával és beruházásában nagy szállítókapacitású transznacionális céltávvezetékek épültek. Ennek ellentételeként a beruházó hosszú lejáratú földgázvásárlási jogot kapott az exportáló országtól. A távvezeték az érintett országokban nemzeti tulajdonba került. A transznacionális gáztávvezeték


29

rendszerek létesítésének nagy tőkeigénye csak speciális hitelkonstrukcióval biztosítható. A finanszírozás hosszú távú "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.

A 2010-es évekre piaci körökben elfogadottá vált az a vélemény, hogy amennyiben valamely vezeték megépül, akkor azon előbb-utóbb földgázt fognak szállítani. Az előrejelzések szerint 2020 után, a jelenleg folyamatban lévő beruházásokat is figyelembe véve, a kiépített kapacitások nem lesznek elegendők az európai fogyasztók igényeinek kielégítéséhez.

1.6 A földgázellátás keretszabályozása az EU-ban

Az Európai Unióban évtizedeken keresztül a termékekre és a szolgáltatásokra vonatkozó versenyfeltételek csak korlátozottan érvényesültek az energiahordozók, így a földgáz piacán. A vezetékes energiahordozók piacai nemzeti monopóliumként működtek, ahová külső szereplők nem tudtak belépni és ez gátolta a versenyt és az árak szabad mozgását. Emiatt az Unióban 1990 és 2010 között politikai döntések sorozatát hozták meg a vezetékes energiahordozók piacának átalakításáról.

Az Európa Parlament és Tanács 2009. július 13-án elfogadta a 2009/73/EK irányelvet a földgáz belső piacára vonatkozó közös szabályokról és a 2003/55/EK irányelv hatályon kívül helyezéséről. A Bizottság 2007. január 10-i „Európai energiapolitika” című közleménye kiemelte annak fontosságát, hogy megvalósuljon a földgáz belső piaca, és hogy a Közösség-ben székhellyel rendelkező valamennyi földgázipari vállalkozás számára egyenlő feltételeket teremtsenek. A Bizottság 2007. január 10-i „A földgáz és a villamos energia belső piacának jövőbeni lehetőségeiről”című, és a „Vizsgálat az 1/2003/EK rendelet 17. cikke értelmében az európai gáz- és villamosenergia-ágazatról (zárójelentés)” című közleményei kimutatták, hogy az érvényes szabályok és intézkedések nem biztosították a szükséges keretet a jól működő belső piac megvalósításának. Ha a hálózatok nem különülnek el ténylegesen a termelési és ellátási tevékenységektől (tényleges szétválasztás), az nemcsak a hálózat üzemeltetése terén jár a hátrányos megkülönböztetés kockázatával, hanem a vertikálisan integrált vállalkozásoknak saját hálózataikba történő megfelelő szintű beruházásra való ösztönzése terén is.

Tényleges szétválasztás csak úgy érhető el, ha megszűnik a vertikálisan integrált vállalkozások törekvése a versenytársak hálózati hozzáféréssel és beruházásokkal kapcsolatos megkülönböztetésére. A belső érdekellentét feloldására és az ellátás biztonságának megvalósítására egyértelműen eredményes és szilárd módszer a


30

tulajdonjog szétválasztása, amelynek során a hálózat tulajdonosát jelölik ki ellátási és termelési érdekektől független rendszerüzemeltetőnek. Ezért az Európai Parlament a földgáz és a villamos energia belső piacának jövőbeli lehetőségeiről szóló, 2007. július 10-i állásfoglalásában a szállítási szinten megvalósított tulajdonjogi szétválasztást nevezte a legalkalmasabb eszköznek arra, hogy az infrastrukturális beruházásokat megkülönböztetéstől mentesen ösztönözzék, az új belépőknek tisztességes hálózati hozzáférést biztosítsanak és a piacot átláthatóvá tegyék. A tulajdonjogi szétválasztás értelmében ezért a tagállamoktól meg kell követelni annak biztosítását, hogy ugyanazon személy vagy személyek ne legyenek jogosultak egy termelési vagy ellátási vállalkozás irányításában való részvételre, és ezzel egy időben egy szállításirendszer-üzemeltető vagy szállítási rendszer irányítására vagy azokra vonatkozó bármely jog gyakorlására. Fordított viszonylatban is, egy szállítási rendszer vagy szállításirendszer-üzemeltető irányításában való részvételnek eleve ki kell zárnia a termelési vagy ellátási vállalkozás irányításának vagy az azokra vonatkozó jog gyakorlásának a lehetőségét. Ezeken a korlátokon belül termelési vagy ellátási vállalkozás részére lehetővé kell tenni, hogy egy szállítási rendszer-üzemeltetőben vagy a szállítási rendszerben kisebbségi részvénytulajdonnal rendelkezzen.

A szétválasztásra irányuló rendszereknek hatékonyan meg kell szüntetniük az érdekellentéteket a termelők, az ellátók és a szállításirendszer-üzemeltetők között annak érdekében, hogy ösztönzőket hozzanak létre a szükséges beruházásokhoz és biztosítsák a piacra lépő új szereplők hozzáférését egy átlátható és hatékony szabályozási rendszer keretében, valamint nem hozhatnak létre túlságosan nehézkes szabályozási rendszert a nemzeti szabályozó hatóságok számára.

A tulajdonjogi szétválasztás értelmében a hálózatüzemeltetés ellátási és termelési érdekektől való teljes függetlenségének biztosítása, valamint a bizalmas információk átadásának megakadályozása érdekében ugyanazon személy nem lehet tag szállításirendszer-üzemeltető vagy szállítási rendszer és termelési vagy ellátási feladatot betöltő vállalkozás ügyvezető testületében sem. Ugyanezen okból ugyanazon személy nem lehet egyszerre jogosult szállításirendszer-üzemeltető vagy szállítási rendszer ügyvezető testülete tagjainak kinevezésére és termelési vagy ellátási vállalkozás irányításában való részvételre vagy az azokra vonatkozó bármilyen jog gyakorlására.

Az ellátási és termelési érdekektől független rendszerüzemeltető vagy szállításirendszer-üzemeltető létrehozásának lehetővé kell tennie, hogy a vertikálisan integrált vállalkozások az érdekek tényleges elkülönítése mellett megtarthassák a hálózati vagyonban meglévő tulajdonukat, miközben biztosítja azt, hogy az ilyen független rendszerüzemeltető vagy az ilyen független szállításirendszer-üzemeltető minden rendszerüzemeltetői feladatot ellát és működése részletes szabályoknak, valamint széles körű szabályozói ellenőrzési mechanizmusoknak van alávetve.


31

A vertikálisan integrált vállalkozások részvényeseinek teljes körű érdekvédelme céljából a tagállamok választására kell bízni, hogy a tulajdonjogi szétválasztást közvetlen elidegenítéssel vagy az integrált vállalkozás részvényeinek a hálózati vállalkozás részvényeire és a fennmaradó ellátási és termelési vállalkozás részvényeire való bontással valósítják-e meg, feltéve hogy teljesülnek a tulajdonjogi szétválasztásból eredő követelmények.

A független rendszerüzemeltetői vagy független szállításirendszer-üzemeltetői megoldások teljes körű eredményességét meghatározott kiegészítő szabályokkal kell biztosítani. A szállításirendszer-üzemeltetők függetlenségével kapcsolatos szabályok megfelelő szabályozási keretet nyújtanak a tisztességes verseny, az elégséges beruházások, az új piaci szereplők hozzáférésének és a földgázpiacok integrációjának biztosításához. A szállításirendszer-üzemeltetők függetlenségéről szóló rendelkezések révén történő tényleges szétválasztás egyrészt egy, szervezési intézkedésekből és a szállításirendszer-üzemeltetők irányításával kapcsolatos intézkedésekből álló pilléren, másrészt egy olyan beruházási intézkedésekből álló pilléren nyugszik, amelyek az új termelési kapacitásokat regionális együttműködés útján kötik a hálózati és piaci integrációhoz. A szállításirendszer-üzemeltető függetlenségét többek közt ún. „türelmi időszak”révén is biztosítani kell, amely alatt a vertikálisan integrált vállalkozásban nem gyakorolnak olyan vezetői vagy más hasonló tevékenységet, amely során ugyanahhoz az információhoz lehet hozzájutni, mint a vezetői beosztásokban.

A hálózati tevékenységeknek az ellátási és termelési tevékenységektől való teljes mértékű tényleges elkülönítését a Közösség egészében meg kell valósítani, a közösségi és nem közösségi vállalkozások vonatkozásában egyaránt.

Annak biztosítására, hogy a hálózati tevékenységek, valamint az ellátási és termelési tevékenységek a Közösség egészében egymástól függetlenek maradjanak, a szabályozó hatóságokat fel kell jogosítani arra, hogy megtagadják a szétválasztási szabályokat be nem tartó szállításirendszer-üzemeltetők tanúsítását. E szabályoknak a Közösség egészében való következetes alkalmazásának biztosítása érdekében a szabályozó hatóságoknak a tanúsításra vonatkozó döntéseik meghozatalakor a legmesszemenőbben figyelembe kell venniük a Bizottság véleményét. A Közösségi nemzetközi kötelezettségei betartásának biztosítása és a Közösségen belüli szolidaritás és energiabiztonság érdekében emellett a Bizottságnak jogot kell biztosítani arra, hogy harmadik országból vagy országokból származó személy vagy személyek irányítása alatt álló szállításirendszer-tulajdonos vagy szállításirendszer-üzemeltető vonatkozásában véleményezze a tanúsításokat.

További intézkedéseket kell hozni annak biztosítása érdekében, hogy a szállításhoz való hozzáférés tarifái átláthatóak és megkülönböztetéstől mentesek legyenek. Ezeket a díjakat minden felhasználóra nézve megkülönböztetéstől mentesen kell alkalmazni. Ahol a tárolólétesítmény, a vezetékkészlet vagy a


32

kiegészítő szolgáltatások kellően versenyképes piacon működnek, a hozzáférést átlátható és megkülönböztetéstől mentes, piaci alapú mechanizmusok révén kell biztosítani.

Biztosítani kell a tárolásirendszer-üzemeltetők függetlenségét annak érdekében, hogy javuljon a harmadik felek hozzáférése azon tárolási létesítményekhez, amelyek műszaki és/vagy gazdasági szempontból szükségesek a felhasználók ellátása érdekében a rendszerhez való hatékony hozzáféréshez. Célszerű ezért, hogy a tárolási létesítményeket olyan különálló jogalanyok üzemeltessék, amelyek a tárolási létesítmények fenntartásához, üzemeltetéséhez és fejlesztéséhez szükséges eszközök fölött tényleges döntéshozatali joggal rendelkeznek. Szükséges továbbá az átláthatóság növelése a harmadik feleknek nyújtott tárolókapacitások tekintetében, ezért a tagállamokat kötelezni kell egy olyan, megkülönböztetéstől mentes, világos keret kidolgozására és közzétételére, amely meghatározza a tárolási létesítményekre alkalmazandó megfelelő szabályozási rendszert. E kötelezettség nem kívánja meg a hozzáférés rendszerére vonatkozó újabb döntést, ugyanakkor javítania kell a tárolókhoz való hozzáférés rendszerének átláthatóságán. Az üzleti szempontból érzékeny információkra vonatkozó titoktartási követelmények különösen fontosak akkor, ha stratégiai természetű adatokról van szó, vagy ha egy tárolási létesítménynek csak egyetlen használója van.

Az elmúlt évek szabályozási erőfeszítései ellenére a földgáz belső piaca a likviditás és az átláthatóság hiányában szenved, ami gátolja az erőforrások hatékony elosztását, a kockázatok fedezését és a piacra lépést. Növelni kell a piac iránti bizalmat, a piaci likviditást és a piaci szereplők számát, ennélfogva növelni kell a gázellátásban tevékenykedő vállalkozások feletti szabályozói felügyeletet. Az ilyen célú követelmények nem sérthetik a pénzügyi piacokra vonatkozó hatályos közösségi jogszabályokat, azokkal összeegyeztethetőnek kell lenniük. Az energiaszabályozóknak és a pénzpiaci szabályozóknak együtt kell működniük, hogy lehetővé tegyék egymás számára a szóban forgó piacok áttekintését.

Az ellátás biztonsága érdekében a kínálat/kereslet egyensúlyát az egyes tagállamokban folyamatosan ellenőrizni kell, és ennek eredményeként közösségi szintű, az ellátás biztonságára vonatkozó helyzetjelentést kell készíteni, amelyben figyelembe kell venni a területek közötti rendszerösszekötő kapacitásokat is. Az ellenőrzést kellő időben kell elvégezni, hogy megfelelő intézkedéseket lehessen hozni, amennyiben az ellátás biztonsága veszélybe kerülne. A szükséges hálózati infrastruktúra – a rendszerösszekötő kapacitásokat is beleértve – kiépítésével és karbantartásával elő kell segíteni a stabil földgázellátást.

A hosszú távú szerződések a tagállamok gázellátásának továbbra is igen fontos részét képezik majd, és a gázellátó vállalkozások számára lehetőségként fenn kell tartani azokat, amennyiben nem ássák alá ennek az irányelvnek a célkitűzéseit és összeegyeztethetőek az uniós alapszerződéssel, beleértve az abban megállapított


33

versenyszabályokat is. Ezért a földgázipari vállalkozások ellátási és szállítási kapacitásainak megtervezésekor a hosszú távú szerződéseket figyelembe kell venni.

A közszolgáltatási kötelezettségek tiszteletben tartása ennek az irányelvnek az egyik alapvető követelménye, és fontos, hogy ez az irányelv megállapítsa azokat a minden tagállam által tiszteletben tartandó közös minimális normákat, amelyek tekintetbe veszik a fogyasztóvédelmi célokat, az ellátás biztonságát, a környezetvédelmet és a verseny azonos szintjét minden tagállamban. Fontos, hogy a közszolgáltatási kötelezettségeket nemzeti szinten lehessen értelmezni az adott országokra jellemző körülmények és a közösségi jog tekintetbevételével.

A tagállamoknak a társadalmi és gazdasági kohézió célkitűzéseinek elérése érdekében tett intézkedései közé tartozhatnak különösképpen a megfelelő gazdasági ösztönzők, amelyek adott esetben minden meglévő, nemzeti és közösségi eszközt felhasználhatnak. Az ilyen eszközök tartalmazhatnak felelősségre vonatkozó előírásokat a szükséges befektetések garantálása érdekében.

A közszolgáltatási kötelezettségeket és a belőlük eredő közös minimális normákat tovább kell szilárdítani, hogy minden fogyasztó – különösen a védelemre szorulók – biztosan részesüljön a verseny előnyeiből és a tisztességes árakból. A közszolgáltatási kötelezettségeket nemzeti alapon, a nemzeti körülmények figyelembevételével kell meghatározni; tagállamoknak azonban tiszteletben kell tartaniuk a közösségi jogot. Az európai uniós polgárok és – amennyiben a tagállamok ezt szükségesnek tartják – a kisvállalkozások számára közszolgáltatási kötelezettségeket kell biztosítani, különösen az ellátás biztonsága és az ésszerű díjak tekintetében. A felhasználók ellátásában alapvető fontosságú az objektív és átlátható fogyasztási adatokhoz való hozzáférés. Ennek megfelelően a fogyasztók számára biztosítani kell a fogyasztási adataikhoz, a kapcsolódó árakhoz és szolgáltatási költségekhez való hozzáférést annak érdekében, hogy felkérhessék a versengő vállalkozásokat az ezen adatokon alapuló ajánlattételre. A fogyasztóknak jogot kell biztosítani arra, hogy kellően tájékozódhassanak energiafogyasztásukról. Az előrefizetésnek tükröznie kell a várható földgázfogyasztást, és különféle fizetési rendszereknek megkülönböztetéstől mentesnek kell lenniük. Az energiaköltségekről a fogyasztóknak nyújtott kellő gyakoriságú tájékoztatás energiamegtakarításra ösztönöz, mivel a felhasználók ezáltal közvetlen visszacsatolást kapnak az energiahatékonysági beruházások hatásairól és a fogyasztási magatartás változásáról.

A fogyasztóknak világos és érthető információkkal kell rendelkezniük az energiaszektorra vonatkozó jogaikról. Az érintett felekkel, köztük a tagállamokkal, a nemzeti szabályozó hatóságokkal, a fogyasztói szervezetekkel és földgázipari vállalkozásokkal folytatott konzultációt követően a Bizottságnak létre kell hoznia egy közérthető, felhasználóbarát energiafogyasztói


34

ellenőrzőlistát, amely gyakorlati tájékoztatást nyújt a fogyasztók jogairól. Az energiafogyasztói ellenőrzőlistát valamennyi fogyasztóhoz el kell juttatni és a nyilvánosság számára elérhetővé kell tenni.

Annak érdekében, hogy a fogyasztók teljes mértékben kihasználhassák a földgáz liberalizált belső piacában rejlő lehetőségeket, a tagállamoknak alapvető jelentőséget kell tulajdonítaniuk annak, hogy a különböző ellátók számára tisztességes versenyt és könnyű piaci hozzáférést biztosítsanak.

Annak érdekében, hogy – különösen egy energiaellátási válság idején – a tagállamok közötti szolidaritást megőrizve lehessen fenntartani az ellátás biztonságát, a szolidaritás jegyében fontos létrehozni egy regionális együttműködési keretrendszert. Az ilyen együttműködés – ha a tagállamok úgy határoznak – főként és elsősorban piaci alapú mechanizmusokra támaszkodhat. A regionális és kétoldalú szolidaritás előmozdítása érdekében történő együttműködés nem róhat aránytalan terheket a piaci szereplőkre, illetve nem tehet közöttük különbséget.

A szállításirendszer-üzemeltető – az érintett felekkel folytatott konzultációt követően – minden évben tízéves hálózatfejlesztési tervet nyújt be a szabályozó hatóságnak, a fennálló és az előre jelzett kínálat és kereslet alapján. Ez a hálózatfejlesztési tervnek hatékony intézkedéseket kell tartalmaznia a rendszer megfelelőségének, valamint az ellátás biztonságának szavatolása érdekében.

A tízéves hálózatfejlesztési terv jelzi a piaci résztvevők számára azokat a főbb szállítási infrastruktúrákat, amelyeket a következő 10 évben meg kell építeni vagy fejleszteni kell, tartalmazza az összes olyan beruházást, amelyről már döntés született, és meghatározza azokat az új beruházásokat, amelyeket a következő három évben kell megvalósítani; és időkeretet ír elő valamennyi beruházási projekt tekintetében.

A szállításirendszer-üzemeltető a tízéves hálózatfejlesztési terv kidolgozásakor ésszerű feltételezéseket tesz a termelés, -ellátás és -fogyasztás, valamint a más országokkal folytatott cserék alakulását illetően, figyelembe véve a regionális és a közösségi szintű hálózatokra, valamint a földgáztárolókra és LNG újragázosítási létesítményekre vonatkozó beruházási terveket.

A szabályozó hatóság a tízéves hálózatfejlesztési tervről nyílt és átlátható módon konzultál valamennyi tényleges vagy potenciális rendszerhasználóval. A magukat potenciális rendszerhasználónak valló személyektől vagy vállalkozásoktól megkövetelhetik ezen állításuk alátámasztását. A szabályozó hatóság közzéteszi a konzultációs folyamat eredményeit, különösen az esetleges beruházási igényeket.

A szabályozó hatóság figyelemmel kíséri és értékeli a 10 éves hálózatfejlesztési terv megvalósítását.


35

Abban az esetben, ha a szállításirendszer-üzemeltető nem hajt végre egy, a tízéves hálózatfejlesztési terv keretében a következő három évben megvalósítandó beruházást, a tagállamok kötelesek biztosítani, hogy a szabályozó hatóság – a szóban forgó beruházás megvalósítása érdekében, amennyiben a legutóbbi tízéves hálózatfejlesztési terv alapján az még indokolt –köteles legyen meghozni a következő intézkedések közül legalább egyet, kivéve ha az ilyen beruházás végrehajtása az üzemeltetőn kívül álló, kényszerítő okok miatt hiúsul meg:

• a szóban forgó beruházások végrehajtásának megkövetelése a szállításirendszer-üzemeltetőtől;

• a szóban forgó beruházás tekintetében bármely beruházó előtt nyitva álló versenytárgyalási eljárás szervezése; vagy

• a szállításirendszer-üzemeltető arra kötelezése, hogy fogadjon el tőkeemelést a szükséges beruházások finanszírozásához, valamint hogy engedélyezze független beruházók részvételét a tőkében.

A szabályozó hatóság a szállításirendszer-üzemeltetőt kötelezheti arra, hogy az alábbiak közül egy vagy több intézkedést elfogadjon:

• harmadik fél általi finanszírozás; • harmadik fél általi kivitelezés; • az érintett új eszközök általa történő megépítése; • az érintett vonatkozó új eszközök általa történő üzemeltetése.

A szállításirendszer-üzemeltető biztosítja a beruházók számára a beruházás megvalósításához szükséges információkat, az új eszközöket hozzákapcsolja a szállítási hálózathoz, és – általánosságban – minden tőle telhető erőfeszítést megtesz a beruházási projekt végrehajtásának megkönnyítésére. A vonatkozó pénzügyi megállapodásokhoz a szabályozó hatóság jóváhagyása szükséges.

A szállításirendszer-üzemeltetők kötelesek átlátható és hatékony eljárásokat és díjakat meghatározni és közzétenni a földgáztárolóknak, LNG újragázosítási létesítményeknek és ipari felhasználóknak a szállítási rendszerhez való megkülönböztetésmentes csatlakoztatása tekintetében. Ezeket az eljárásokat a szabályozó hatóságnak jóvá kell hagynia.

A szállításirendszer-üzemeltetők nem jogosultak arra, hogy egy új földgáztároló, LNG újragázosítási létesítmény vagy ipari felhasználó csatlakoztatását a rendelkezésre álló hálózati kapacitások esetleges jövőbeni korlátaira vagy a szükséges kapacitásnöveléshez kapcsolódó járulékos költségekre hivatkozva visszautasítsák. A szállításirendszer-üzemeltető köteles elegendő belépő és kilépő kapacitást biztosítani az új csatlakozáshoz.

A 2009/73/EK Irányelvben rőgzítették, hogy a földgáz belső piacának működőképességéhez nélkülözhetetlen a földgázszállító hálózatokhoz való


36

diszkriminációmentes hozzáférés, és lehetőséget adtak a tagállamok részére három szállítói modellből a választására, amelyek az 1-15 ábrán látható.

TSO MODELL

ISO MODELL

ITO MODELL

TULAJDONOSI SZÉTVÁLASZTÁS

SZÁLLÍTÓ TÁRSASÁG ELIDEGENÍTÉS

TULAJDONOSI SZÉTVÁLASTÁS MENTES

FÜGGETLEN RENDSZERÜZEMELTETŐ

KIJELÖLÉSE

FÜGGETLEN SZÁLLÍTÁSI RENDSZERÜZEMELTETŐ

1-15 ábra Választható szállítói modellek

Az adott modellről a tagállam Parlamentjének kell határozni és törvénybe foglalni. A tagállamoknak főszabályként gondoskodniuk kell az irányítási jogkörre vonatkozó szabály betartásáról, amely garantálja a diszkrimináció mentes működést. Az új irányelv tartalmaz egy záradékot, amely alapján a hatálybalépéstől számított öt éven belül jelentést kell készíteni arról, hogy az új Direktívával sikerült-e biztosítani a szállítók függetlenségét. Magyarország az ún. ITO modellt választotta, amelynek a főbb követelményei a következők:

A szállítási rendszerüzemeltető engedélyenek meg kell felelnie az alábbiaknak:

• rendelkezik, minden humán, műszaki, tárgyi és pénzügyi erőforrással, amely szükséges a gázszállítási tevékenység végzéséhez;

• részéről tiltott a munkaerő kölcsönzés, vagy bármely szolgáltatás igénybe vétele;

• nyújthat szolgáltatásokat, ha ezek transzparensek, diszkrimináció mentesek és azokat a Hivatal jóváhagyta;

• a jövőbeni beruházásaihoz szükséges pénzügyi forrásokat részére az anyavállalat rendelkezésre bocsátja;

• kommunikációjában, márkajelzéseiben nem lehet összetéveszthető az anyavállalattal;

• informatikai rendszereit, berendezéseit, fizikai létesítményeit nem oszthatja meg a vertikálisan integrált vállalat egyetlen tagjával sem;

• beszámolói könyvvizsgálójának el kell térnie a vertikálisan integrált vállalkozás és leányvállalatai könyvvizsgálóitól;

• döntéshozatali jogokkal kell rendelkeznie az üzemeltetés, a karbantartás és a fejlesztés területén;

• jogában áll pénzeszközöket szerezni a fejlesztéshez- hitelfelvétel vagy tőkeemelés révén;

• a vertikálisan integrált társaság nem határoz meg számára versenymagatartást a napi tevékenységével, valamint a 10 éves hálózatfejlesztési tervének előkészítésével kapcsolatban;


37

• a vertikálisan integrált vállalkozás termelő vagy szolgáltató feladatot ellátó leányvállalatai nem rendelkezhetnek közvetlen vagy közvetett részesedéssel;

• nem rendelkezhet részesedéssel a vertikálisan integrált vállalkozás termelési vagy ellátási feladatot végző leányvállalatiban;

• a vertikálisan integrált anyavállalat kötött minden kereskedelmi, pénzügyi megállapodást, szerződést jóváhagyásra be kell nyújtania a Hivatalnak;

• köteles tájékoztatni a szabályozó hatóságot a jövőbeni beruházási projektek céljára rendelkezésre álló pénzügyi forrásokról;

• kötelezettségei teljesítésében az anyavállalat nem akadályozhatja vagy hátráltathatja;

Az ITO szerinti működési engedélyt a tagország nemzeti szabályozó hivatala adja ki, azonban minden esetben jóvá kell hagyatni az Európai Unió szabályozási csúcsszervezetével. Az Unióban az elsők között Magyarországon hajtottak végre sikeres ITO tanúsítást az FGSZ Földgázszállító Zrt. részére.

1.7 A hazai földgázszállító rendszer fejlődése

A földgázszállítás fejlődését vizsgálva napjainkig, jellegzetes korszakokat lehet megkülönböztetni:

• 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, • 2010-től nemzetközi együttműködés és regionális gázelosztó

szerepkör 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. Az elmúlt hatvan évben jelentősen változtak a földgázellátásból adódó szállítási feladatok, és nagyon jelentős mennyiségi és minőségi változások következtek be.

Az 1950-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 26 106 m3/a nagyságú volt. Áttörést, és egyben egy új korszak kezdetét


38

1959-ben a román földgázimport szállításának megindulása jelentette. A 200 106 m3/a-es földgázimport nagyságrendi ugrást eredményezett a korábbi időszakhoz képest.

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 3,05 109 m3/a-vel, a gáztávvezetékek összhossza pedig 1368 km-el nőtt. Az évtizedben a gázforgalomban közel 15-szörös, a távvezetéki hosszakban pedig 8-szoros növekedés következett be.

Ebben a korszakban épültek távvezetékek Hajdúszoboszló-Kistokaj-Center nyomvonalon a borsodi iparvidék, Hajdúszoboszló-Szolnok-Vecsés nyomvonalon a főváros, és Kardoskút-Városföld-Adony-Papkeszi 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 az első körvezetéket, majd az évtized végén átadták a Városföld-Vecsés távvezetéket. Ez DN600 névleges átmérőjével a legnagyobb kapacitású hazai csőtávvezeték volt abban az időben. A korszakra jellemző, hogy a gázvezetékek egymástól függetlenül, céltávvezetékként üzemeltek.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Föld

gázf

orrá

sok

Mrd

m3

Belföldi termelés Import 1-16 ábra A földgázforrások időbeni változása

Forrás: International Energy Agency, 2012

A 70-es években a mennyiségi növekedésre jellemző volt, hogy 1970 és 1980 között az éves gázforgalom 6,3 109 m3/a-vel, a gáztávvezetékek összhossza pedig 1425 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 DN700 és az Algyő-Városföld DN600 névleges átmérőjű távvezeték. A


39

Zsámbok-Kisterenye vezeték üzembehelyezésével az észak-magyarországi távvezeték keleti része összekapcsolódott a budapesti körvezetékkel. A dél-alföldi földgáztermelés felfutásával párhuzamosan megépült a Városföld-Adony DN600 párhuzamos és az Adony-Mezőszentgyörgy-Papkeszi DN600 távvezeték. Ez utóbbi vezetékek tették lehetővé a nyugati országrész nagyobb településeinek, Sopronnak, 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 DN800 névleges átmérőjű Testvériség gázvezeték üzembe állítása Beregdaróc-Tiszaújváros-Zsámbok nyomvonalon.

A vizsgált időszakban a távvezetéki földgázszállítás időbeni növekedése az 1-16 ábrán látható. A mennyiségi változások több területen minőségi változásokat eredményeztek. Egyik minőségi változás a céltávvezetékekből az együttműködő gázszállító rendszer kialakulása volt. A jelentős hosszban megvalósult távvezeték-építések során egyre több ponton kapcsolták össze a korábbi céltávvezetékeket, és így fokozatosan kialakult az együttműködő szállítórendszer. A másik minőségi változás a távvezetéki kompresszorállomások üzembe helyezése volt. Elsőként Városföldön, majd Beregdarócon és végül Nemesbikken (Tiszaújváros) nyílt lehetőség nyomásfokozással növelni a távvezetékek szállítókapacitását. 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 magyar kormány által 1970-ben meghirdetett Földgázfelhasználás Központi Fejlesztési Program 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 1 109 m3/a mennyiséggel indult, amely 1979-ben az orenburgi gázszállítási szerződés megkötésével további 2,8 109 m3/a mennyiséggel bővült. A jelentős nagyságú import földgáz azonban az év során közel egyenletesen érkezett az országba. Ez a földgázforrás tehát "merev" volt, nem alkalmazkodott a nagyobb téli, és a kisebb 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


40

a tárolás-tervezés, mint a gázgazdálkodási tevékenység egyik alapvető (tervezési-felkészülési) része.

A hazai célú földgázszállítási feladattal egyidejűleg 1978 óta orosz-jugoszláv (később szerb) tranzitszállítási feladatot is teljesíteni kellett. 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 volt, ezért módszeresen törekedni kellett a minimális energiafelhasználásra. A korábbi, tapasztalati alapokon nyugvó diszpécser irányítási módszert fokozatosan felváltotta a rövid távú 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 kiteljesedett a piacgazdaságra történő átállás, amely 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.

2004-ben kezdődött Magyarországon a liberalizált piaci korszak, amely alapvetően megváltoztatta a földgázszállítási folyamatokat, mivel a szállító rendszer kapacitása egy önállóan értékesített termék lett kiegészítve a fogyasztás-forrás egyensúlyát biztosító szolgáltatással. Az egyre nagyobb számban megjelenő kereskedelmi engedélyesek igényelték azt, hogy különböző forráspontokról, bármilyern időpontban és intervallumban forráshoz juthassanak és azt el lehessen szállítani a fogyasztóikhoz. Ez az igény generálta a hazai rendszer további fejlesztését, amely során megduplázódott az Ukrajna irányából kiépített importkapacitás 2009-ben, majd megépült a magyar-román és a magyar- horvát nemzetközi távvezeték 2010-ben. Új kompresszor kapacitások épültek ki


41

Városföldön, Mosonmagyaróváron és Hajdúszoboszlón, valamint átadásra került Bátán egy új állomás. Ezekkel a fejlesztésekkel a hazai szállítórendszer alkalmassá vált arra, hogy betöltse közép-kelet európai elosztó központ szerepét.

1-17 ábra A hazai földgázszállító rendszer kapacitásadatai 2012-ben


Az 1-17 ábrán látható a magyar földgázszállító rendszer és a kapcsolódó földalatti tárolók kapacitásadatai 2012-ben. A gázszállító távvezeték rendszer 2012-ben elfogadott 10 éves fejlesztési terv további hazai fejlesztéseket tartalmaz annak érdekében, hogy a hazai rendszer képes legyen nagy mennyiségű tranzit földgáz átszállítására és egyben javítsa a dunántúli régió ellátását.

A távvezetékről ellátott ipari nagyfogyasztók részarányának csökkenése a gazdasági átalakulásból következett. Fokozatosan visszaszorultak az energiaigényes iparágak, és a kis energiaigényű iparágak kerültek előtérbe. Az 1-18 ábrán látható a hazai és a nemzetközi statisztikai kategóriáknak megfelelő gazdasági szektorok gázfogyasztásának időbeni változása. Az ábra tanúsága szerint az 1970-es évtizedben a földgázfogyasztás dinamikusan nőtt. A


42

nemzetközi olajpiacon bekövetkezett ár-robbanás nem okozott érzékelhető változást. Az 1980-as évtized első felében a növekedés üteme lassúlt, azt követően a gázfelhasználás stagnált, az évtized végén pedig már csökkenés figyelhető meg. Ez utóbbi tendencia folytatódott a 90-es évek elején, a nagy gazdasági átalakulás hatására a gázigények csökkentek. 1993-1996 között látványos növekedés, majd ismét stagnálás következett. 2000 és 2010 között látványos növekedés, majd csökkenés következett be. Hangsúlyozni kell, hogy a vizsgált időszakban a nagy fogyasztói csoportoknál eltérő jellegű változások mentek végbe, aminek eredményeként a gázfelhasználás strukturálisan is változott.

0

100

200

300

400

500

600

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

PJ

Ipar Közlekedés Kereskedelem/szolgáltatásLakosság Mezőgazdaság Egyéb célú felhasználásNem-energetikai felhasználás Önfogyasztás+veszteség Villamosenergia termelésHőenergia termelés

1-18 ábra A nagy fogyasztói csoportok gázfogyasztása Forrás: International Energy Agency, 2012

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Ipar Közlekedés Kereskedelem/szolgáltatásLakosság Mezőgazdaság Egyéb célú felhasználásNem-energetikai felhasználás Önfogyasztás+veszteség Villamosenergia termelésHőenergia termelés

1-19 ábra A nagy fogyasztói csoportok gázfogyasztási arányai Forrás: International Energy Agency, 2012

Az 1-18 és 1-19 ábrák alapján megállapítható, hogy az elmúlt két évtizedben a földgázfelhasználás abszolút nagysága és részaránya az ipari szektorban csökkent,


43

a lakossági, valamint a kereskedelmi/szolgáltatási szektorban viszont nőtt. A villamos-energia termelésre felhasznált földgáz mennyisége és részaránya is jelentősen változott.

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 számos 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. Az erőműi földgázfelhasználás területén is jelentős változások voltak. Az 1990-es években a villamosenergia termelés gyorsuló ütemben állt át földgázbázisra. Ezzel párhuzamosan a finomítói technológiai fejlesztések hatására megvalósult a kőolaj teljeskörű feldolgozása, minimálisra csökkent az erőművekben felhasználható tüzelőolaj mennyisége. Így a korábbi alternatív szénhidrogén bázisú villamos erőművek földgáztüzelésű erőművekké váltak.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2005

. jan

.

2005

. ápr

.

2005

. júl

.

2005

. okt

.

2006

. jan

.

2006

. ápr

.

2006

. júl

.

2006

. okt

.

2007

. jan

.

2007

. ápr

.

2007

. júl

.

2007

. okt

.

2008

. jan

.

2008

. ápr

.

2008

. júl

.

2008

. okt

.

2009

. jan

.

2009

. ápr

.

2009

. júl

.

2009

. okt

.

2010

. jan

.

2010

. ápr

.

PJ (G

CV)

Hazai termelés Import Tárolókból Belföldi felhasználás Hőerőművek 1-20 ábra A gázigények szezonális ingadozása Magyarországon

(Forrás: EUROSTAT, 2011)

A gázigények szezonális ingadozása az 1-20 ábrán látható. Minden fogyasztói csoportnál megfigyelhető, hogy a téli hónapokban nagyobb, a nyári hónapokban viszont kisebb a gázigény. Elsősorban a fűtési célra felhasznált gázmennyiség esetén 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.


44

A forrásoldalon 1975 óta folyamatosan nőtt az orosz import földgáz részaránya, amely 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 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 szezonális változásához.

A forrásoldal további jellegzetessége a “területi 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 Zsanán - létesült. Az egyoldalúság hátrányos következménye a jelentős gázszállítási távolságok voltak.

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 DN700-as HAG gáztávvezeték, amely lehetővé tette az import diverzifikálását.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Föld

gázf

orrá

sok

Mrd

m3

Hazai termelés Keleti import Nyugati import 1-21 ábra Magyarország földgázforrásai

Forrás: EUROSTAT, 2012

Az 1-21 ábrán a források megoszlása látható 1990-től 2010-ig. A vizsgált időszak végére a hazai termelésű földgáz mennyisége a felére csökkent, az orosz import jelentette a fő forrást a fogyasztók gázellátásában. 1996 óta nyugati import is szerepel a forrás portfólióban, ez „lecseréléses” kereskedelmi formában érkezik az országba. A nyugati import abszolút nagysága és részaránya nem jelentős.


45

2011. végén a hazai gázszállító rendszer távvezetékeinek az összhossza 5780 km volt, amelyen 396 gázátadó állomás üzemelt (Zsuga, 2012.). A hazai termelésű földgáz 12, az import gáz pedig 4 ponton léphet be a rendszerbe. A szállításhoz szükséges nyomásfokozást 6 kompresszorállomás szolgálta. A gázminőségi paramétereket a szállítórendszer kijelölt csomópontjaiba telepített 63 kromatográf méri 4 perces mintavételezési gyakorisággal.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009

Az

adot

t évb

en m

egép

ült

veze

ték-

hoss

z [k

m]

0

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000

7 00051 46 41 36 31 26 21 16 11 6 1

A távvezetékek életkora [év]

A tá

vvez

eték

ek ö

ssz-

hoss

za

[km

]

Adott évben megépült vezetékhossz Adott évben a távvezetékek össz-hossza 1-22 ábra A gáztávvezetékek össz-hossza és kora


1139

346 384

193

846

151

2 23

706

369

947

203

5

1499

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 1000 1400

Névleges átmérő

Távv

ezet

ék h

ossz

[km

]

1-23 ábra A gáztávvezetékek átmérő szerinti megoszlása


46

Az 1-22 ábrán a hazai gázszállító távvezetékek összhosszának időbeni változása, továbbá az egyes években üzembe helyezett távvezetékek hossza látható 1959 és 2010 között. Az ábra alapján megállapítható, hogy 1999 és 2009 között a földgázszállító távvezeték rendszer hossza nem nőtt számottevően.

Az 1-23 ábrán látható a távvezetékek átmérő szerinti megoszlása. A fővezetékekre a DN600-DN800 tartomány a jellemző. A regionális szállítási feladatokat ellátó távvezetékek a DN150 -DN400 átmérő tartományba esnek. Az ábra alapján megállapítható, hogy DN400 névleges átmérőjű vezetékek összhossza a legnagyobb, közel 1500 km, ezt követően a DN800 névleges átnérőjű vezetékek összhossza 947 km, majd a DN300 névleges átmérőjű vezetékek következnek 846 km-es összhosszal és a DN600 névleges átmérőjű vezetékek 706 km-es összhosszal. A többi átmérő kategóriában a távvezetékek összhossza egyenként nem haladja meg a 400 km-t.

527

3

473

571 577

875 884

693

391

94

705

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0-5 5-10 11-15 16-20 21-25 26-30 31-35 36-40 41-45 46-50 >50

Évek

Távv

ezet

ék h

ossz

[km

]

1-24 ábra A gáztávvezetékek életkor szerinti megoszlása


Az 1-24 ábrán látható a gáztávvezetékek életkor szerinti megoszlása. Ennek alapján megállapítható, hogy 2011-ben a gáztávvezetékek 62 %-a fiatalabb, 38 %-a viszont idősebb volt 25 évesnél.

A gázszállító rendszer kapcsolódási vázlata az 1-25 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.

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


47

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.

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" DN800-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 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.

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 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 DN700 névleges átmérőjű távvezeték is.


48

1-25 ábra A magyar gázszállító rendszer strukturális jellegzetessége

Forrás: FGSZ Zrt. http://www.fgsz.hu/sites/default/files/FGSZ_Zrt_vezetekrendszer_2012_03_09.jpg, 2012


49

Az 1996 őszén üzembe helyezték a DN700 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 4,5 109 m3/a. Az új távvezeték az orosz és a nyugat-európai gáztársaságoktól vásárolt földgáz beszállítására egyaránt lehetőséget biztosít. A 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 korábban a forráspontoktól való nagy távolságából adódott. 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 elmúlt évtized 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, majd 2002-ben a hajdúszoboszlói kompresszorállomás.

A 2000-es években a hazai termelés folyamatos csökeknése miatt az import kapacitások bővítése lett a prioritás. 2009-ben megduplázták az Ukrajna felől érkező import-kapacitást egy új távvezeték építésével Beregdaróc-Hajdúszoboszló között. A budapesti fogyasztók ellátásbiztonságának növelése érdekében befejezték a budapesti körgyűrűt a Pilisvörösvár-Százhalombatta DN800-as vezeték megépítésével.

Annak érdekében, hogy a hazai fogyasztók minél több forrásból juthassanak földgázhoz 2010-ben átadásra került a magyar-román DN700-as és a magyar-horvát DN800-as távvezeték, amely új, regionális szerepkörbe juttatta a hazai gázellátó infrastuktúrát. A közép-európai regionális elosztó szerepkör elérése a magyar energiaelllátás biztonsága miatt kiemelten fontos. Az elmúlt évtizedek és a jelenleg folyamatban lévő fejlesztések révén valamennyi szomszédos ország gázpiaca elérhetővé válik, gáz-gáz verseny alakulhat ki, végeredményben Magyarország tranzit szerepe felértékelődik. Ha Kelet-Európában erősödik a gáz-gáz verseny és növekszik a gázforgalom, várható, hogy a földgázszállítási tarifa csökkenni fog. Nemzeti energiapolitikai cél, hogy a hazai földgázszállítói és tárolói infrastruktúra bázisán Magyarországon alakuljon ki Közép- és Kelet-Európa regionális elosztó központja.


50

Az elmúlt évtizedekben végrehajtott távvezetéki fejlesztések több általánosítható tapasztalattal gazdagították a hazai mérnökök ismereteit. Elsőként az orosz import földgázhoz kapcsolódó fővezetéki fejlesztéseket indokolt 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 kompresszorállomás létesítésével intenzifikálták. Ennek eredményeként 7 109 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 kapcsolódott, ezáltal 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 kitárolás időszakában fordított helyzet alakul ki. A nagy mennyiségű tárolt gázt Városföld irányába kell elszállítani, és ehhez nagy hajdúszoboszlói indító nyomás 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 DN600-as és a DN700-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, az “Összefogás” távvezeték pedig a tranzitszállítási igényeket elégíti ki, illetve felfűzi a hajduszoboszlói és a zsanai föld alatti gáztárolót. A Vecsés-Városföld párhuzamos vezetékek csak kiegyenlítő szerepet játszanak, és az áramlási irány a terhelési viszonyoktól függően változik a két nagy végponti csomópont között.


51

Irodalom 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) Evaluation of Pipeline Design Factors GRI Report 00/0076, Gas Research Institute, (2000) Gas and Power BP Amoco Gas and Power és a Petroleum Economist közös kiadványa, (2000) 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.: A hazai földgázellátás diverzifikációja Kőolaj és Földgáz, 10, p.277-284, (1996) Rajzinger,J.-Derz,A.-Müller,F.-Zeppenfeld,R.: Study identifies upgrade scenarios for Slovak gas system Oil & Gas Journal, Apr. 7, p.71-75, (1997) Steinmann, K.:What's ahead for Europe's natural gas supply Pipe Line Industry, 9, p.63-68, (1985) Statistical Report 2011 EUROGAS, 2012, http://www.eurogas.org/ Tihanyi L.-Csete J.: A hazai földgázszállítás fejlődésének elemzése Kőolaj és Földgáz, 7, p.205-211, (1987) Tihanyi L.-Szerényi B.: A magyarországi nagynyomású gázvezeték-rendszer fejlesztésének kérdései Kőolaj és Földgáz, 3, p.70-74, (1990) Tihanyi L.: Földgázpiaci liberalizáció: áldás vagy átok Magyar Energetika, 4, p.23-30, (2000) Tiratsoo (Ed.): World Pipelines Gulf Publishing Co., Houston, (1983) True, W.R.: Trans-Med expansion nears start-up. Maghreb line nears construction Oil & Gas Journal, Jan. 17, pp.49-53, (1994)


52

Vyakhirev, R.: Gazprom: the leading fuel supplier Petroleum Economist, May, pp.44, (1996) Zsuga J.: A földgázszállító rendszer irányításának módszertani alapjai Doktori (PhD) értekezés, Miskolci Egyetem, Mikoviny Sámuel Földtudományi Doktori Iskola, (2002) Zsuga J: Földgázszállító rendszerek fejlesztése 41. Nemzetközi Gázkonferencia 2009. okt.28-29. Zsuga J: Az energia piaca ma és holnap Magyar Energia Fogyasztók Szövetsége konferencia, 2011 Zsuga J: A magyarországi nagynyomású földgázszálltó rendszer bemutatása III. Energy Summit, 2012 Zsuga J.: 10 éves fejlesztési javaslat XX. Dunagáz konferencia 2012. Buday P:Az unbundling szabályai, kézirat, 2012 Európai Unió direktívái Green Paper - Towards a European strategy for the security of energy supply COM(2000) 769, Brussels, 29.11.2000, www.europe.eu.int 2009/73/EK irányelv a földgáz belső piacára vonatkozó közös szabályokról és a 2003/55/EK irányelv hatályon kívül helyezéséről 994/2010/EU rendelet a földgázellátás biztonságának megőrzését szolgáló intézkedésekről és a 2004/67/EK tanácsi irányelv hatályon kívül helyezéséről. 715/2009/EK rendelet a földgázszállító hálózatokhoz való hozzáférés feltételeiről és az 1775/2005/EK rendelet hatályon kívül helyezéséről 715/2009 EK rendelet I. melléklet 3. fejezetének módosításáról szóló határozat Hazai jogszabályok 2008. évi XL. Törvény a földgázellátásról Módosítva 2012.05.30-án a 2012. évi XLVII. törvény alapján. 2006. évi XXVI. törvény A földgáz biztonsági készletezéséről 2007. évi CXVI. törvény A közellátás biztonsága szempontjából kiemelkedő jelentőségű vállalkozásokat érintő egyes törvények módosításáról 19/2009 (I. 30.) Kormány rendelet


53

a földgázellátásról szóló 2008. évi XL. törvény rendelkezéseinek végrehajtásáról Módosítva 2012.01.01-én a 378/2011. (XII.31.) Kormány rendelet alapján 53/2012 (III. 28.) Kormány rendelet A bányafelügyelet hatáskörébe tartozó egyes sajátos építményekre vonatkozó építésügyi hatósági eljárások szabályairól 48/2010 (II. 26.) Kormány rendelet a földgázkereskedő működésének lehetetlenülése esetén, a felhasználók földgázellátását veszélyeztető helyzet fennállása köveztkeztében alkalmazandó eljárásról 187/2003 (XI. 5.) Kormány rendelet A földgáz határon keresztül történő szállításáról 1202/2009 (XII. 1.) Kormány határozat a földgázellátási válsághelyzettel összefüggésben szükséges kormányzati feladatokról 31/2009. KHEM rendelet Tarifarendelet Módosítva 2012.06.01-én a 28/2012. (V.31.) NFM rendelet alapján 28/2009 KHEM rendelet a földgázpiaci egyetemes szolgáltatáshoz kapcsolódó árszabások megállapításáról Módosult: 2010.12. 31-én a a 39/2010. (XII.31.) NFM rendelet alapján 29/2009 KHEM rendelet a földgázpiaci egyetemes szolgáltatáshoz kapcsolódó árak képzéséről Módosítva:2010.12.03 -án a 18/2010. (XII.3.) NFM rendelet alapján 12/2004. (II.13.) GKM rendelet A földgázellátásban műszaki biztonsági szempontból jelentős munkakörök betöltéséhez szükséges szakmai képesítésről és gyakorlatról 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet A szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről és a Szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági szabályzata közzétételéről


54

Gázmérnöki alapismeretek

55

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 táblázatban láthatók az európai földgázpiacon beszerezhető gázok jellemző összetétele (Report on gas composition range in Europe, 2010.).

2-1 táblázat Tájékoztató adatok az európában szolgáltatott gázokról Komponens Groningeni gáz

mól% Holland export gáz

mól% Orosz gáz

mól% Algériai gáz

mól% 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


56

A továbbiakban 97 tf% metán, 2 tf% etán és 1 tf% nitrogén 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 ábrán látható a nyomás és a sűrűség közelítően lineáris kapcsolata.

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

gMTRz

ρp= (2.1-1)

Gáztechnikai normál állapotban (pgn=1,01325 bar és Tgn=15 oC) a fenti 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.

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 ábra A földgáz sűrűsége a nyomás és a hőmérséklet függvényében


57

A 2-2 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.

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

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)

rpcpr 7,17071,94

TTTT

ρ+== (2.1-4)


58

3 tf%-nál kisebb inerttartalmú földgázoknál a szállításra jellemző nyomás- és hőmérséklettartományban a (2.1-3) és (2.1-4) összefüggések jó eredményt adnak.

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]

2-3 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)

vagy

( )1

1

2

1

1

2

1

2

pp

TT

−κκ−κ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ρρ

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (2.1-6)


59

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 2-4 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:

p

gp T

Hc ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

≡

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

A 2-4 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 2-5 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.


60

További sajátos jellegzetesség, hogy kisebb nyomások tartományában az egyes hőmérsékletekhez tartozó viszkozitások jelentősen eltérnek, de a nyomás növekedésével az eltérés csökken.

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] 2-5 ábra A földgáz viszkozitása a nyomás és a hőmérséklet függvényében

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 fojtóelem előtt nem vagy alig változik, az átáramlás során viszont térfogata növekszik, a Hg=Ug+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 Ug belső energia és a pV mennyiség csupán a hőmérséklettől függ, ezért ideális gázoknál Hg = állandó esetben a hőmérséklet nem változik.

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)


61

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 Joule-Thomason együttható negatív, azaz a gáz melegszik.

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]

2-6 ábra A Joule-Thomson együttható változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében

A 2-6 ábrából látható, hogy a Joule-Thomson 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 Joule-Thomson 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 gázszállító rendszerben elsősorban a gázátadó állomáson kell számolni a fojtás hatására végbemenő hőmérsékletváltozással.

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 2-7 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


62

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]

2-7 ábra A hangsebesség változása a nyomás és a hőmérséklet függvényében

2.2 Állapotegyenletek

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


63

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 ++

+−

= (2.2-1)

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


64

A Soave-Redlich-Kwong (SRK) 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

−+++

−= (2.2-2)

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 =−−+−− (2.2-3)

ahol

5,22 TRpaA =

TRpbB = és

TRVpz =

További termodinamikai paraméterek az eltérési tényező segítségével számíthatók.

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


65

( ) ( )bVbbVVa

bVRTp

−++−

−= (2.2-4)

ahol

( )( )[ ]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 =−−−−−+−− (2.2-5)

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.).

A Benedict-Webb-Rubin-Starling (BWRS) állapotegyenlet módosított és továbbfejlesztett változata a Benedict-Webb-Rubin által 1940-ben publikált egyenletnek. Starling az eredeti egyenlet paramétereinek a hőmérsékletfüggését


66

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

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ργ−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ργ+

ρ+

ρ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +α+ 2

2

2

2

23

3

6

6

Mexp

M1

TMc

MTda (2.2-6)

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.

2.3 Nyomásveszteség számítás

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

2ijij

2j

2i qKpp =− (2.3-1)

A (2.3-1) 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:


67

5i

.av.avD

2

n

nij dR

LMTzfTp4K ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

=

A (2.3-1) összefüggésben szereplő térfogatáram a gáztechnikai normál állapotra 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 (2.3-1) 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

−−

=− (2.3-2)

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) 2-8 ábra Nyomásváltozás a távvezeték hossza mentén

A (2.3-2) egyenletből átalakítással kifejezhető a közbenső pont px nyomása:

Lxp

LxLpp 2

221

2x +

−= (2.3-3)


68

A (2.3-3) összefüggés szerint a nyomás nem-lineárisan változik a távvezeték hossza mentén.

A 2-8 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

−−

= (2.3-4)

vagy átrendezve

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+=21

2121.av pp

pppp32p (2.3-5)

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.

2-1 mintapélda: Mekkora végponti nyomás alakul ki a DN600 névleges átmérőjű és 65 km hosszú csőtávvezeték végpontján?

Megnevezés Érték Mértékegység Külső átmérő 609,6 mm 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

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

A nyomásveszteség számítására a (2.3-1) összefüggés alkalmazható az alábbiak szerint:


69

2n5

i

.av.avD

2

n

n212 q

dRLMTzf

Tp4pp ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

−=

Behelyettesítve az értékeket, továbbá feltételezve, hogy az fD súrlódási tényező értéke 0,01 a zav. eltérési tényező értéke pedig 0,91

( )2

5

22

2 3600300000*

591,0*4,831465000*44,16*15,281*91,0*01,0

15,288*013,1*4013,51p ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛−=π

p2=44,35 bar (absz.)=43,34 bar túlnyomás

A számítás során abszolút nyomást kell az összefüggésbe helyettesíteni, amit a számítás utolsó lépésében lehet túlnyomásra visszaszámolni. Így végeredményül azt kapjuk, hogy a csőtávvezeték végpontján 43,34 bar túlnyomás alakul ki.

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 2-1 mintapéldában adottakkal.

A szállítókapacitás meghatározása érdekében a (2.3-1) 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.

2-3 mintapélda: Mekkora lesz egy gáztávvezeték átlagnyomása, és a vezetékhossz 45 %-nál mérhető közbenső nyomás az alábbi paraméterek esetén?

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


70

A vizsgált gáztávvezeték átlagnyomása a (2.3-5) 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 (2.3-3) 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.

2.4 A súrlódási tényező számítása

A súrlódási tényező számítására különböző összefüggések ismeretesek (Gersten et al., 2000., Gregory et al., 1985., Hymen et al., 1975., 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 (2.4-1) összefüggés szerint a súrlódási tényező a Reynolds-szám és a k/d relatív érdesség függvénye:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+−=

d71,3k

fN51,2lg2

f1

DReD

(2.4-1)

A (2.4-1) 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

= (2.4-2)


71

A 20. sz első harmadától napjainkig több híres kísérletsorozat ismeretes, amely a súrlódási tényező számítási összefüggésének a meghatározására, illetve pontosítására irányult. A kísérleteknek és a kapcsolódó elméleti kutatásoknak köszönhetően napjainkban a súrlódási tényező számítására nagyszámú összefüggés áll rendelkezésre. A számítási összefüggések általában tartalmazzák a Reynolds-számot és a csőfal érdességét. A Reynolds-szám nagysága függ az áramlási sebességtől és az áramló közeg viszkozitásától. Gázáramlás esetén a gáz kis viszkozitása miatt általában nagy Reynolds-szám alakul ki. További fontos paraméter a cső átmérője, mivel a nagyobb átmérő az érdesség hatását ellensúlyozza. A surlódási tényező számítására ismeretesek összefüggések, amelyek széles tartományban jelentenek jó közelítést, és használatosak olyan összefüggések is, amelyek csak egy szűk 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

( ) 220735,0Re

DEN87,6

4f = (2.4-3)

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

( ) 2201961,0Re

DEN49,16

4f = (2.4-4)

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

( ) 221,0Re

DEN619,4

4f = (2.4-5)

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.

Az átmérő függő összefüggések közül legismertebb a (2.4-6) Weymouth egyenlet.


72

( )26/1Dd18,11

4f = (2.4-6)

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

2-9 ábra Weymouth összefüggés a Moody diagramon

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

2-10 ábra Panhandle A összefüggés a Moody diagramon

A korszerű hálózat-szimulációs szoftverekben a felhasználó számos súrlódási összefüggés közül választhat. Az alábbi összehasonlító elemzés ahhoz kíván segítséget nyújtani, hogy bemutatja, mekkora eltérés jelentkezhet a számítás során


73

a Colebrook összefüggéshez képest, ha a felhasználó az egyszerűbb, az egyes országok gáziparában széles körben használt számítási összefüggést választja.

A 2-9 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.

A 2-10 ábrán látható Panhandle A összefüggés E=0,9 érték mellett 104<NRe<108 tartományban jól közelíti a Colebrook összefüggésből kapott értékeket. Ebben a Reynolds-szám tartományban a kisebb áramlási sebességekkel jellemezhető gáztávvezetékek üzemelnek, ezért elsősorban ezek nyomásveszteségének a számítására ajánlják.

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

2-11 ábra Panhandle B összefüggés a Moody diagramon

Az 2-11 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.


74

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 2-12 ábra Az IGT összefüggés a Moody diagramon

Az 2-12 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

2-13 ábra Techo összefüggése a Moody diagramon

Az utóbbi időben számos szerző célkitűzése az volt, hogy az implicit Colebrook összefüggés helyett a súrlódási tényező számítására explicit összefüggést


75

dolgozzon ki. 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−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−= (2.4-7)

A 2-13 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 2-14 ábra Moody diagram

A 2-14 ábrán látható a széles körben használt Moody diagram, amely a Colebrook összefüggésnek megfelelően adja meg a súrlódási tényező és a Reynolds-szám közötti kapcsolatot. Gázvezetékekben 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:


76

fD=4 fF A 2-15 ábrán a relatív érdesség változása látható a névleges átmérő és az egyenértékű érdesség függvényében.

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 2-15 ábra A relatív érdesség változása

A belső bevonat nélküli gáztávvezetékek hidraulikailag érdes csövek, amelyeknek a belső felületi érdességét a gyártási technológia, továbbá az üzemelés során kialakuló korrózió, erózió, lerakódások és további tényezők befolyásolják. Az előzőek szerinti abszolút érdesség független a csővezeték átmérőjétől, ami azt is jelenti, hogy a súrlódási veszteséget befolyásoló k/d relatív érdesség a nagyobb átmérő esetén kisebb lesz. A 2-1 táblázat tartalmazza az acél csővezetékek abszolút érdességét az ISO 5167-1:2003 alapján.

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

Forrás: ISO 5167-1:2003


77

Egy üzemelő távvezetéknél a súrlódási nyomásveszteséget a körvarratok és az üzemelés során képződő szilárd szennyeződések és kondenzátumok, az esetleges ovalitások és horpadások. Indokolt lehet a távvezeték rendszer egyes szakaszain vizsgálatot végezni az egyenértékű érdesség meghatározására. Ez utóbbi azt az abszolút érdességet jelenti, amelyet alkalmazva az ellenőrző hidraulikai számításoknál olyan ereményt fog szolgáltatni, ami a mért hidraulikai adatokkal jó egyezést mutat. Az egyenértékű érdeség a számított eredmények és a mért értékek rendszerszitű egyezését garantálja.

Az előzőek szerinti vizsgálatokról 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 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 vizsgált 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 laboratóriumi 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 továbbiakban összehasonlító számítások szemléltetik a (2.4-2) … (2.4-7) számítási összefüggések és a Colebrook-White egyenlet alkalmazásával számított nyomásveszteség értékek különbségét a gázáram függvényében. Az összehasonlító számításokat DN400 és DN600 névleges átmérőjű 100 km hosszú távvezetékekre végeztük el. A 2-16 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


78

nyomásveszteség, mint a C-W összefüggéssel a maximális gázáram értékéből számított nyomásveszteség.

DN600, 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) 2-16 ábra A Colebrook-White és a Weymouth összefüggés összehasonlítása

A 2-17 ábrán az előzőhöz hasonló számítási eredmények láthatók DN400 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.

DN400, 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) 2-17 ábra A Colebrook-White és a Weymouth összefüggés összehasonlítása


79

A különböző - Reynolds szám függő - explicit összefüggések és a bázisnak tekintett C-W összefüggés összehasonlításánál a vizsgált gázvezeték szakaszok feltételezett egyenértékű (abszolút) érdessége k=0,03 mm, ami DN600 névleges átmérő esetén k/d=0,000051.

A 2-18 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 is a ténylegesnél kisebb nyomásveszteséget fog eredményezni.

DN600, 100 km

0

2

4

6

8

10

12

14

16

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) 2-18 ábra A Colebrook-White és a Panhandle A összefüggés összehasonlítása

DN600, 100 km

0

2

4

6

8

10

12

14

16

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)


80

2-19 ábra A Colebrook-White és az IGT összefüggés összehasonlítása

DN400, 100 km

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

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) 2-20 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 2-19 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.

DN400, 100 km

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

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) 2-21 ábra A Colebrook-White és az IGT összefüggés összehasonlítása

A további vizsgálatoknál a DN400 névleges átmérőjű távvezeték feltételezett egyenértékű (abszolút) érdessége azonos a korábban számításba vett k=0,03 mm-


81

es értékkel, ami k/d=0,000077 relatív érdességnek felel meg. A 2-20 és 2-21 ábrák tanúsága szerint az eredmények nagyon hasonlóak DN400 néveleg átmérő esetén is, mint a korábban vizsgált DN600 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.

DN600, 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=0,00005) Dp(k/d=0,001) 2-22 ábra A relatív érdesség hatása a Colebrook-White összefüggés esetén

DN400, 100 km

0

10

20

30

40

50

60

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=0,000077) Dp(k/d=0,001) 2-23 ábra A relatív érdesség hatása a Colebrook-White összefüggés esetén

A fentiek alapján megállapítható, hogy egy átlagos korú, és átlagos mértékben korrodált belső felületű DN600 és DN400 névleges átmérő gázvezeték esetén a kevesebb számítási időt igénylő Panhandle A, vagy az IGT összefüggés


82

alkalmazása jelentősen kisebb nyomásveszteséget eredményez, mint a C-W összefüggés.

A továbbiakban a C-W összefüggés alkalmazásánál a relatív érdesség hatása látható a nyomásveszteségre. A 2-22 és 2-23 ábrák tanúsága szerint az érdesség jelentős mértékben befolyásolja a súrlódási tényező értékét, és az érdes csövek nyomásvesztesége többszöröse is lehet a sima csőének. A 2-1 táblázat alapján a vizsgálatokhoz feltételezett k=0,1 mm egyenértékű érdesség a 20-25 éves, belső bevonat nélküli acélcsöveknél tekinthető reális értéknek. A vizsgált DN600 névleges átmérőjű csőtávvezeték súrlódási nyomásvesztesége 350 103 m3/h gázáramnál közel kétszerese a sima cső nyomásveszteségének.

A kisebb átmérőjű, DN400-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.

2.5 Hőmérséklet számítás

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 indító hőmérséklet 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 azért alakul ki, mert a kompresszorállomáson gáz-levegő hőcserélővel nem lehet a földgázt talajhőmérsékletre visszahűteni. A talajhőmérsékletnél kisebb gázhőmérséklet viszont nyomásszabályozás után fordulhat elő, ha a földgázt a szabályozás előtt nem, vagy csak kis mértékben melegítik.

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

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−+=

gms1s2 cq

kLexpTTTT (2.5-1)

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


83

hőmérsékletcsökkenés arányos a kezdőponttól mért távolsággal és az egységnyi hosszra eső hőátbocsátási együtthatóval, és fordítottan arányos a tömegárammal, valamint a közeg nyomásán és hőmérsékletén érvényes fajhőjével.

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

π=

∗

dkk

ahol k* az egységnyi felületre, k pedig az egységnyi vezetékhosszra vonatkozó hőátbocsátási együttható. A k* mértékegysége W/m2K, a k mértékegysége pedig 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%) 2-24 ábra Hőmérsékletváltozás a távvezeték mentén

A 2-24 ábrán látható egy DN400 névleges átmérőjű, és 50 km hosszú gáztávvezeték mentén a (2.5-1) szerint kialakuló hőmérsékletváltozás különböző gázáramok esetén. A legkisebb, 75·103 m3/h-ás gázáramnál leggyorsabb az áramló közeg lehűlése. Kétszeres és háromszoros gázáramok esetén a gáz lehűlése kisebb mértékű, és a görbe alakja is változik.

Egy távvezetéki szakasz átlaghőmérsékletét a (2.5-1) összefüggés integrálásával kapott egyenletből lehet számítani:

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−+=

cqkLexp1TT

kLcqTT

mt1

mt.av (2.5-2)


84

Távvezetékhálózat esetén a (2.5-1) és (2.5-2) összefüggéseket ki kell egészíteni a keveredési egyenlettel. A 2-25 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.

T11q1

T12 q3T31 T32

T22

q2T21

2-25 ábra Különböző hőmérsékletű gázáramok keveredése a csomópontban

A keveredésnél a csomópontba be- és kiáramló gázok hőtartalmának egyenlőnek kell lenni egymással. A 2-25 ábrán látható csomópontra a következő egyenlet írható fel:

( ) ( ) ( ) ( )( )t3bb2211tbbbt222t111 TTcqcqcqTTcqTTcqTTcq −++=−+−+− (2.5-3)

A T1 és a T2 érkezési hőmérsékleteket a (2.5-1) 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 (2.5-3) egyenletben csak T3 az ismeretlen. Az iteratív számítás elkerülése érdekében a (2.5-1) és (2.5-3) 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 2-25 ábrán látható elemi hálózatra a hőmérsékletszámítási összefüggés az elmondottak alapján a következő alakban írható fel:


85

( ) bbb3bb2211222

2221

11

111 cqcqcqcq

cqLkexpcq

cqLkexpcq ττ++−τ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −τ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=+

(2.5-4)

Ha a vizsgált csomópontban nincs betáplálás, akkor qb=0, és a (2.5-4) egyenlet ennek megfelelően egyszerűsödik.

p=60 bar5 oC

5 oC

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

5 oC

p=60 bar

200

400

200

2-26 ábra Izotermikus áramlás

A 2-26 és 2-27 ábrákon látható mintahálózat mindkét betáplálási pontjától 100+100 km hosszú DN600 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

201

400

199

2-27 ábra Nem-izotermikus áramlás


86

A 2-27 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.

2-1 mintapélda: Mekkora hőmérséklet alakul ki a DN400 névleges átmérőjű gáztávvezeték végpontjában, és mekkora lesz az átlaghőmérséklet az alábbi feltételek esetén?

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

A hőmérsékletcsökkenés a távvezeték mentén a (2.5-1) 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 DN400 névleges átmérőjű gáztávvezetékben a gáz hőmérséklete a 40 oC-os indítási értékről 6,4 oC-ra hűl le miközben a végpontig áramlik.

Az átlaghőmérséklet a (2.5-2) 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.

2.6 Gázkeveredés számítás

A keveredési számítások segítségével meghatározható, mekkora lesz a földgáz energiatartalma az egyes fogyasztói végpontokban olyan esetekben is, amikor különböző összetételű és inert tartalmú földgázokat táplálnak be a rendszerbe.


87

A földgáz energetikai célú felhasználásánál és az ehhez kapcsolódó elszámolásnál alapvető paraméter a felső hőérték (égéshő) és a Wobbe-szám. A két paraméter közötti kapcsolatot az alábbi összefüggés adja meg:

r

gWo

HNρ

=

A földgázkomponensek alsó- és felső hőértékét a 2-2 táblázat tartalmazza.

2-2 táblázat A földgázkomponensek jellemzői

Komponens Képlet Moláris tömeg

Felső hőérték

Alsó hőérték

kg/kmol MJ/m3 MJ/m3

Metán CH4 16,043 37,746 34,014

Etán C2H6 30,069 66,645 61,003

Propán C3H8 44,096 95,964 88,355

i-Bután C4H10 58,123 125,837 116,185

n-Bután C4H10 58,123 126,732 117,039

i-Pentán C5H12 72,15 158,627 146,755

Pentán C5H12 72,15 160,4575 148,475

CO2 CO2 44,01 0 0 CO CO 28,01 11,976 11,976

N2 N2 28,013 0 0

O2 O2 32 0 0 Argon Ar 39,948 0 0 Levegő (száraz) - 28,964 0 0

A földgázkeveredési számításoknál minden betáplálási pontra meg kell adni a gázösszetételt, azaz a komponensek százalékos arányát.

x1iq1

q3x3i x3i

qb

q2x2i

2-28 ábra Különböző összetételű gázáramok keveredése a csomópontban


88

A 2-28 ábrának megfelelő elemi hálózatrészre a térfogati keveredési szabály a következő egyenlettel írható le:

( ) i3b21bibi22i11 xqqqxqxqxq ++=++ (2.6-1)

Ha a (2.6-1) egyenletbe rendre behelyettesítjük az egyes földgázkomponensek térfogat- vagy moltörtjét, akkor akkor megkapjuk a kevert gázra vonatkozóan a komponensek százalékos megoszlását. Ebből számítható a 2-2 táblázatban szereplő alsó-, illetve felső hőérték segítségével a kevert gáz energetikai jellemzője, beleértve a Wobbe-számot is. Ha valamely csomópontban nincs betáplálás, akkor qb=0, és az egyenlet ennek megfelelően egyszerűsödik.

p=60 barCH4C2H6

CH4

C2H6

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

CH4C2H6

p=60 bar3%

97%3%

97%

97%3%

200

200

400

2-29 ábra Azonos összetételű földgáz áramlása

A (2.6-1) keveredési egyenletből közvetlenül is számíthatók azok a gázjellemzők, amelyek lineáris függvényei a gázösszetételnek, például a hőérték vagy a relatív sűrűség. A korábban elmondottak alapján látható, hogy a Wobbe-szám hálózati eloszlásának közvetlen számítása a keveredési egyenlettel nem végezhető el. Ha a hálózatban áramló földgázra külön-külön kiszámítjuk a hőérték és a relatív sűrűség megoszlását, akkor minden csomópontra számítható a Wobbe-szaám is. A keveredési egyenletet annyiszor kell felírni és megoldani, ahány komponens van a betáplált gázokban összesen

Mivel a (2.6-1) egyenletben csak azoknak a szomszédos csomópontoknak a változói szerepelnek, amelyekből a gáz a vizsgált csomópont felé áramlik, ezért a (2.6-1) egyenletből álló lineáris egyenletrendszer együttható mátrixának egyik jellegzetessége, hogy aszimmetrikus. Másik jellegzetessége, hogy nagyon sok a zérus együttható, ami a (2.5-4) egyenletekből álló egyenletrendszerhez hasonló speciális megoldási eljárást igényel.


89

p=60 barCH4C2H6 CH4

C2H6

CO2

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

CH4C2H6CO2 p=60 bar

94,5%3,0%

2,50%

5%

204

196

400

3%

92%3%

97%

2-30 ábra Eltérő összetételű földgáz áramlása

A 2-29 és 2-30 ábrákon látható mintahálózat mindkét betáplálási pontjától 100 km hosszú DN600 névleges átmérőjű vezetékszakaszon áramlik a földgáz az elvételi pontig. Az első változatban azonos a földgáz összetétele a betáplálási pontokban, a második változatban viszont eltérő.

2.7 Nagy sebességű gázáramlás

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 (2.7-1)


90

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.

Abban az esetben, ha

1

1

2

12 −κ

κ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ≤

pp

a kiömlési keresztmetszetben kritikus állapot alakul ki, a gáz kiáramlási sebessége egyenlő lesz a hangsebességgel.

1

1.krit 12pp

−κκ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ= (2.7-2)

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] 2-31 ábra Kritikus nyomásarány a nyomás és hőmérséklet függvényében

A 2-31 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.


91

12av 1.krit +κ

= (2.7-3)

1

1.krit 12pp

−κκ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ= (2.7-4)

11

1.krit 12 −κ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κρ=ρ (2.7-5)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+κ=

12TT 1.krit (2.7-6)

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.

A nagy sebességű gázáramlás speciális esetét jelenti a lefúvató rendszerekben kialakuló gázáramlás. A nagy sebesség miatt korlátozott a rendszer és környezete közötti hőátadás, 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 mérhető ps és Ts statikus értékek között. Az átszámítás a (2.7-7) és (2.7-8) összefüggések segítségével végezhető el.

121

011s

M2

11

pp−κκ

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −κ+

= (2.7-7)

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −κ+

=21

011s

M2

11

TT (2.7-8)

A gázszállító és -elosztó vezetékekben kialakuló áramlási sebesség normál üzemviszonyok mellett kisebb az aktuális nyomáson és hőmérsékleten érvényes


92

hangsebesség 10 %-kánál, ezért a gáz térfogatváltozásából származó gyorsuláskomponens elhanyagolható. 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

+ (2.7-9)

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

( )⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

−κκ

−=

1M2

1M

dMM12Ddxf

23

2

D (2.7-10)

A (2.7-10) 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

= (2.7-11)

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


93

( )( ) 2

2

21

2

1

1s

2s

M12M12

MM

pp

−κ+−κ+

= (2.7-12)

22

21

1s2s

M2

11

M2

11TT

−κ+

−κ+

= (2.7-13)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 50 100 150 200 250 300

Távolság [m]

Mac

h-sz

ám

2-32 ábra Mach-szám változása a lefúvató vezeték hossza mentén

A (2.7-11), (2.7-12) és (2.7-13) összefüggések felhasználásával számított paraméterek a 2-32, a 2-33, a 2-34 és a 2-35 ábrákon láthatók.

A 2-32 ábra egy 300 m hosszú és DN200-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.

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.


94

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300

Távolság [m]

Ára

mlá

si s

ebes

ség

[m/s

]

2-33 ábra Áramlási sebesség változása a lefúvató vezeték hossza mentén

A 2-33 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.

-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]

T(x) T0 2-34 ábra Hőmérsékletváltozás a távolság függvényében

A 2-34 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.


95

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250 300

Távolság [m]

Nyo

más

[bar

]

P(x) P0 2-35 ábra Nyomásváltozás a távolság függvényében

A 2-35 ábrán két görbe látható. A p0 nyomás a lefúvató vezeték kezdőpontjában érvényes nyugalmi nyomást jelenti. A lefúvató vezeték x tetszőleges pontjában érvényes p(x) érték azt a nyomást jelenti, amely a p0 értéknél a súrlódási nyomásveszteséggel és a kinetikus energiával kisebb. A folyamat során a növekvő sebesség miatt az áramló gáz kezdeti nyomásenergiájának egyre nagyobb része súrlódási veszteséggé és kinetikus energiává alakul.

2.8 Speciális tervezési feladatok

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

2-36 ábra Párhuzamosan üzemelő távvezetékek

A 2-36 ábrán látható a párhuzamosan üzemelő távvezetékek általános esete, amelynél az egyik csővezeték átmérője d1, a másiké pedig d2.


96

Ilyen esetben a nyomásveszteség számítására szolgáló (2.3-1) alapegyenletből az alábbi összefüggések vezethetők le. Egyenértékű átmérő:

( ) 5/22/52

2/51e ddd += (2.8-1)

A gázáramok aránya:

52

51

2

1

d

dqq

= (2.8-2)

A sebességek aránya:

2

1

2

1

dd

vv

= (2.8-3)

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 =− (2.8-4)

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 −+=− (2.8-5)

A párhuzamosított szakaszon a két vezeték együttes szállítókapacitása:

12111 qqq += de (2.8-2) szerint


97

52

51

12

11

d

dqq

=

Az előzőek alapján

Bq

dd1

qq 12/5

1

2

111 =

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

= ahol ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

2/5

1

2

dd1B

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

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

= (2.8-6)

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

2-37 ábra Szállítókapacitás növekedés párhuzamosítással

A 2-37 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


98

növekedni. Természetesen teljes párhuzamosítás esetén a szállítókapacitás megduplázódik.

2-2 mintapélda: Mekkora az egyenértékű átmérő, továbbá a gázáramok és a sebességek aránya azonos hosszúságú párhuzamosan üzemelő gáztávvezetékek esetén?

Megnevezés Érték Mértékegység Névleges átmérő (1) DN400 Névleges átmérő (2) DN600

A hidraulikailag egyenértékű átmérő a (2.8-1), a gázáramok aránya a (2.8-2) és a sebességek aránya a (2.8-3) 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 ==

2-3 mintapélda: Mekkora szállítókapacitás növekményt eredményez egy DN400 gáztávvezeték első szakaszának részleges párhuzamosítása azonos átmérőjű távvezetékkel?

Megnevezés Érték Mértékegység Névleges átmérő DN400 Részleges párhuzamosítás aránya (x/L) 40 %

Részleges párhuzamosítás esetén a kapacitásnövekményt a (2.8-6) 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.


99

P1 d2 p3 d1 p2 x L-x

2-38 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 =− (2.8-7)

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 −

+=− (2.8-8)

A két egyenletből összevonás után kapjuk a számítás alapegyenletét

( ) 215

1

215

2

205

1

qd

xLqdxq

dL −

+= (2.8-9)

A (2.8-9) 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 (2.8-10)


100

Ha a kérdés az, hogy adott hosszúságú távvezetéki szakasz cseréje mekkora szállítókapacitás növekményt eredményez, a (2.8-9) egyenletből a gázáram arányt kell kifejezni.

11dd

Lx

1qq

5

2

10

1

+⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (2.8-11)

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

2-39 ábra Szállítókapacitás növekedés részleges hosszúságú vezetékcsere esetén

A 2-39 ábrán egy DN400 névleges átmérőjű távvezetéknek DN600 névleges átmérőjű távvezetékkel történő részleges cseréje során a szállítókapacitás változás nagysága látható. Az ábra alapján megállapítható, hogy a kapacitásnövekedés nem 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.

2-4 mintapélda: Mekkora szállítókapacitás növekményt eredményez, ha egy DN400 névleges átmérőjű gáztávvezeték első 40 % hosszúságú szakaszát DN600 névleges átmérőjű távvezetékre cserélik?

A távvezeték első szakaszának részleges cseréje esetén a kapacitásnövekményt a (2.8-11) összefüggésből lehet számítani. A belső átmérőt a falvastagság ismeretében vagy feltételezésével lehet számítani.


101

242,1

11591,0387,0*4,0

1qq

50

1 =

+⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

=

A vezetékhossz 40 %-os részleges cseréje DN600 névleges átmérőjű távvezetékre 24,2 %-os kapacitásnövekedést eredményez.

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

100 300 500 700 900 1100 1300 1500

Névleges átmérő

Fajla

gos

felü

let [

m2 /m

]

Fajlagos felület egy vezeték esetén Fajlagos felület párhuzamos DN400-as vezetékek esetén 2-40 ábra Fajlagos felület hidraulikailag egyenértékű megoldások esetén

A 2-40 ábra azonos szállítókapacitást biztosító technikai megoldások esetén mutatja az egységnyi vezetékhosszra jutó belső felületet nagyságát. 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. Az alapesethez képest többszörös lesz a növekedés, ha a szükséges szállítókapacitást DN400 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.


102

0

200

400

600

800

1 000

1 200

1 400

1 600

1 800

100 300 500 700 900 1100 1300 1500

Névleges átmérő

Fajla

gos

töm

eg [k

g/m

]

Fajlagos tömeg egy vezeték esetén Fajlagos tömeg párhuzamos DN400-as vezetékek esetén 2-41 ábra Fajlagos tömeg hidraulikailag egyenértékű megoldások esetén

Az előzőhöz hasonló következtetés vonható le a 2-41 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.

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 2-42 ábra A sebesség változása a nyomásgradiens függvényében

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


103

2D vd2

fLp ρ=

Δ (2.8-12)

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

A 2-42 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 (2.8-12) összefüggésből látható, hogy az áramlási sebesség és a nyomásgradiens közötti kapcsolatot nemcsak a csőátmérő, hanem a gáz sűrűsége, közvetve a vezetékszakasz átlagnyomása is befolyásolja.

2.9 A szállítókapacitás értelmezése

A földgázpiacon egyre fontosabb kérdés a földgázszállító rendszer tényleges, illetve szabad kapacitásával kapcsolatos kérdések. Az engedéllyel rendelkező földgázkereskedők az energiahordozó szállítása céljából – megfelelő tarifa ellenében - korlátozás nélkül igénybe vehetik a csővezetékes infrastruktúra kapacitását. Ennek érdekében a szállítórendszer 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 DN600 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 2-43 ábrán láthatók. Az ábrán, és a továbbiakban a gázáramok mértékegysége 103 m3/h.


104

a./ eset

60 bar 35 bar

332 332332 332

Teljes szállítókapacitás: 332 103 m3/h

b./ eset

60 bar 35 bar

417 217417 217

200 Teljes szállítókapacitás: 417 103 m3/h

c./ eset

60 bar 35 bar 60 bar

470 470940470 470


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.

A 2-43 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 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


105

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.

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% 2-43 ábra Gáztávvezeték szállítókapacitásának változása

60 bar-os indítónyomás esetén

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


b./ eset

55 bar 30 bar

398 198398 198



106

c./ eset

55 bar 30 bar 55 bar

445 445445 445


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% 2-44 ábra Gáztávvezeték szállítókapacitásának változása

55 bar-os indítónyomás esetén

A 2-44 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.).


107

80 bar 80 bar

100 % 100 %

3

100 %

49 bar

12001200

2400

21

4 2-45 ábra Kapacitás mintapélda két forráspont esetén

80 bar 80 bar

150 %

3 67 %

75 %

49 bar

18002000167 %

4

1 21000

1800

800100083 %

1000

2-46 ábra Szállítókapacitás változása közbenső elvételek esetén

A 2-45 ábrán látható mintapélda egy elemi hálózat áramlási viszonyait szemlélteti. Mindkét betáplálási pontban 80 bar az indító nyomás, az elvételi végponton 49 bar az érkező nyomás. Az előző feltételekhez tartozó áramlási viszonyokat bázisállapotnak, az egyes vezetékszakaszok kapacitáskihasználtságát 100 %-nak tekintették.

A 2-46 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.

A 2-47 ábrán a csőtávvezeték rendszer azonos a korábbiakkal, de a szállítási irány két vezetékszakaszban megváltozott. Az új hidraulikai határfeltételek mellett


108

teljesen új áramlási kép alakult ki, és az egyes vezetékszakaszok kapacitáskihasználtsága a korábbiaktól merőben eltérő képet mutat.

80 bar 49 bar

88 %

3 171 %

71 %

80 bar

29 %1700

4

10001000

113 %

350 2050

1050

1 2

1350

2-47 ábra Kapacitás változása fordított áramlási irány esetén

Az előző mintapéldák szerzői a szállítókapacitást egymástól eltérő módon értelmezték. A 2-45 és 2-46 ábrák szerinti mintapéldáknál a kapacitás adott feltételek mellett a távvezetékrendszer lehetséges maximális gázforgalmát jelenti. A 2-45…2-47 ábrák szerinti mintapéldában a szállítókapacitás vezetékszakaszokra vonatkozik, és a referencia állapotban kialakuló gázáramokat tekintették az egyes vezetékszakaszok maximális 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 szállítókapacitását egy referencia állapothoz köti. Ennek a közelítésnek a gyenge pontja az, hogy ténylegesen nincs referencia állapot.

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 DN750 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


109

elvételi végpontok nyomásaiból határozták meg. Ezt tekintették a távvezeték statikus szállítókapacitásának.

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 Tranziens 2-48 ábra Aktuális szállítókapacitás a vezetékhossz függvényében

2-2 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

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 2-2 táblázatban szereplő kapacitás értékeket.

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.

A 2-48 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


110

nagyobb vezetékkészlet esetén a terhelésingadozásból adódó nyomásváltozás csökkenő mértékű, a távvezeték szállítókapacitása egyre jobban közelít az állandósult állapotra vonatkozó értékhez.

DN 750, 100 km

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Idő [h]

Végp

onti

terh

elés

ek [1

03 m3 /h

]

Betáplálás Elvétel Kapacitás (állandósult) 2-49 ábra Állandó és időben változó terhelés összehasonlítása

DN 750, 100 km

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Idő [h]

Nyo

más

[bar

]

p1 p11 p1áll. p11áll. 2-50 ábra Nyomásváltozás állandósult és tranziens áramlási viszonyok esetén

A 2-49 és 2-50 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


111

vezetékszakaszon. A 2-50 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.

DN 750, 200 km

300

350

400

450

500

550

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Idő [h]

Végp

onti

terh

elés

ek [1

03 m3 /h

]

Betáplálás Elvétel Kapacitás (állandósult) 2-51 ábra Állandó és időben változó terhelés összehasonlítása

DN 750, 200 km

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Idő [h]

Nyo

más

[bar

]

p1 p11 p1áll. p11áll. 2-52 ábra Nyomásváltozás állandósult és tranziens áramlási viszonyok esetén

A 2-51 és 2-52 ábrákat összehasonlítva a 2-49 és 2-50 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


112

103 m3/h gázmennyiség szállítható tranziens áramlás esetén. A szállítókapacitás csökkenés ebben az esetben csak 21 %.

Egy csőtávvezeték rendszer szállítókapacitását az alábbi feltételek befolyásolják:

A/ Időben állandó vagy lassan változó tényezők:

• Csőtávvezetékek hossza, átmérője, • 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, • A betáplálási pontok terhelésének a nagysága, területi megoszlása.

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.).


113

170 170

100 100100

170

70

Tényleges áramlás

Lekötött kapacitás

Lekötött kapacitás

S1 C1

S2C2

A B

2-53 ábra A szállítókapacitás kereskedelmi értelmezése

A 2-53 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 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 2-53 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


114

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

2.10 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.


115

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 az összefüggés:

fa

=λ (2.10-1)

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 (2.10-2)

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 (2.10-3)

∑=

=n

1i

2i

2 pp (2.10-4)

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:

af f2f = (2.10-5)

A sáv középfrekvenciája a határfrekvenciák geometriai közepe

aafk f2fff == (2.10-6)

A nemzetközileg szabványosított középfrekvenciák fk (Hz) értékei: 16; 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; 31500. A legtöbb esetben


116

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, 1000 Hz frekvenciájú hangoknál jó közelítésssel 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 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


117

akusztikai vizsgálatoknál általában nem elegendő, legalább az oktávsávos spektrum meghatározása szükséges.

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:

2-3 táblázat Környezeti zaj- és rezgésterhelési határértékek Határérték dB

Zajtól védendő terület Nappal 6-22h

Éjjel 22-6h

Üdülőterület, különleges területek közül az egészségügyi területek

45 35

Lakóterület (kisvárosias, kertvárosias, falusias, telepszerű beépítésű), különleges területek közül az oktatási létesítmények területe, a temetők, a zöldterület

50 40

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

Forrás: 27/2008. (XII. 3.) KvVM-EüM együttes rendelet a környezeti zaj- és rezgésterhelési határértékek megállapításáról

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.

2.10.1 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.


118

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 (testhang közvetítéssel) 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.

2.10.2 Zajcsökkentés

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 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).


119

• 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.


120

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 Report on gas composition range in Europe INGAS Integrated Project, (2010) 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 Tihanyi L. (2002): Súrlódási tényező – a gázhálózati modellek kulcsparamétere


121

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.


122

Gázszállító vezetékek tervezése

123

3 Gázszállító vezetékek tervezése

3.1 Hidraulikai rendszertervezés

Egyetlen beadási és egyetlen kiadási ponttal rendelkező gázszállító vezeték 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.

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 DN600 névleges átmérőjű távvezeték volt az az “új létesítmény”, amelynek a rendszer kapacitásnövekedését kellett eredményeznie. A 3-1 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.


124

3-1 ábra A rendszer áramlási viszonyai a bővítés előtt


125

3-2 ábra A bővített rendszer áramlási viszonyai


126

3-3 ábra Áramlási viszonyok az átszabályozás módosítása után


127

A 3-2 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.

A 3-3 ábrán látható változat abban különbözik az előzőtől, hogy a DHE-nél a hazai földgázt szállító hálózatrészből az import földgázt szállító hálózatrészbe 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 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 egy új létesítmény rendszerbe történő illesztésekor általában 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 rendszerfejlesztési feladatoknál általában a következő kérdésekre kell választ keresni:

• a tervezett új távvezeték kapcsolódási pontja a meglévő rendszerhez, • a tervezett új távvezeték átmérője,


128

• a tervezett új kompresszorállomás 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 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 a feltételezett új létesítmény és a korábbi 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.


129

A tervezési módszer kapcsán hangsúlyozni kell a rendszerfejlesztés paradoxonát, amely abból adódik, hogy a gázvezeték rendszerek hosszútávon 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 is. 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. 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 vezetékátmérőket. A gázvezeték rendszereket éppen azzal a céllal létesítik, hogy az időben változó gázigényeket kielégítsék. Nincs olyan fogyasztói hely, amelynek a gázigénye hosszútávon 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


130

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.

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 pontossága és érvényessége,

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

összefüggések (empirikus közelítés, állapotegyenlet stb.) pontossága és érvényessége,

• azokban a csomópontokban, amelyekben sok távvezeték kapcsolódik, 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, izotermikus és nem-izotermikus áramlás számítására, továbbá a


131

számítások során a gázkeveredés miatt kialakuló változó gázösszetétel figyelembe vételére. A surlódási tényező 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 csőtávvezeték szakaszokon kívül a gázszállító rendszer további alkotó elemei a kompresszor, nyomásszabályozó, gázáram szabályozó és elzáróelem. A rendszerszimulációhoz szükség lehet még adott ellenállású elemekre, fix átmérőjű fojtásra, gázhűtőre és hasonló speciális feladatra szolgáló egységre.

Az áramló közeg adott nyomáson és hőmérsékleten érvényes eltérési tényezőjének a számítására empirikus összefüggések és állapotegyenletek egyaránt használhatók. A számítási eredmények megbízhatósága érdekében célszerű széles körben használt szoftver csomagot használni a számítások során.

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. Ezeknek a megválasztásához nagy körültekintésre és szakmai tapasztalatra van szükség. A gázszállító távvezeték rendszer a kapcsolódó gázelosztó rendszerekkel együttműködve alkotják az egyik alapvető vezetékes energiaellátó rendszert, amelynek a terhelése a fogyasztók véletlenszerű igényei következtében folyamatosan változik. A társadalmi életritmus és a fogyasztói szokások miatt jelentősek az egy napon belüli, illetve a munkanapok és munkaszüneti napok ciklikus változásából adódó terhelésingadozások. A fűtési gázfogyasztás miatt jelentős a szezonális ingadozás is. A gázszállító rendszerhez föld alatti gáztárolók is kapcsolódnak, amelyeknek töltése és kisütése is szezonálisan jelentkezik. Az előzőek miatt nagyon nehéz meghatározni, hogy melyik terhelési állapot tekinthető jellemző állapotnak.


132

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:

• 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 felépíteni. 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


133

hálózat esetén a számítási eredmények olyan nagyságú adathalmazt jelentenek, amelynek az értékelése időigényes és nehézkes. Ha azonban lehetőség van rugalmas grafikus megjelenítésre, továbbá különböző feltételekkel történő keresésékre, akkor ez felgyorsítja és megkönnyíti az eredmények értékelését.

3-1 mintapélda: Határozza meg a tervezett céltávvezeték átmérőjét 65 km-es szállítási távolság és 300 103 m3/h szállítási feladat esetén!

Megnevezés Érték Mértékegység Indítónyomás 50 bar Minimális érkezőnyomás 35 bar Áramlási hőmérséklet 8 oC Súrlódási tényező 0,01 A gáz moláris tömege 16,44 kg/kmól

Az aktuális átlagnyomáshoz és átlaghőmérséklethez tartozó eltérési tényező értéke 0,91. Az átmérő meghatározásához a (2.3-1) 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

( ) m512,0013,36013,51

6,3300

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

15,288*14,3013,1*4

d

5/1

22

22

b =

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛

=

A legközelebbi szabványos átmérő DN500.

3.2 Az állandósult áramlás matematikai modellje

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


134

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 a (2.3-1) összefüggésnek megfelelően, ahol az ellenállási tényező az alábbi módon számítható:

5i

.av.avD

2

n

nij dR

LMTzfTp4K ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

=

A 3-1 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.

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

q3q23 p3

q12p1 q2q1 p2

q24 q4p4

3-1 ábra Sugaras gázszállító rendszer elemi része

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


135

vezetékszakaszok gázáramának ismeretében a nyomászámítás a (3.2-2) karakterisztikus egyenlet alkalmazásával az adott nyomású pontból kiindulva elvégezhető.

q3q23 p3

q12p1 q2 q34q1 p2

q24 q4p4

3-2 ábra Hurkolt gázszállító rendszer elemi része

A 3-2 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

3-3 ábra Sugaras hálózat több adott nyomású ponttal

A 3-3 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


136

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 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:


137

( )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)

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 2...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 csővezeték szakaszokból álló hálózat esetén az egyenletrendszer szimmetrikus, kompresszor, nyomás- és gázáram szabályozó azonban aszimmetrikussá teszi. A csomóponti korrekciós eljárások elterjedése elsősorban a személyi számítógépeknek köszönhető, amelyeknél a műveleti


138

sebesség és a memóriakapacitás gyors növekedése egyre nagyobb méretű csomóponti egyenletrendszer megoldását tette lehetővé.

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 működése az alábbi hidraulikai feltételekkel jellemezhető:

• a kimenő nyomás állandó; • a szállított gázmennyiség állandó; • a kimeneti és a bemeneti nyomások aránya állandó.

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:


139

bemaxki

maxkomp

.névlki

prpqq

pp

≤

≤≤

A feltételrendszerhez a modellben egy prioritási sorrendet kell 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 az politrópikus hatásfokból számítható

p11nn

η−κκ

=−

A kompresszor Pt tengelyteljesítménye a mechanikai hatásfok figyelembe vételével határozható meg:

mt η

PP = (3.2-11)

A kompresszor fűtőgázfogyasztását a következő összefüggéssel lehet számítani:

nt

tf H

Pqη

= (3.2-12)

Az előző összefüggésekben ηp 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


140

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 elemek 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


141

egyenletekkel. A megoldás során ebből a bővített egyenletrendszerből kell az ismeretlen csomóponti paramétereket és az aktív elemek gázáramát számítani.

Hazai földrajzi adottságaink mellett a gázszállító rendszernél a legnagyobb magasságkülönbségből adódó nyomáskorrekció is kisebb 1 bar-nál, ami 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. 25-30 tf%-nál nagyobb CO2 tartalom esetén a szállított gáz sűrűsége jelentősen 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 végponti 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)

A gazosztatikus nyomáskülönbség számításához meg kell adni a vezetékszakaszok végpontjainak egy tetszőleges viszonyítási síkhoz képest mért hi és hj magassági értékeit, továbbá számítani kell a szakasz átlagnyomására vonatkozó gázsűrűséget. 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


142

érvényesek. Zérus gázáram esetén is különbözni fognak a végpontokon mérhető 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 ( )ji.av.av

ij hhRTz2

gME −=

Ha az i csomópontban aktív elem nem kapcsolódik, értelemszerűen qa=0. Az Eij együttható értéke a számítás során 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 mintapélda: Egy gáztávvezeték kezdő- és végpontja között 100 m magasságkülönbség van. Mekkora gazosztatikus nyomástöbblettel lehet számolni, ha a vizsgált szakasz átlagnyomása 50 bar túlnyomás?

Megnevezés Érték Mértékegység 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


143

A számítási eredmény alapján megállapítható, hogy a vizsgált esetben a magasságkülönbség hatása nem jelentős.

3-3 mintapélda: Egy olajtávvezeték kezdő- és végpontja között 100 m magasságkülönbség van. Mekkora hidrosztatikus nyomástöbblettel lehet számolni?

Megnevezés Érték Mértékegység 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 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.

3-1 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


144

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 táblázatban, a vezetékszakaszok adatai a 3-2 táblázatban láthatók. A csomóponti fogyasztások minden változatban azonos nagyságúak.

3-2 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 változtatása; • a kompresszor kimeneti nyomásának változtatása; • a 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.


145

76

2 13

4

13

8

1012

11

15

14 1619

22 1820

1721

23

Gázáram szabályozó Gázáram (103 m3/h)

Nyomásszabályozó Számított érték

Kompresszor Adott érték

112

256 404

339

210

302

112

743

24

44

280

105130

9

5

Jelmagyarázat

126

12

p=37,2 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=25,0 bar

p=42,1 bar

p=29,1 bar

p=22,6 bar

p=26,4 bar

p=38,2 bar

p=22

p=22

p=27,0 bar 30

408

p=40,6 bar

3-4 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 DN400 névleges átmérőjű vezeték köti össze a 4-es csomóponttal, a 19-es betáplálási ponttól viszont DN600 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


146

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

76

2 13

4

13

8

1012

11

15

14 1619

22 1820

1721

23




80

9

5

126

122

733

66

44

275

Jelmagyarázat

12

116

122

206 399

334

210

332

p=37,5 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=25,0 bar

p=40,2 bar

p=31,2 bar

p=22,6 bar

p=33,1 bar

p=36,2 bar

p=36,2 bar 80

448

p=40,6 bar

p=22

p=22



147

Az 1. változathoz képest 30·103 m3/h-ról 80·103 m3/h-ra változott a hozamszabályozó gázárama. A beavatkozás hatására 10·103 m3/h-val nőtt az 1-es, és ugyanennyivel csökkent a 19-es betáplálási pont terhelése, továbbá 40·103 m3/h-ra nőtt a kompresszor által szállított gázmennyiség.

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 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. A kompresszor is az alpváltozatnak megfelelő mennyiséget szállítja.

Látható, hogy a 17-20 nyomásszabályozóval ellátott 20-22-23 hálózatrész együttműködik ugyan a rendszer többi részével, de a változások nem gyűrűznek


148

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.

75

2 13

4

13

8

1012

11

15

14 1619

22 1820

1721

23




112

256 404

339

210

302

112

743

24

44

280

105

Jelmagyarázat

130

9

5

126

12

p=43,8 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=55,0 bar

p=25,0 bar

p=42,1 bar

p=37,3 bar

p=22,6 bar

p=35,2 bar

p=36,2 bar

p=35,7 bar 30

408

p=46,6 bar

p=22

p=22


4. változat

A 4. változatban az 1-es és a 19-es forráspontok nyomása az 1. változatban szereplő bázisértékkel egyenlő. A kompresszor kimeneti nyomásának a növelése


149

azt eredményezte, 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. Az előzőekkel összefüggésben több, mint 10 %-kal megnőtt a kompresszor által szállított gázmennyiség is.

75

2 13

4

13

8

1012

11

15

14 1619

22 1820

1721

23




130

9

5

126

77

778

39

44

295

Jelmagyarázat

12

114

77

256 423

354

210

328

p=35,7 bar

p=55,0 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=25,0 bar

p=46,6 bar

p=27,1 bar

p=22,6 bar

p=24,2 bar

p=36,2 bar

p=24,9 bar 30

443

p=39,4 bar

p=22

p=22


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.


150

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

76

2 13

4

13

8

1012

11

15

14 1619

22 1820

1721

23




130

256 394

331

210

289

130

725

16

44

272

101

Jelmagyarázat

130

9

5

126

12

p=37,9 bar

p=46,6 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=25,0 bar

p=38,7 bar

p=30,0 bar

p=22,6 bar

p=27,4 bar

p=34,4 bar

p=28,0 bar 30

390

p=40,9 bar

p=22

p=22


Az 5. változatban a csomóponti határfeltételek megegyeznek a 4. változatéval, a 11-10 kompresszor gázárama azonban 390 103 m3/h értékben maximálva van.


151

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 390·103 m3/h-ás fogyasztást, a 10-es csomópontban pedig egy ugyanilyen nagyságú betáplálás lenne.

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

A kompresszor gázáramának a korlátozása láthatóan kihatással van a forráspontok terhelésére is. Mivel a 4-es csomópontba a korlátozás miatt kevesebb gáz áramlik, a hiányt az 1-es betáplálási pont terhelésének a növelésével lehet kompenzálni. Mivel a rendszerben az összes gázigény nem változott, ezért szükségképpen a 19-es betáplálási pont terhelése ugyanannyival csökken, mint amennyivel az 1-es betáplálási pont terhelése növekedett. A betáplálási pontoknak az előzőek szerinti terhelésváltozása a hálózat nagy részében a nyomások megváltozását is eredményezte.

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 DN600 névleges átmérőjű vezetéken kisebb mértékű a hőmérsékletcsökkenés, mint a 10-9-4 DN400 névleges átmérőjű távvezetéken. Látszólag ellentmondásos, hogy a 4-es csomópontban 7,7 oC-os gázhőmérséklet alakult ki, holott a 9-es csomópontban már csak 9,7 oC a hőmérséklet. Valójában a 4-es csomópontban különböző hőmérsékletű gázáramok keverednek.

A 8-as csomópont felől érkező 299·103 m3/h gázáramnak a legnagyobb a hőmérséklete. Ezzel keveredik a 9-es csomópont felől érkező 106·103 m3/h-ás, a talajhőmérsékletnél kismértékben nagyobb hőmérsékletű, és a 3-as csomópont felől érkező 80·103 m3/h-ás talajhőmérsékletű gázáram. A kevert gáz hőmérséklete az ábrán látható 7,7 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


152

viszonyokat tehát pontosabban közelíti egy olyan számítási eljárás, amely a hőmérsékletváltozást nem hanyagolja el.

76

2 13

4

13

8

1012

11

15

14 1619

22 1820

1721

23




115220

44

279

740

115

256 40223

299

Jelmagyarázat

130

9

5

338

106

p=37,3 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=25,0 bar

p=41,6 bar

p=29,2 bar

p=22,6 bar

p=26,5 bar

p=37,7 bar

p=27,1 bar 30

405

p=40,5 bar

T=17,0 oCT=9,7 oC

T=7,7 oC

T=40,0 oC

p=22

p=22


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: relatív sűrűsége 0,58-ös, inert tartalma 1 % CO2 és 1% N2, Wobbe-száma pedig 52,34 MJ/m3. Ezzel szemben az 1-es csomópontban betáplált földgáz relatív sűrűsége 0,65-ös, inert tartalma 8 % CO2 és 1% N2,


153

Wobbe-száma pedig 46,09 MJ/m3. A keveredés a 4-es és a 13-as csomópontban megy végbe. A 4-es csomópontban 0,59-es relatív sűrűségű, 2,05 % CO2 és 1% N2 tartalmú, 51,35 MJ/m3 Wobbe-számú kevert földgáz alakul ki, amely továbbáramlik a 4-7, illetve 4-5-13 útvonalon. A 13-as csomópontban a keveredés után 0,58-as relatív sűrűségű, 1,20 % CO2 és 1% N2 tartalmú, 52,15 MJ/m3 Wobbe-számú kevert földgáz áramlik tovább a fogyasztókhoz.

76

2 13

4

13

8

1012

11

15

14 1619

22 1820

1721

23




130

5

Jelmagyarázat

108

341

106

306

220

44

282

747

108

256 40626

9

p=37,0 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=50,0 bar

p=25,0 bar

p=41,9 bar

p=28,8 bar

p=22,6 bar

p=26,1 bar

p=37,9 bar

p=26,7 bar 30

412

p=40,3 bar

GCV= 37,15 MJ/m3

NWo= 46,09 MJ/m3

CO2 = 8,00 tf%

GCV= 39,94 MJ/m3

NWo= 52,34 MJ/m3

CO2 = 1,00 tf%

GCV= 39,52 MJ/m3

NWo= 51,35 MJ/m3

CO2 = 2,05 tf%

GCV= 39,86 MJ/m3

NWo= 52,15 MJ/m3

CO2 = 1,20 tf%

p=22

p=22



154

Az áramlási viszonyoknak megfelelően a legrosszabb minőségű gáz áramlik az 1-4 távvezetéken, kevert gázt kapnak a 4-7 távvezetékről ellátott fogyasztók és 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 párhuzamos távvezetékek hidraulikai együttműködése is. A számszerű eredmények nagyságrendi tájékoztatást adtak a hidraulikai szimulációval ismerkedők számára. A mintapéldák alapján össze lehetett hasonlítani a nem-izotermikus áramlás és az eltérő gázösszetétel esetén kapott eredményeket az alapváltozat eredményeivel.

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


155

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. 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 méretezésénél a csővezeték falvastagságát úgy kell megválasztani, hogy a létesítmény biztonsággal üzemeltethető legyen a valószínűsíthető legkedvezőtlenebb üzemi és környezeti feltételek között is, és ne jelentsen veszélyforrást a környezetre nézve. A csőanyag szilárdsági jellemzőjének a megválasztása elsősorban gazdaságossági kérdés, de a döntéshez számos technológiai szempontot is mérlegelni kell.

A tervezési nyomásnak nagyobbnak kell lennie, mint a várható maximális üzemi nyomás. A szállítóvezeték szilárdsági méretezése során a szilárdsági és alakváltozási számítások a szállítóvezeték tervezési nyomására kell elvégezni. 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 túlnyomásként jelentkezik.

A tervezési nyomás maximális értéke országonként eltérő lehet, szárazföldi távvezetékeknél a 80 bar-t általában nem haladja meg, tengeri távvezetékeknél – a fektetési mélységtől függően – 200 bar-ig is növelhető. A szárazföldi távvezetékeknél a tervezési nyomás maximális értékét elsősorban az határozza meg, hogy mekkora kockázatot jelent a szállítóvezeték az adott nyomvonalon a környezetre. A szilárdsági méretezés végeredménye a falvastagság, amely annak a függvénye, hogy a tervezési előírás a cső falában mekkora feszültséget enged meg.


156

p

LsσLdpLsσ b

3-11 ábra Erőhatások belső túlnyomás esetén

A 3-11 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:

LdpLσs2 i= (3.4-1)

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

Lpr2αdrαsinpLdsαsinpLFπ

0

π

0p ∫∫ ===

A falvastagságot kifejezve az alábbi összefüggést kapjuk:

σ2dps 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:


157

L2s2dpLσs2 o ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= (3.4-3)

vagy di belső átmérővel felírva

L2s2dpLσs2 i ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ += (3.4-4)

A (3.4-3) egyenletből kifejezve a falvastagságot, a (3.4-2) egyenletnél pontosabb összefüggést kapunk. Ahhoz, hogy a (3.4-3) és a (3.4-4) egyenleteket a tervezési folyamat során használni lehessen, a σ sziálárdsági jellemző helyett be kell vezetni az fm megengedett feszültség jellemzőt.

pf2dps

m

o

+= (3.4-5)

vagy hasonló módon (3.4-4) egyenletből

pf2dps

m

i

−= (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 meg. Magyarországon a csővezetékek szilárdsági méretezési eljárását az MSZ 2970 (1985) szabvány tartalmazta, amelyet azonban 2000-ben visszavontak. Jelenleg a csővezetékek szilárdsági méretezésénél az ISO 13623, az ASME B31.9 és egyéb nemzetközi szabványok tekinthetők iránymutatónak.

00m Rff = (3.4-7)

ahol R0 - a legkisebb felső folyáshatár N/mm2;

f0 - tervezési tényező (0,4<f0<0,8). A szilárdságilag szükséges s′ falvastagság számítására szolgáló összefüggésben további tényezőként a cső ve szilárdsági tényezője, amelynek értéke a csőgyártási technológiától függ.


158

s′pvf2

pd

em

i

−= (3.4-8)

ha a belső átmérő adott, és

s′pvf2

dp

em

o

+= (3.4-9)

ha a külső átmérő adott. 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)

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)


159

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 szabványban adott módon kell meghatározni. A falvastagság pótlékokat a (3.4-10) összefüggésnél elmondottak szerint kell számításba venni.

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 3-3 táblázatban láthatók:

3-3 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 ρLdd

4πM −= (3.4-12)

Az összefüggés más formában is felírható:

stostip ρLs2s2dπρLs

2s2dπM ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ += (3.4-13)


160

3-4 mintapélda: Határozza meg egy DN600 névleges átmérőjű, és 80 bar névleges nyomású csőtávvezeték falvastagságát 1,5-ös biztonsági tényező figyelembe vételével!

Megnevezés Érték Mértékegység 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

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

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.

3-5 mintapélda: Határozza meg a 3-4 mintapélda szerinti csővezeték 90 km hosszú szakaszának a tömegét és a cső árát!

Megnevezés Érték Mértékegység 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

( ) 613131000

3,106,6091000

3,10*8,7*1000*90*14,3Mp =−

= t

és

Kp = 13 613*1000 = 13 613 000 USD = 13,61 millió USD

3-6 mintapélda: Határozza meg a 3-4 mintapélda szerinti csővezeték 90 km hosszú szakaszának a tömegét és a cső árát X70-es anyagminőség esetén!


161

Megnevezés Érték Mértékegység 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’ 8,70,895,0*

5,1483*2

6,609*0,8=

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

= 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

( ) 125731000

5,96,6091000

5,9*8,7*1000*90*14,3M p =−

= t

és

Kp = 12 573*1030 = 12 950 000 USD = 12,95 millió USD

A 3-5 és 3-6 mintapéldák eredményeinek az összehasonlításából látható, hogy a csővezeték ára nem nőtt, hanem csökkent abban az esetben, ha jobb minőségű acélból készült csöveket használtak.

Magyarországon törvény (1993. évi XLVIII. törvény a bányászatról) 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.

A biztonsági övezet nagyságát Magyarországon A Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata tartalmazza (79/2005. (X. 11.) GKM rendelet).


162

3-4 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

3-5 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 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.

3-6 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 szállítóvezetékek lefúvatására szolgáló fáklya biztonsági övezetének nagysága megegyezik annak hőhatás övezetének méretével. A hőhatás övezet méretét a


163

szállítóvezeték üzemeltetője határozza meg, de nem lehet kevesebb, mint a fáklyacső köré húzható, 50 méter sugarú kör által lefedett terület.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 határoztak meg, ezekhez rendelik hozzá a csővezeték biztonságosnak ítélt feszültségi állapotát. A tervezési tényezőt 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.

3-7 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 továbbiakban két irányadó nemzetközi előírás és egy összehasonlító tanulmány alapján tekintjük át a legfontosabb kérdéseket:

• Gas Transmission and Distribution Piping Systems, ASME B31.8, 2006 Edition


164

• 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. A szabvány gerincét az általános szabályok alkotják, de az egyes fejezetekben megadja azokat a szigorításokat, amelyek a veszélyesebb közeg szállítása esetén érvényesek.

3-8 táblázat Területi kategóriák definíciója a B31.8 szerint Terület Leírás

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.

2-es kategória

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.

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.

4-es kategória

Ezen a területen többemeletes épületek vannak túlsúlyban, nagyforgalmú utak találhatók, és gyakoriak a föld alatti létesítmények.

3-9 táblázat Területi kategóriák definíciója az ISO 13623 szerint Terület Leírás

1-es kategória Olyan terület, ahol emberi tevékenységre csak elvétve lehet számítani, és nincs állandó emberi tartózkodásra szolgáló épület. Ide sorolhatók például a sivatagok és a tundrák.

2-es kategória 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.

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.

4-es kategória Olyan terület, amelyen 250 fő/km2-nél nagyobb a népsűrűség. Ide sorolhatók például a külvárosi területek, lakóparkok, ipari övezetek és egyéb olyan területek, amelyek nem felelnek meg az 5-ös kategória feltételeinek.

5-ös kategória Ezen a területen többemeletes épületek vannak túlsúlyban, nagyforgalmú utak találhatók, és gyakoriak a föld alatti létesítmények.


165

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 tényezőt engednek meg. A tervezési tényező a biztonsági tényezőnek a reciproka, amely megadja, hogy a csővezeték maximális engedélyezett üzemnyomásán (MAOP) a csővezetékben legfeljebb mekkora feszültség ébredhet. Az ASME B31.8-ban definiált területi kategóriák leírása a 3-8 táblázatban található.

A terület minősítésénél a csővezeték tengelyvonalától számított 400-400 m-es 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.

3-10 táblázat Tervezési tényező az ASME B31.8 szerint Létesítmény Területi kategória

1 1 2 3 4 Csővezetékek 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 Keresztezések védőcső nélkül - magánutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 - alsóbbrendű közutak 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 -főutak, autóutak, vasutak 0,60 0,60 0,50 0,50 0,40

Keresztezések védőcső alkalmazásával - magánutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 - alsóbbrendű közutak 0,72 0,72 0,60 0,50 0,40 -főutak, autóutak, vasutak 0,72 0,72 0,50 0,50 0,40

Párhuzamos megközelítések - magánutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 - alsóbbrendű közutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 -főutak, autóutak, vasutak 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40

Speciális létesítmények 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 Csővezeték csőhídon 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 Kompresszorállomások csővezetékei 0,50 0,50 0,50 0,50 0,40

Az ISO 13623 nemzetközi szabvány szerinti területi kategóriák leírása a 3-9 táblázatban található. 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


166

tekintik végig azonosnak a kockázatot, hanem szakaszról szakaszra határozzák meg a szükséges és elégséges biztonságot.

A csővezeték falvastagságának meghatározásánál már szóltunk arról, hogy a tervező a biztonsági tényező, illetve a tervezési tényező 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 tényező, illetve a boztonsági tényező a területi kategóriáktól függ. Az előírásokban megadott feltételrendszer a 3-10 és a 3-11 táblázatban látható.

3-11 táblázat Tervezési tényező az ISO 13623 szerint Szállított közeg D E D és E

1 1 2 3 4 5 Nyomvonali részek

Általános szakasz 0,83 0,77 0,77 0,67 0,55 0,45 Keresztezések és párhuzamos megközelítések - alsóbbrendű utak 0,77 0,77 0,77 0,67 0,55 0,45 -főutak, vasutak, csatornák, folyók, árterek és tavak

0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45

Görénykamrák és nyersgáz fogadó létesítmények

0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45

Technológiai állomások és terminálok csővezetékei

0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45

Speciális létesítmények pl. csővezeték csőhídon

0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45

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).

3-12 táblázat Csővezetékek legkisebb takarása az ASME B31.8 szerint A fektetés helye Normál Sziklás talajnál

talajnál D < DN500 D > DN500 1-es területi kategória 0,610 m 0,305 m 0,457 m 2-es területi kategória 0,762 m 0,457 m 0,457 m 3-as és 4-es területi kategória 0,762 m 0,610 m 0,610 m Utak és vasutak keresztezésénél 0,762 m 0,610 m 0,610 m

A csővezetékek takarása, azaz a csővezeték felső alkotója és a felszín közötti távolság nem lehet kisebb a 3-12 és 3-13 táblázatokban szereplő értékeknél.


167

3-13 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

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.

A B31.8 szabvány által a közutak és vasutak keresztezésére megadott tervezési tényezőt és takarási mélységet az 3-10 és 3-12 táblázatok tartalmazzák.

3-12 ábra Csővezetékek keresztezése

A föld alatti csőtávvezeték minimális megközelítési távolságát 0,15 m-ben 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 tényező nagyságát, amelyet az 3-11 táblázat tartalmaz. A 3-11 táblázat szerinti tervezési tényezőt és a 3-13 táblázat szerinti takarási


168

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 3-11 táblázat szerinti tervezési tényezőt, és a 3-13 táblázat szerinti takarási mélységet, mint minimális előírást kell alkalmazni a vasúti pálya oldalsó határától számított 5 m távolságig. Ha az oldalsó határ nincs megadva, 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.

3-14 táblázat Legkisebb névleges falvastagság az ASME B31.8 szerint Legkisebb névleges falvastagság, mm

Kivitelező által készített kiegészítő létesítmények Névleges átmérő

1-es területi kategória



3-as, 4-es területi kategória

Minden cső 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 Csővezetékek és kábelek keresztezésénél a minimális követelmény a fizikai érintkezés elkerülése. Az elválasztáshoz szükség esetén „matrac” vagy egyéb anyagok is használhatók. A későbbi javításokhoz szükséges földmunkák biztonságos elvégzése miatt ajánlott a föld alatti létesítmények között legalább 0,3 m távolságot biztosítani. Védőcső alkalmazását kerülni kell, ahol csak lehetséges.

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.

Az ISO 13623 szabvány mérgező gázokat szállító csővezeték esetén 100 %-os mértékű, azaz minden hegesztési varrat roncsolásmentes vizsgálatát írja elő.

A 3-14 táblázatban látható feltételrendszernek megfelelően az ASME B31.8 előírja a csővezetékek minimális falvastagságát.


169

A 3-13 ábrán egy DN400 névleges átmérőjű, 6,4 mm falvastagságú és 70 bar névleges üzemnyomású csővezeték esetén a különböző tervezési tényezőkhöz tartozó nyomások láthatók az anyagminőség függvényében. Az ábráról leolvasható, hogy minél nagyobb szilárdságú acél csővezetéket használnak, az egyes területi kategóriákhoz tartozó tervezési tényezők 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% MAOP 1,25*MAOP

X42 X46 X52 X56 X60 X65 X70 X80

3-13 ábra Az anyagminőség szerepe a tervezésnél

A folyáshatár 100 %-os értékének megfelelő nyomások a próbanyomás maximális 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.

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.

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 eredményeket. Amennyiben lehetséges a keresztezést védőcső nélkül kell tervezni. A csőfal biztonsági tényezője ilyen esetben sem lehet kisebb 2-nél.


170

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 (Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata, 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet).

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, • bányaművelés okozta rétegmozgásos területen,


171

• 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.

A csővezeték felső 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,


172

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 a 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- és leágazó vezetékről 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,

• 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

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;


173

• 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.

• DN250 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 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.


174

3-14 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 3-14 ábrán látható.

3-15 táblázat Szakaszoló állomások közötti legnagyobb távolság Távolság

km A terület jellemző besorolása

32 1-es kategória (Class 1) 24 2-es kategória (Class 2) 16 3-es kategória (Class 3) 8 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 a 3-15 táblázatnak megfelelően.

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 alakban vannak kiképezve. Nyitáskor és záráskor a tömítőfelületek csak rövid


175

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.

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 3-15 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 3-16 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.

3-15 ábra Laptolózár


176

3-16 ábra Távvezetéki gömbcsap

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

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.

3-17 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, ilyen esetben a folyamatot fáklyázásnak nevezik. A távvezetéki fáklyák jellemzője, hogy csak ritkán üzemelnek, szemben az állandóan égő finomítói vagy gázüzemi fáklyákkal. Ennek megfelelően méretük és technikai megoldásuk is eltér azokétól. Műszaki-biztonsági okból lefúvatásnál,


177

ill. fáklyázásnál a fáklyakémény kilépési keresztmetszetében korlátozhatják a kiáramlást. Ez azt jelenti, hogy a lefúvató vezeték végén az áramlási sebesség a hangsebességnél kisebb lesz. A távvezetéki szakaszoló állomásokon kiépített lefúvató rendszerek szokásos technológiai elrendezése a 3-17 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.

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 (vg 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.

3-18 ábra A hőhatás számításnál figyelembe vett paraméterek

Forrás: GPSA Egineering Data Book

A vsz sebességű 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


178

függőlegestől való eltérését megadó θ szög meghatározására. A láng sugárzási középpontjának a 3-18 ábra szerinti koordinátáit az Lf lánghosz és a láng tengelyvonalának a függőlegestől való eltérését megadó θ szög, függvényében határozzák meg az alábbi összefüggésekkel:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=θ −

g

sz1

vv

tan

θ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= sin

3LX f

c (3.7-1)

θ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= cos

3LY f

c (3.7-2)

ahol Xc a láng sugárzási középpontjának távolsága a fákly állványcső tengelyétől, Yc pedig a sugárzási középpont függőleges távolsága az állványcső felső végétől. Az A láng sugárzási középpontja és a fáklyát körülvevő felszín valamely besugárzott pontjának a távolságát egyszerű geometriai feltételből lehet maghatározni.

( ) ( )2cs

2c YHXXR ++−= (3.7-3)

ebből a hőhatás-övezet sugara kifejezhető

( )2cs

2c YHRXX +−+= (3.7-4)

A (3.7-3) és a (3.-7-4) egyenletekben szereplő változók a 3-18 ábrán látható távolságok. A láng sugárzási központjától R távolságra a talajfelszínen lévő pontban a hősugárzás intenzitását a Stefan-Boltzmann törvényből lehet számítani:

2gng

R4Hq

Iπ

ε= (3.7-5)

ahol ε emissziós tényező qg a fáklyázási gázáram, m3/s, Hgn a gáz fűtőértéke, J/m3, I hőterhelés értéke a láng középpontjátó R távolságra, W/m2, R a láng középpontjának a távolsága I hőterhelésű ponttól , m.


179

Az égésnél felszabaduló energia sugárzó hőhányadát kifejező ε paraméterre a hivatkozott szakirodalmak az alábbi táblázatban szereplő értékeket adják meg:

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 W/m2

Gépi berendezésekre 15 750 Emberre, néhány másodperces menekülésnél 9 450 Emberre, egy perces sugárzás esetén 6 300 Emberre, néhány perces sugárzás esetén 4 725 Emberre, folyamatos sugárzás esetén 1 575

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= (3.7-6)

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 −⋅= (3.7-7)


180

Qr az égés során felszabaduló hőteljesítmény, W. Tervezésnél a megengedett sugárzási intenzitási értékekből kell kiindulni, és ehhez kell a szükséges Hs állványcső 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.

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.

3-19 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 nagynyomású távvezetéken alkalmazott kondenzátum leválasztó látható a 3-19 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 DN50 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


181

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.

3.8 Keresztezések

A gázszállító vezetéknek és más nyomvonalas létesítményeknek (pl. út, vasút, villamos vezeték stb.) továbbá vízi létesítményeknek a keresztezésénél az általános szabályok a következők:

• A keresztezett létesítmény alá hegesztési körvarrat lehetőleg ne essen. A keresztezett létesítmény alatt értendő közút esetén a szilárd burkolatú út szélessége, vasút esetén a vasúti töltés alja. A fentiek biztosíthatók megfelelő hosszúságú csőszál betervezésével. Amennyiben 14,0 m-nél hosszabb a keresztezett létesítmény, úgy a körvarrat lehetőleg a műtárgy szélén legyen.

• A munkaárokba behelyezett csőszakaszoknál a szabad csővégekbe a szennyeződések bejutását ideiglenes csővég lezárásokkal kell megakadályozni (pl. acéllemezzel történő lezárás)

• A haszoncsövet gyári előszigeteléssel kell tervezni. A gyárilag előszigetelt cső hegesztési varratait a sikeres nyomáspróbák és az eredményes varratvizsgálatok után a műszaki követelményeknek megfelelő szigetelőfóliával kell leszigetelni.

• A keresztezés közvetlen környezetében talajmechanikai vizsgálatot kell végezni a tervezést megelőzően. A talajmechanikai vizsgálatot végző szervezetnek szakvéleményt és értékelést kell adni a földmunkákra és a talajvíz kezelésére vonatkozóan. Ez alapján kell meghatározni a kiviteli tervben a munkaárok oldalfal védelmét, a víztelenítés módját és az összetett szilárdsági méretezést.

3.8.1 Vasút és földgázszállító vezeték keresztezése

A vasút és földgázszállító vezetékek keresztezésére vonatkozó előírások 2005-ben megváltoztak. Korábban védőcsöves keresztezés volt előírva, 2005 után azonban a védőcső alkalmazását az előírások tiltják.

A vasúti keresztezések tervezésénél be kell tartani a 79/2005. (X. 11.) GKM rendeletben előírtakat, valamint a P-8964/2007. PMLF jóváhagyási számú „Kötelező irányelvek a szénhidrogén szállító vezetékek gyűrűstér nélküli szálerősítésű kompozit anyagú védőcsöves vasútkeresztezésének kialakításáról” című, a MÁV Zrt. által kiadott anyagot. Minden vasút keresztezést új vezetéknél, vagy meglévő műtárgy kiváltások esetén, védőcső nélküli kivitelben kell tervezni. A védőcső nélküli vasút keresztezést a 103/2003. (XII.27.) GKM rendelet „A”


182

fejezet 9.2. bekezdése alapján az illetékes hatósággal engedélyeztetni kell, betartva a fent hivatkozott rendeletben előírtakat (biztonsági elemzés).

Vasúti pálya alá haszoncsövet csak átsajtolással vagy irányított vízszintes fúrással lehet elhelyezni. Vasúti pálya alatt a haszoncső takarását a 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet, valamint a P-8964/2007. PMLF jóváhagyási számú „Kötelező irányelvek a szénhidrogén szállító vezetékek gyűrűstér nélküli szálerősítésű kompozit anyagú védőcsöves vasútkeresztezésének kialakításáról” című, a MÁV Zrt. által kiadott anyag szerint kell meghatározni, de nem lehet kevesebb, mint 2,2 m. A behúzandó haszoncső szakaszon a behúzás és a szigetelések elvégzése előtt nyomáspróbát kell tartani külön szabályzatban meghatározotaknak megfelelően. A sikeres nyomáspróbák és szigetelés vizsgálat után a haszoncsőre, vasút keresztezésekor 5 mm vastagságú üvegszál erősítésű műgyanta bevonatot kell felhordani.

3.8.2 Közút és földgázszállító vezeték keresztezése

A közutak keresztezését védőcső nélküli kialakításúra kell tervezni. A műszaki-biztonsági feltételek az FGSZ Földgázszállító Zrt. IG-ÜZ/2011. sz. műszaki utasítása szerint foglalhatók össze.

Átmérő tartomány [mm]

Normál réteg vastagság [mm]

Erősített réteg vastagság [mm]

DN < 100 1,8 2,5 250 > DN ≥ 100 2,0 2,5 500 > DN ≥ 250 2,2 3,0 750 > DN ≥ 500 2,5 3,5

DN≥ 750 3,0 3,5 Közút alá csak olyan anyagminőségű cső építhető be, amely kielégíti az MSZ EN 10208-2 szabvány előírásait és a gyárilag felvitt polietilén szigetelés esetében DIN 30670 szabványt. A csővégeken 100 mm hosszon tilos gyári bevonattal ellátni a csövet, ezeken a helyeken csak ideiglenes korrózió védelmet lehet használni. A szigetelő anyag vastagságára vonatkozó előírások az alábbi táblázatban láthatók. A közút alá eső csőszakaszt az MSZ EN 1594:2009 szerint belső túlnyomásra és a közúti hídszabályzat alapján külső statikus és dinamikus terhelésre kell méretezni. Az együttes eredő biztonsági tényező maximum 0,45 legyen. A minimális takarási mélység 2,0 m.

A behúzandó haszoncső szakaszon a behúzás és a szigetelések elvégzése előtt nyomáspróbát kell tartani külön szabályzatban meghatározotaknak megfelelően.. A sikeres nyomáspróbák és szigetelés vizsgálat után a haszoncsőre közút és vízfolyás keresztezésekor 3 mm vastagságú üvegszál erősítésű műgyanta bevonatot kell felhordani.


183

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 az eredményes varratvizsgálatok után – külön műszaki utasításban meghatározott szigetelőfóliák valamelyikével - kell leszigetelni, a vezetékszakasz tisztítását és amennyiben szükséges víztelenítését-szárítását tervezni kell.

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 maximum 0,45, a minimális takarási mélység itt is 2,00 m. A vezeték fölötti védelmet meg kell tervezni, amely lehet „C” jármú osztályra méretezett vasalt betomlemez vagy ezzel egyenértékű egyéb megoldás.

A keresztezés környezetében a nyomvonalvezetéssel kell biztosítani, hogy a keresztezési szög 30-90o között legyen. A keresztezés előtt és után, 25 m-nél nem nagyobb távolságra, a vezeték nyomvonalát mindkét oldalon meg kell jelölni.

3.8.3 Vízfolyások keresztezése

Hajózható vízfolyást csak irányított ferde fúrással lehet keresztezni. A keresztezett vízfolyás mederfenék alatti takarási érték minimum 7 m. A méretezésnél a tervezési tényező maximum 0,45 legyen. Nem hajózható vízfolyás (árok, csatorna, kisebb vízfolyás) keresztezése történhet irányított vízszintes fúrással vagy meder átvágással. Mindkét esetben a szállítócsövet MSZ EN 1594:2009 szerint belső túlnyomásra kell méretezni, a tervezési tényező maximum 0,45 legyen. A meder alatti takarás minimum 2,0 m.

A vízfolyások keresztezésének korábban számos tényezőtől függő műveletét nagymértékben leegyszerűsítette az irányított ferdefúrással történő keresztezés alkalmazása. Az eljárás előnyeit az alábbiak szerint foglalhatjuk össze:

• független az időjárási és vízállási viszonyoktól,


184

• 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.

3.9 Csőgörény indító és fogadó állomás

A csőtávvezetékek belső tisztítása érdekében ki kell alakítani olyan állomásokat, amelyeken keresztül csőgörény juttatható vagy kivehető a csőtávvezeték rendszerbe anélkül, hogy a szállítás folyamatossága megszakadna. A vezetéktisztítás célja, hogy védjék a technológiai berendezéseket a szennyződéstől, csökkentsék az ebből adódó üzemeltetési kockázatot és jobb áramlási feltételeket alakítsanak ki. A fenti cél érdekében a rendszer betáplálási pontjain és az elosztó csomópontokon csőgörény indító állomásokat, a csőtávvezetékek végpontjain és csomópontjain csőgörény fogadó állomásokat létesítenek.

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


185

vastagfalú csőszálak használatából adódó szűkületeket 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 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 3-20 ábrán (Webb, 1979). A csővezeték végén lévő nagyobb átmérőjű indító kamra szolgál a csőgörény 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.


186

3-20 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

A csőgörény indító létesítmény 3-20 ábrából látható kialakítása lehetővé teszi a csővezetéknél nagyobb átmérőjű görény-kamra szakaszolását, és a benne lévő gáz lefúvatását a szállítóvezeték folytonos üzemének leállítása nélkül. A kiszakaszolt görénykamra a nyomásmentesítés után kinyitható, és a tisztító csőgörény behelyezhető. A létesítmény célszerű kialakításával a csőgörény indításához biztosítani kell a görény-kamra és a távvezeték közötti nyomáskiegyenlítést. A csőgörény indításához a szállított közöget a 9 kerülő vezetéken keresztül a görénykamrába kell vezetni és a B elzáró szerelvénnyel korlátozni kell a főáram nagyságát. Indítás után A és C elzárókkal a görénykamra hidraulikailag leválasztható a távvezeték nyomás alatti részéről.

3-21 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 3-21 ábrán látható csőgörény fogadó kialakítása hasonló a csőgörény indító létesítményéhez azzal a különbséggel, hogy a kerülő vezeték és a görénykanra csatlakozási pontja a kamrának a zárófedéllel ellentétes oldalán van. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy távvezetékből érkező csőgörény a nyitott A elzáró szerelvényen keresztül a görénykamrába érkezzen. A csőgörény fogadása során a


187

B elzáró szerelvény részleges zárásával lehet elérni, hogy a szállított közegnek a kerülő vezetéken keresztül történő áramlása a tisztítóeszközt benyomja a görénykamrába. A tisztóeszköz kivételéhez biztosítani kell egyrészt a görénykamra szakaszolhatóságát a távvezeték rendszerről, másrészt a görénykamra lefúvatását a tisztítóeszköz eltávolítása érdekében. A csőgörény fogadása után A és C elzárókkal a kamra hidraulikailag leválasztható a távvezeték nyomás alatti részéről.


188

Irodalom Almássy B. (1966): Csővezetékhálózatok számítása elektronikus digitális számológépen Egyetemi doktori értekezés, BME, Budapest 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 Manuel pour le transport et la distribution du gaz Société du Journal des Usines á Gaz. Paris, 1968. 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 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


189

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 Szabványok, előírások ASME B31.8 2006 Edition Gas Transmission and Distribution Piping Systems ISO 13623 First edition, 2000 Petroleum and natural gas industries – Pipeline transportation systems 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 IG-ÜZ-13 Vasút, közút és vízfolyás keresztezése földgázszállító vezetékkel


190

Technológiai állomások

191

4 Technológiai állomások

4.1 Gázátadó állomás

A gázátadó állomás a gázszállító rendszer végponti 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 gázátadó állomásoknak az alábbi fő feladatokat kell megvalósítaniuk:

• szűrés, • gázmelegítés • nyomásszabályozás, • nyomásbiztosítás, • gázmennyiség mérés, • szagosítás,

Az állomások csoportosítása az alábbi szempontok szerint lehetséges:

4-1 táblázat A gázátadó állomások csoportosítása Telepítés szerint Kialakítás alapján

Sík állomás Aktív-monitor szabályozás fő- és tartalék ággal

Szekrényes állomás Nyomásszabályozó-gyorszár-lefúvató

Konténerben vagy épületben elhelyezett állomás

Egyedi megoldású

A gázátadó állomások csoportosítási szempontjai a 4-1 táblázatban láthatók. A telepítés szerint megkülönböztethetők a sík-, a szekrényes- és a konténerben vagy épületben elhelyezett állomások. A telepítés módját az érvényes jogszabályi környezet, a technikai-technológiai fejlettség aktuális szintje és gazdaságossági szempontok, a kialakítás módját pedig az adott létesítménnyel szemben elvárt rendelkezésre állási követelmények határozták meg.

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 sorba kapcsolásával kell biztosítani az alábbi technikai lehetőségek figyelembe vételével:


192

• 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.

Síkállomás

Szekrényes állomás

Épületbe vagy konténerbe elhelyezett állomás

4-1 ábra A nyomásszabályozó állomások típusai Forrás: FGSZ Zrt., 2012

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.


193

A gázszállító vezeték és tartozékainak különböző nyomásfokozatai közötti kerülővezetékek (tartalékvezetékek) kézi nyomásszabályozásra szolgáló szerelvényei csak fojtásra alkalmas kivitelűek lehetnek.

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, • 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


194

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.

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.

A legnagyobb megengedhető gázsebesség a primer oldalon 20 m/s, a szekunder oldalon a mérő által meghatározott maximális sebesség, de legfeljebb 20 m/s legyen. Ezek az értékek irányadók a nyomásszabályozás nélküli, szűrő-mérő állomások esetében is. Ettől egyedi eltérés ultrahangos mérő esetében lehetséges, amennyiben egyéb szempontok (zaj, erózió, nyomásveszteség) azt nem korlátozzák. Ultrahangos mérésnél a gázárammérő gyártóműi specifikációjával és a mérőn elvégzett kalibrálás tartományával összhangban, az egyenes mérőszakaszban megengedett a 30 m/s gázsebességet meghaladó gázsebesség is.

Tervezési ökölszabály, hogy 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


195

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 ellenőrzéséhez:

• 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 nyomáskorlátja; • a biztonsági lefúvató felső nyomáskorlátja; • az átadási nyomás alsó és felső határértéke; • a főelzáró, szükség esetén további elzárók üzemállapota; • a gázmelegítő üzemállapota; • az elektromos energia kimaradásának jelzése.

A 4-2 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 lefúvató szelep szolgálja.

A síkállomásokra vonatkozó évtizedes hazai tapasztalatokat Szerényi és Bogoly nyomán foglaltuk össze (Szerényi et al., 1995.). Ezeknek az állomásoknak az alapvető jellemzője, hogy a technológiai berendezések a felszínen síkba kiterítve, szabadtéri telepítésűek, ezért a területigény nagy, átlagosan 3-5000 m2. Épületbe


196

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 nyomásszabályozó ágakat kézi kerülő ág egészíti ki, amelyen rendkívüli esetben az állomás kapacitásának 50-70 %-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 rekonstrukciója során a 90-es években a FLEXFLO nyomásszabályozókat korszerűbb típusra (pl. FIORENTINI) cserélték le.

4-2 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


197

feladatát. Napjainkban környezetvédelmi okokból 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 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 táblázatban.

4-2 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 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.

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.


198

1993 óta a magyar gázszállító rendszeren épületbe elhelyezett gázátadó állomásokat telepítenek. Kialakításuknál az alábbi technológiai követelményeket veszik figyelembe az FGSZ Zrt IG-ÜZ-26 utasítása alapján.

A 2 - 60 103 m3/óra kapacitású állomásnál 2 teljes, egyenszilárdságú, kiszaka-szolható, párhuzamos nyomásszabályzó ág kerül kiépítésre, alapesetben szűrő - hőcserélő - gyorszár - monitor szabályzó - aktív szabályzó – kis kapacitású (hibagáz) lefúvató – mérő blokkok összeállításban. Bizonyos esetekben a tartalék mérőág elhagyható, vagy fogyasztói igény alapján egy „nyári” kiskapacitású nyomásszabályozó ág építhető ki. Ennek az állomásnak az elvi technológiai kialakítása 4-3 ábrán látható.

A 60 103 m3/óránál nagyobb kapacitásra 2-3-4 szabályzó ág kerül kiépítésre a fentiek szerint, vagy technológiai és metrológiai szempontok alapján blokkosított rendszerben (fejcsövekkel). Ez utóbbi esetben a nyomásszabályzó blokk előtt külön szűrő- és hőcserélő blokkot kell létesíteni. Az igényelt kapacitást a szabályzó ágak párhuzamos működése biztosítja, egymás utáni belépéssel. Egyenlő számú, azonos kapacitású mérő- és szabályozó ág esetén lehetőség szerint blokkosítás nélkül kell a szűrő-szabályozó-mérőágakat megvalósítani. A 4-4 ábrán látható az állomás elvi technológiai kialakítása.

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 4-4 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 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.

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 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.


199

Szûrõ

Hõcserélõ

Gyorszár

Szabályozók

Turbinagcs gcs

gcs

gcs gcs

Hibagáz lefuvató

Mobil gázátadó beépítési helye

Szûrõ

Hõcserélõ

Gyorszár

Szabályozók

Hibagáz lefuvató

Turbina

gcs

X

Gázátadó állomás 60 em3/h maximális kapacitásig

gcs

X

é õ k

PDT

PDT

PTXZ-xy

XZ-xy

PT FIQ-x

PT FIQ-x

TE

TE

gcs

gcs gcs

X X

PT-xw

XZ-xy

XZ-xy

Bizt . lef .

4-3 ábra 2 - 60 103 m3/óra közötti kapacitású állomás elvi technológiai kialakítása

Forrás FGSZ Zrt, 2012

Szûrõ

Hõcserélõ

Gyorszár

Szabályozók

Turbina

gcs

gcs

gcs

gcs

gcs

gcs

Hibagáz lefuvató

Szûrõ

Hõcserélõ

Gyorszár

Szabályozók

Turbina

gcs

lefúvató- / fáklyavezetékmérõ csonkX

X

Példa 60 em3/h kapacitás feletti gázátadó állomásra

gcs

X

gcs

gcs

gcs

gcs

gcs

X

gcs Szûrõ

Hõcserélõ

Gyorszár

Szabályozók

gcs gcs gcs

X

gcs

gcs

X

gcs

gcs

gcs

PDT

PDT

PDT

PTXZ-xy

XZ-xy

XZ-xy

PT FIQ-x

PT FIQ-x

TE

TE

TE

XZ-xy

PT-xw

XZ-xy

FIQ

Hibagáz lefuvató

Hibagáz lefuvató

Mobil gázátadó beépítési helye

4-4 ábra 60 103 m3/óránál nagyobb kapacitású állomás elvi technológiai

kialakítása Forrás: FGSZ Zrt., 2012


200

1993 után 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.

4-5 ábra Épületbe telepített gázátadó állomás kapcsolási vázlata


4-3 táblázat Beállítási értékek monitor szabályozás esetén Berendezés Beállítási érték

[bar] Tűréshatár

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


201

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 4-3 táblázatban.

4-6 ábra Épületben elhelyezett gázátadó létesítmény

Forrás. FGSZ Zrt. 2012.

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 4-7 ábrán.

A 4-7 és a 4-8 ábrákon látható, hogyan lehet meghatározni az előmelegítés szükséges mértékét. A 4-7 ábrán a feltételezés szerint 5 oC-os talajhőmérsékletű és 35 bar nyomású gáz lép be a primer oldalon a hőcserélőbe. Ha a cél az, hogy a szabályozó után kilépő gáz hőmérséklete azonos legyen az előzőek szerinti


202

belépési hőmérséklettel, azaz 5 oC-kal, akkor a gázt a hőcserélőben 18,7 oC-ra kell melegíteni. A melegítés energiaigénye az ábráról leolvasható, értéke 34,5 kJ/kg. A 4-8 ábrán a a szabályozó után a kilépési hőmérséklet 0 oC-os, ebben az esetben elegendő a gázt 14,2 oC-ra előmelegíteni, ennek megfelelően a fajlagos energiaigény 23,1 kJ/kg. A szabályozásnál mindkét esetben izentalpiás állapotváltozással lehet számolni.

-4680

-4670

-4660

-4650

-4640

-4630

-4620

-4610

0 5 10 15 20 25

Hőmérséklet [oC]

Enta

lpia

[kJ/

kg]

p1=25 bar p1=35 bar p2=6 bar

Melegítés

Szabályozás

4-7 ábra Az előmelegítés tervezése a szabályozás függvényében

-4680

-4670

-4660

-4650

-4640

-4630

-4620

-4610

0 5 10 15 20 25

Hőmérséklet [oC]

Enta

lpia

[kJ/

kg]

p1=25 bar p1=35 bar p2=6 bar

Melegítés

Szabályozás

4-8 ábra Az előmelegítés tervezése a szabályozás függvényében

A 4-9 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


203

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 megfelel. 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.

4-9 ábra Gázátadó állomás kapcsolása a Ruhrgas AG-nél

1 szűrő, 2 hőcserélő, 3 biztonsági gyorszár, 4 nyomássszabályozó 5 biztonsági lefúvató, 6 áramlásmérő, 7 szagosító

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.

A földgáz szűrésével/szeparálásával kapcsolatban minden esetben egyedileg kell meghatározni az üzemelési, karbantartási és vezetéktisztítási tapasztalatok, valamint mérési jegyzőkönyvek alapján, hogy milyen berendezést és szűrőbetétet kell alkalmazni egy-egy újonnan létesülő gázátadó állomás esetében. Eldöntendő, hogy szükséges-e olyan szűrőtest alkalmazása, mely coalescer szűrőbetétekkel is üzemeltethető, illetve csak porszűrés, vagy kétfázisú szűrés is szükséges.

A tervezés során az MSZ 1648 Közszolgáltatású, vezetékes földgáz szabvány előírásait kell irányadónak tekinteni. A szűrőkre vonatkozó követelményrendszer jelenleg a következő:


204

• Abban az esetben, ha folyadékszennyeződésre nem kell számítani, a ≥5 μm, 98% minimum követelményt kell előírni a szűrők szilárd szennyeződéssel szembeni leválasztási hatékonyságára gázátadó állomások esetében.

• A szűrőberendezésekben poliészteres szűrőbetéteket kell alkalmazni. • Amennyiben folyadékszennyeződés még nincs az adott rendszerben,

de a jövőben számítani lehet a megjelenésére, a szűrőberendezésnek alkalmasnak kell lennie szilárd ködszerű folyadékcseppek leválasztására szolgáló szűrőbetét fogadására és a folyadékfázis gyűjtésére is. A leválasztási hatékonysága csak szilárd szennyeződés esetén normál szűrőbetétre ≥5 μm 98%, vegyes fázis esetén ≥3 μm 100%.

• Amennyiben folyadékszennyeződés már jelen van a rendszerben, kétfázisú szűrés (folyadék és szilárd) szükséges, szűrő-szeparátorok alkalmazásával.

• Ha a földgáz olyan szennyeződést tartalmaz (pl. kompresszor olajköd vagy más páraszerű anyag), amely a primer oldalon folyadék fázisban még nincs jelen, csak a nyomásszabályozást követően alakul ki, és ez a fogyasztó számára nem elviselhető, a szekunder oldalon kell alkalmazni a coalescer betétes szűrést.

• Nagy mennyiségű por és folyadék szennyeződés esetén két lépcsős szűrést kell alkalmazni.

A beépítendő szűrők, szeparátorok kapacitását úgy kell meghatározni, hogy alkalmasak legyenek a gázátadó állomásra tervezett maximális gázáram megszűrésére. Szűrőblokk telepítése esetén, ha egy szűrőegység kiesik, a többi szűrő/szeparátor együttesen legyen képes ideiglenesen az állomás névleges kapacitásának megfelelő földgáz-mennyiség szűrésére.

Minden esetben ki kell építeni szűrő eltömődés-jelzést a gázátadó állomásokon az alábbiak figyelembevételével:

• A szűrőedény(ház) belépési- és kilépési oldala között a nyomáskülönbség ne haladja meg a 100 mbar értéket.

• Az alkalmazott szűrőbetétek legalább 1 bar nyomáskülönbséget képesek legyenek elviselni.

• A szűrőkön nyomáskülönbség távadót kell alkalmazni, 1000 mbar-os méréshatárral, 750 mbar-nál bejelzéssel.

• A bejelzés lepróbálhatóságát biztosítani kell a nyomáskülönbség távadó elfolyás oldali impulzus csővezetékéről leágazó tűszelep beépítésével.

• A távadónak olyan kialakításúnak kell lennie, hogy a nyomáskülönbség kiegyenlíthető és lefúvatható legyen.


205

4-10 ábra Távvezetéki szűrő


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. 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 hazai gázátadó állomásokon jellemzően FIORENTINI, RMG, HEAT vagy TARTARINI szabályozók vannak beépítve. A 4-11 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


206

nyomását. Ezzel a megoldással a vezérszelep tápnyomása független marad a bemenő oldali 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.

4-11 ábra TARTARINI nyomásszabályozó működési vázlata

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 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


207

zárt helyzete felé mozgatja mindaddig, amíg a szabályozott nyomás névleges értéke vissza nem áll.

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.

4.1-12 ábra TARTARINI nyomásszabályozók beépített állapotban


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 gáznyomás szabályozója 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


208

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

4-13 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 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 4-13 ábrán a FIORENTINI Reflux 819 szabályozó működési vázlata látható.


209

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.

6 7

5 8

9 4

3

1 2 4-14 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

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 vezérlőszabályozó 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.


210

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.

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.

4-15 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 záró nyomását beállítani, nehogy az egyik ágban a lezárás hatására keletkező nyomásimpulzus lezárja a másik ág gyorszárát is. A gyorszárak beállítási pontossága a beállítási nyomástartomány 2-2,5%-a legyen. A gyorszárakra vonatkozó általános követelményeket az MSZ-EN 12186 és az MSZ EN 14382/2005 szabványok írják elő.

4.2 Szagosítás

A Magyarországon forgalmazott földgáz jellemzően 95% metánt, 3-4% egyéb szénhidrogént és 1-2% éghetetlen alkotót tartalmaz. Fajsúlya kisebb a levegőénél, ezért a légtérbe jutva felfelé áramlik. A földgáz minden összetevője színtelen és


211

szagtalan és emiatt a lehetséges gázszivárgások nagy veszélyt hordoznak magukban, érzékszerveinkkel, szaglásunkkal a tiszta földgáz szivárgását nem tudjuk érzékelni. A fentiek miatt a gáz szivárgását érezhetővé kell tenni, ami szagosítással történik. A fogyasztóknak átadásra kerülő földgázhoz a szagosító anyag beadagolás, egyedi-, központi- vagy szükségszagosító egységekkel történik.

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 4-16 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.

4-16 ábra Szagosító egység vázlata

1 csővezeték, 2 injektáló pumpa, 3 szagosítóanyag, 4 vezérlőegység, 5 mennyiségmérő

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 tetra-hidro-tiofén (TBM és THT) 50-50 %-os keveréke. A beinjektált mennyiség 12 … 16 ml/103 m3. 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.


212

Magyarországon az elmúlt évtizedekben két szagosító anyagot használtak a földgáz szagosítására: az etilmerkaptánt, és a THT-TBM keveréket. Ezeknek a fő jellemzőit a 4-4a és 4-4b táblázatok tartalmazzák.

4-4a 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 - 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

4-4b 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 %

4-5 táblázat A szagosítás ellenőrzésére szolgáló paraméterek Szagérzet Szagszint mérőszám Jelleg

nincs 0 éppen érzékelhető 0,5 érzékelési küszöb

gyenge 1,0 határozott 2,0 jelzési szagszint

erős 3,0 igen erős 4,0

legnagyobb szag 5,0 a szagszint felsőhatára Forrás: FGSZ Zrt., 2012

A szagosítás kategorizálása a szagintenzitás alapján történik, amely a 4-5 táblázatban látható. A szagosítás akkor megfelelő, ha a szagintenzitás értéke 2 vagy annál nagyobb. Ha a szagintenzitás 2-nél kisebb, alulszagosításról beszélünk, ekkor növelni kell a beadagolási normát, mivel alulszagosítás esetén a


213

gázszivárgás nem érzékelhető, ez katasztrófához, robbanáshoz vezethet. A nem megfelelő (túlszagosított) szagszint, feltételezheti mind a gázszivárgás, mind a téves riasztások tényét.

4.3 A gázmennyiség mérés eszközei

A gázmenniység mérést Balla nyomán foglaljuk össze (Balla, 2012). A gázmennyiség mérés célja az elszámolás, egyensúlytartás biztosítása, amely történhet térfogat (m3) vagy energiatartalom alapján (Joule, kWh). A gázmennyiség mérés elvi technológiai elrendezése látható a 4-17 ábrán. A fő elemek a következők: megelőző csőszakaz, amelyet a primer gázmennyisigmérő követ. (mérőperemes, turbinás, forgódugattyús, ultrahangos), követő csöszakasz, amelyeket kiegészít a nyomásmérő, hőmérsékletmérő, gázösszetételmérő és a gázáramlás számítómű.

4-17 ábra Gázmennyiségmérő rendszerek elvi kialakítása


A gázmennyiség mérőket működési elvük alapjan a következő csoportokra oszthatjuk:

• mérőperemes • turbinás • forgódugattyús • ultrahangos

Gázátadó állomásokon a nagy és jellemzően állandónak tekintett gázáramok mérését a 4-18 ábrán látható mérőperemes mérőberendezéssel végzik. A mérőperemes mérésnél a gázáram egy szűkítőnyíláson halad keresztül. A folyamat során mérik a szűkítőelem két oldala közötti nyomáskülönbséget és a Benoulli egyenlet segítségével számítják az áramló közeg sebességét. Az aktuális


214

nyomáson és hőmérsékleten érvényes gázáramot a sebesség és az átömlési keresztmetszet szorzata adja. Az aktuális gázáramot a számítómű számolja át gáztechnikai normálállapotra. A mérőperemes mérés mérési bizonytalansága 0,8-2%-os. 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, 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.

4-18 ábra Mérőperemes mérő


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 - 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


215

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.

4-19 ábra Mérőszakasz beépített mérőturbinával


A gázátadó állomásokon a változó gázáramok (jellemzően kommunális fogyasztók) mérésére mérőturbinát használnak, amely a 4-19 ábrán látható. Ennél a mérési módszernél a gázáram egy precíziós csapágyazású turbinakereket forgat meg, amelynek a fordulatszáma a gáz áramlási sebességével arányos. Az áramlási sebesség és az átömlési keresztmetszet szorzata megadja az adott nyomáson és hőmérsékleten érvényes térfogatáramot. Ezt az értéket a számítómű számolja át gáztechnikai normálállapotra. A mérőturbinák beépítésére vonatkozó követelményeket az ISO 9951, EN 12260 és az EN 12405 szabványok tartalmazzák. Kalibrálásukat ún. etalon mérővel való összehasonlítással végzik el mérőlaboratóriumban. A mérési bizonytalanságuk 0,7-1,5% között változik.

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


216

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.

4-20 ábra Forgódugattyús gázárammérő

Forrás FGSZ Zrt, 2012

A 4-20 ábrán látható forgódugattyús gázmennyiség mérőt kicsi, változó gázáramok mérésére használják, jellemzően az alacsony nyári gázfogyasztások esetében. A forgódugattyús mérő működési elve a térfogatkiszorításon alapul. A mérés során a mérő meghatározott térfogatú gázdugót választ le és enged át a hozzáfolyási oldalról az elfolyási oldalra. Az üzemi nyomáson és hőmérsékleten érvényes gáztérfogatokat a számítómű összegzi és számolja át gáztechnikai normálállapotra. A forgódugattyús rendszerek beépítésére vonatkozó követelményeket az EN12480 és az EN12405 előírások tartalmazzák. A mérők - hasonlóan a mérőturbinákhoz - etalon mérővel való összehasonlítással kalibrálhatók. Mérési bizonytalanságuk 0,7 - 1,5 % között változik.

4-21 ábra Ultrahangos gázárammérő



217

Napjainkban a 4-21 ábrán látható ultrahangos gázáram mérő a legkorszerűbb eszköz, amit időben változó gázáramok mérésére is sikeresen alkalmaznak. A működési elve az, hogy méri az ultrahang impulzus áthaladási idejét a cső két oldalán elhelyezett jeladó és –vevő között az áramlási iránnyal egyezően és azzal ellentétesen. Végeredményben a mérés segítségével közvetlenül mérik a mérőcsőben az áramlási sebességet. Az áramlási sebesség és az átömlési keresztmetszet szorzata adja az üzemi nyomáson és hőmérskleten érvényes gázáramot. Ez utóbbi értéket a számítómű számítja át gáztechnikai normálállapotra. Az ultrahangos mérő beépítési követelményeit az ISO 17089 előírás tartalmazza. Hitelesítése, illetve kalibrálása etalon mérővel való összehasonlítás útján végezhető. Mérési bizonytalansága 0,6-1,5 % között változik.

4-22 ábra Manométer és elektronikus nyomástávadó


4-23 ábra Hőmérséklet távadók



218

A nyomásmérés általánosan elterjedt eszköze a manométer, amely valamely rugalmas mérőelem alakváltozásának lokális kijelzésén alapul. Korszerű gázátadó állomásokon a 4-22 ábrán látható elektronikus nyomástárvadót használják, amely a rugalmas mérőelem (pl, membrán) alakváltozását villamos jellé (4-20mA) alakítja és ezáltal lehetővé válik annak távleolvasása. A méréstartományuk 0-100 bar között változik és a méréséi bizonytalansága 0,025-0,5% közötti.

A gázáram mérés során az adott nyomáson és hőmérsékleten érvényes aktuális mennyiséget/térfogatáramot lehet megmérni. Ez az érték azonban az elszámoláshoz közvetlenül nem használható, át kell számítani a szabványban rögzített normálállapotra. Ehhez a gáz hőmérsékletét is mérni kell. A korszerű gázátadó állomásokon a 4-23 ábrán látható hőmérséklet érzékelőket és távadókat használják, amelyek a mért hőmérséklettel arányos villamos jelet bocsátanak ki. Jellemző méréstartományuk -20-+50 oC és mérési bizonytalanságuk 0,2-1,0 oC.

4-24 ábra gázáramlás számítómű


A mérési adatok gyűjtését és feldolgozását a mérőrendszer számítóműve végzi. Ez az egység meghatározott időközönként lekérdezi a mérőeszközöket, és kiszámítja a gázáram aktuális értékét. Elvégzi a nyomás- és hőmérséklet korrekciót, és kiszámítja a normál állapotra vonatkozó térfogatáramot, tömegáramot vagy energiaáramot. A számítómű az adatokat kijelzi, archiválja, továbbá vezeti az esemény- és hibanaplót. A számítóműben képződött adatokat a felhasználók a helyszínen adathordozóra, távüzemmódban soros, USB vagy ethernet porton keresztül kiolvashatják.

A gázösszetétel mérést a 4-25 ábrán látható folyamatos működésű kromatográfokkal végzik. Működési elvük alapján jellemzően 4 percenként mintát vesznek a gázáramból a méréshez. A pontosság és a megbízhatóság érdekében a berendezést naponta kalibrálják. A gázmintavételt az ISO 10715 a gázáram elemzést az ISO 6974, a gázösszetétel számítást az ISO 6976 szabványok határozzák meg. A kromatográf mérési bizonytalansága kisebb kell legyen, mint 0,1%. A gázátadó állomásokon a nyomásszabályozás után a technológiai rendszerek védelme miatt nyomáshatárolásra lehet szükség, amelyet teljes vagy nagy emelkedésű, közvetlen rugóterhelésű biztonsági szeleppel valósítanak meg. A biztonsági lefúvató szelepek kiválasztásánál figyelembe kell venni az állomási teljesítményt a lefúvatási nyomást és a nyomásfokozatot. A teljesítményét úgy kellett megválasztani, hogy a meg nem engedhető terhelés


219

biztonságos levezetésére az engedélyezési nyomás 1,1-szerese mellett alkalmas legyen. A biztonsági szelepet a csővezeték vagy az állomás engedélyezési nyomásánál nagyobb nyomásra beállítani nem szabad.

4-25 ábra Folyamatos működésű gázkromatográf


4.4 Kiegészítő egységek

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 4-267 ábrán.


220

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. A hazai gázszállító rendszernél alkalmazott biztonsági szelepek döntő többsége Consolidated típusú SAPAG vagy Bopp&Reuther- termék.

A gázátadó állomáson történik a szállított földgáz nyomásszabályozása az elosztó rendszerek vagy a távvezetéki fogyasztók felé. Amennyiben a nyomáscsökkentés hatására olyan mértékben csökken a gáz hőmérséklete (2-3 baronként 1 °C), hogy fennáll a hidrátképződés, elfagyás veszélye, a földgázt elő kell melegíteni. A gázmelegítő berendezések lehetnek vízközvetítésű, indirekt és elektromos melegítők.

4-27 ábra Szabadtéri telepítésű gázmelegítő


4-27 ábra Biztonsági lefúvató


221

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. Ebben az esetben tehát a gázt vezetik a hőátadási helyhez. A Magyarországon elterjedt BKG típusú hőcserélő látható a 4-27 ábrán. A vízfürdő állandó hőmérsékletre történő szabályozása, továbbá az egység szabadtéri telepítése miatt nagyok a hőveszteségek, emiatt az energetikai hatásfok kicsi. Az ilyen berendezések nagy hőtehetetlenségük miatt nem alkalmasak a gázáram hőmérsékletének kellő pontosságú szabályozására.

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. Itt tehát a melegvizet vezetik el a földgázhoz. A 4-28 ábrán egy BUDERUS típusú kazán és beépített hőcserélő megoldás látható.

4-28 ábra Kazán és beépített hőcserélő

Forrás. FGSZ Zrt., 2012

Új gázátadó állomások létesítése esetén a földgáz melegítését kondenzációs kazánokkal oldják meg. A gázmelegítés tervezése során figyelembe kell venni a fogyasztó/fogyasztói csoport jellegét és a technológia kialakítását.

A tervezés során figyelembe kell venni az alábbiakat:

• A beépítésre kerülő kazánok névleges teljesítménye lehetőleg ne haladja meg a 140 kW-ot, ekkor - illetve 1400 kW összteljesítmény alatt - nem előírás a hasadó-nyíló felület és a gázkoncentráció-mérő a kazánhelyiségben.

• Amennyiben 140 kW egységteljesítmény feletti kazánok, vagy 1400 kW-nál nagyobb összteljesítmény kerül beépítésre, a kazánhelyiséget a vonatkozó jogszabályok és műszaki előírások szerint kell tervezni.


222

• Szabályozási pontosság: a műszaki tartalmakban egységesen ±2 °C szabályozási pontosságot kell előírni alapkövetelményként, kapacitástól függetlenül.

• A gázmelegítő rendszer méretezésénél a kimenő gáz hőmérsékletét +2 °C-nak kell tekinteni.

• A vízrendszer csövei - ahol lehetséges - hőszigetelt, műanyag alapanyagúak legyenek. Hővesztesége nem lehet nagyobb, mint a szükséges hőteljesítmény 10 %-a.

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.

4.5 Kompresszorállomás

A kompresszorállomásokra telepített nyomásfokozó kompresszorok lehetővé teszik a a súrlodási energiaveszteség pótlását és egyben a földgáz nyomásának az emelésével a szálltóvezeték kapacitásánk a a növelését. 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 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:


223

• 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 elrendezése látható a 4-29 ábrán.

4-29 ábra Kompresszorállomás telepítési elrendezése


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.

A távvezetéki nyomásfokozásra leggyakrabban gázturbinával hajtott centrifugálkompresszort használnak. Egy ilyen egység látható a 4-30 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


224

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.

4-30 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

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 4-31 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)

A sűrítés során hőt kell elvonni a közegből annak érdekében, hogy a hőmérséklet ne változzon. Az egységnyi tömegű gázból elvonandó hőmennyiség a 4-31 ábrán látható T1 – T21 egyenes alatti területtel lesz arányos, vagyis


225

1

21iz p

plnM

TRQ −= (4.2-3)

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

4-31 ábra Izotermikus állapotváltozás

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

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.


226

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

−

1pp

1κκ

MzTRL

κ1κ

1

211ie (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

4-32 ábra Izentropikus állapotváltozás

Az állapotváltozás a 4-32 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)

Behelyettesítve a (4.2-6) egyenletbe, az izentropikus sűrítési munka felírható a hőmérsékletekkel is

( ) ( )1221221TTcTT

MRL pie −=−

−κκ

= (4.2-8)


227

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.

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

4-33 ábra Politropikus állapotváltozás

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.


228

Az állapotváltozás a 4-33 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.

A politropikus sűrítési munkát a (4.2-6) egyenlethez hasonló módon lehet számítani:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

−

1pp

1nn

MzTRL

n1n

1

2111po (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

gMzTR

gL

Hn

1n

1

211polpol (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:


229

( )123

n1n

1

211pol TT

1nn

MR1

pp

1nn

MzTR

L −−

=⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

−

(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.

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

60% 70% 80% 90% 100%Politrópikus hatásfok

Polit

rópi

kus

kite

vő

Kappa=1,3 Kappa=1,4 Kappa=1,5

4-34 ábra A politropikus kitevő változása a hatásfok függvényében

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:


230

polnn

η−κκ

=− 11

A 4-34 ábra azt szemlélteti, hogy az izentrópikus kitevő 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.

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:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

−

1pp1

1nn

MzTR

qPn

1n

1

2

mech

11m η

(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.

4-1 mintapélda: Határozza meg a nyomásfokozó kompresszorállomás teljesítményét 350·103 m3/h szállítási feladat esetén!

Megnevezés Érték Mértékegység 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 %


231

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:

643931013,36013,56346,2*

44,1615,281*3,8314L

426,0

pol =⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛= 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:

2,44411000*99,0

695,0*6,3/350*63706qLP

mech

mpol ===η

kW

4-2 mintapélda: Határozza meg a 4-1 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

4-3 mintapélda: Határozza meg a 4-1 példa szerinti komprimálás során a földgáz felmelegedését politropikus állapotváltozás feltételezésével!

A politropikus kitevőnek a 4-1 mintapéldában kapott értéke n=1,743. A hőmérsékletszámításra szolgáló (4.2-7) összefüggésben κ izentropikus kitevő helyére n politropikus kitevőt helyettesítve a számítás elvégezhető.


232

40339013360135615281

42601

1

212 ,

,,*,

pp

TT,

nn

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−

K=66,2 oC

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.

4-35 ábra Turbókompresszor jelleggörbéje

A 4-35 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 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, nagy gázáramoknál pedig a falhatás vagy fojtási görbe határolja le. Ez utóbbi természetes korlátozás abból adódik, hogy a


233

járókerék kilépési kerületén a gáz kiáramlási sebessége nem lépheti túl a hangsebességet.

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.

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.).

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

Idő [s]

Ára

mlá

si s

ebes

ség

[m/s

]

4-36 ábra Sebességváltozás a kompresszoron belül pumpálási jelenség során

A 4-36 ábrán a kompresszoron belül az áramlási sebesség időbeni változása látható. Az abszcissza tengelyen egy osztásköz 2 s-nak felel meg, ami azt jelenti,


234

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

]

4-37 ábra A kompresszor gázáramának a változása a pumpálási jelenség során

A 4-37 ábrán látható, hogy három esetben jelentősen lecsökkent a kompresszor gázárama, ami 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.

4-38 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 pumpálás elleni védelmet technikailag a 4-38 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


235

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 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.

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.

4-4 mintapélda: Határozza meg a 4-1 példa szerinti kompresszor munkapontját a jelleggörbén!

A normálállapotra vonatkozó gázáramot az általános gáztörvény segítségével lehet a szívóoldali állapotra átszámítani:

5,88391*15,28892,0*15,281

013,36013,1350000

zTzT

ppqq

nn

11

1

nneff === m3/h

A szállítómagasság a (4.2-12) összefüggésből számítható:

7,7046807,9

69107g

LH pol

pol === m

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).

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 4-39/a ábrán látható módon meredekebb lesz. A módszer energetikailag nem előnyös, ezért csak ritkán, kényszerből alkalmazzák.


236

4-39 ábra Turbókompresszor szabályozási módjai

A szívóvezetékben alkalmazott fojtás esetén a fojtószelep egy adott állásához egy szívó-jelleggörbe tartozik. A 4-39/b ábrának 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 4-39/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.

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 4-39/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


237

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.

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.

A 4-40 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 kompresszor-fokozatok 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 kompresszor-fokozatok 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.


238

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]

4-40 ábra Többgépes üzemmódok jelleggörbéje

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 adott 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


239

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.

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

60 55 50 45

Csőtávvezeték indítónyomása [bar]

Nyo

más

külö

nbsé

g [b

ar]

Dp2=1800 Dp2=1600 Dp2=1200 4-41 ábra Adott szállítási feladat esetén a nyomáskülönbség változása

az indítónyomás függvényében

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

60 55 50 45


Nyo

más

arán

y

Dp2=1800 Dp2=1600 Dp2=1200 4-42 ábra Adott szállítási feladat esetén a nyomásarány változása



240

A 4-41 ábrán látható, hogy a szívóoldali távvezeték indítónyomásának a csökkenésével egyre nagyobb nyomáskülönbség alakul ki a betáplálási pont és a kompresszorállomás szívónyomása között, így a kompresszorállomásnak növekvő nyomásveszteséget kell kompenzálni.

A 4-42 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.

100%

125%

150%

175%

200%

225%

250%

275%

300%

325%

350%

60 55 50 45


Kom

pres

szor

telje

sítm

ény

válto

zása

Dp2=1800 Dp2=1600 Dp2=1200 4-43 ábra Adott szállítási feladathoz szükséges kompresszorteljesítmény változása


A 4-43 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.

A három egyszerű mintapélda arra hívja fel a figyelmet, hogy a kompresszorállomások kapacitás tervezése 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.


241

4.6 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).

A legegyszerűbb keverőkör a 4-44 ábrán látható módon egy áramlásszabályozó szelep segítségével alakítható ki. A szabályozási kritérium 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)

4-44 ábra Keverőkör vázlata


242

A keverési folyamat szabályozásánál előnyösen használható paraméter a fő- és szabályozott gázáram aránya, ezért célszerű 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 fűtőértéke az alábbi módon számítható:

a21a3a H1R

1H1R

RH+

++

= (4.3-6)

Ha a q2 gázáramot a 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. 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:


243

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.

4-45 ábra Földgázkeverő állomás vázlata

A gáz keveredése történhet célberendezésben, leggyakrabban azonban magában a távvezetékben megy végbe. Az utóbbi megoldásnál gyakran alkalmaznak


244

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).

4-46 ábra A hollandiai Assumburgnál lévő keverőállomás vázlata

A keverő állomást a 4-46 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 változhat. 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 4-46 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


245

lépcsőben a groningeni földgázhoz keverik. Végeredményképpen a groningeni földgáz 43,7 MJ/m3-es Wobbe-száma 44,4 MJ/m3 értékre nő.

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 szabályozása is.

A 4-46 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.

4-5 mintapélda: Határozza meg a fő- és a szabályozott gázáramok arányát az alábbi feltételek esetén!

Megnevezés Érték Mértékegység

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 =−−

=

4-6 Mintapélda: Mekkora a 4-5 mintapélda szerinti keverőkör esetén a szabályozott gázáram nagysága, ha a kevert gázzal 8000 m3/h gázigényt elégítenek ki?

A keresett gázáram nagysága a (4.3-7) egyenletből számítható:


246

3,22448000* 00,2892,8891,1000,28q2 =

−−

= m3/h

4-7 mintapélda: Mekkora a kevert gáz Wobbe-száma az adott paraméterek esetén?

Megnevezés Érték Mértékegység 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=

+=

+

323,011,2

11R

1=

+=

+

=+−

=53,1*323,024,1*677,0

53,102,78*323,024,182,10*677,0N 3Wo 34,01 MJ/m3


247

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 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 Balla J.: Metrológia a földgázszállításban (kézirat), 2012. Szabványok, előírások 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 12260 - Water quality - Determination of nitrogen - Determination of bound nitrogen (TNb), following oxidation to nitrogen oxides ISO 9951. Measurement of gas flow in closed conduits - Turbine meters


248

ISO 17089-1 Measurement of fluid flow in closed conduits - Ultrasonic meters for gas -- Part 1: Meters for custody transfer and allocation measurement EN ISO 5167-2 Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full, Part 2: Orifice plates MSZ 1648 Közszolgáltatású, vezetékes földgáz MSZ EN 12405-1 Gázmérők. Átszámító eszközök. 1. rész: Térfogat-átszámítás MSZ EN 12480 Gázmérők. Forgódugattyús gázmérők MSZ EN ISO 5167-1:2003 Anyagárammérés nyomáskülönbség elvén működő eszközökkel olyan kör keresztmetszetű csővezetékben, amelyet az áramló anyag teljes keresztmetszetében kitölt. 1. rész: Alapelvek és alapkövetelmények MSZ EN ISO 5167-2:2003 Anyagárammérés nyomáskülönbség elvén működő eszközökkel olyan kör keresztmetszetű csővezetékben, amelyet az áramló anyag teljes keresztmetszetében kitölt. 2. rész: Mérőperemek MSZ ISO 6974 Földgáz. Adott bizonytalanságú, gázkromatográfiás összetétel-meghatározás. MSZ ISO 6976 Földgáz. A hőértékek, a sűrűség, a relatív sűrűség és a Wobbe-szám számítása a gázösszetételből MSZ ISO 10715 Földgáz. Mintavételi irányelvek MSZ ISO 14532 Földgáz. Fogalommeghatározások MSZ ISO/TS 16922 Földgáz. Irányelvek a gázok szagosítására MSZ EN ISO 18453 Földgáz. Korreláció a víztartalom és a vízharmatpont között

A szállítóvezetékek létesítése

249

5 A szállítóvezetékek létesítése

5.1 Előkészítő munkák

A szállítóvezeték építése 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 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.


250

5-1 ábra A csőtávvezeték létesítésének fázisai

1 nyomvonal kitűzés, 2 munkasáv kialakítása, 3 talajegyengetés, 4 csőszállítás nyomvonalra, 5 vonali csőhajlítás, 6 hegesztés 7 árokásás, 8 árokba helyezés, 9 visszatöltés, 10 tereprendezés, 11 környezeti állapot visszaállítása


251

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.

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. DN350, 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.

5-2 ábra Speciális csőszállító gépkocsi

A csőszakaszok szállítását az 5-2 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 alátámasztott csőszakaszok legnagyobb szállítható hossza


252

( )ασ−

=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 onnan végzik a kiszállítást a munkaterületre.

CA

BD

a b c d

L3C L3D

L1 L2 L3

L1A L1B L2B L2C

5-3 ábra Szállítástervezés

Az 5-3 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


253

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.

5.2 Építési folyamatok

5-4 ábra Kotrógépes ároknyitás

Az árokásást merevkaros, hidraulikus vagy dobóvedres kotrógépekkel és forgókerekes árokásókkal végzik. A munkaterület előkészítése során kijelölik az


254

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 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 5-4 ábrán látható.

A merevkaros hidraulikus gépeket álékony 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 géptípus 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.

5-5. ábra Forgókerekes árokásó

Az 5-5 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.


255

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.

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 5-6 ábrán látható.

5-6 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 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


256

új méretű és anyagminőségű csőnél kísérleti hajlításokkal célszerű beállítani a kívánt pontosságot. A hajlításhoz speciális szögmérőt használnak.

5.3 Csőhegesztés

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.

5-7. 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

A csővégek előmelegítését a következő esetekben kell elvégezni:

• a környezeti hőmérséklet + 5 oC alatti, • X52 vagy annál nagyobb szakítószilárdságú csöveket hegesztenek,


257

• 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.

Az előmelegítést az 5-7 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.

5-8 ábra Kézi hidraulikus csővég illesztő

Csővégek illesztését önjáró pneumatikus vagy hidraulikus belső illesztővel vagy az 5-8 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/

5-9 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 5-9 ábrán látható irányokba. A belső illesztő eltávolítása


258

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 készítését egyidejűleg 2 fő hegesztő végzi. A második sor készítését legkésőbb a gyökvarrat elkészültétől számított 10 percen belül meg kell kezdeni.

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

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:

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

5-10 ábra A keresztvarrat méretei

A paraméterek átállítását a sorok befejezése után menet közben végzik. A fedőporból képződött salakot folyamatosan távolítják el. A kész varrat méretei az 5-10 ábrán láthatók.

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.


259

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 DN50 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, • 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.

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.

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.

Az elemi módszernél 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.


260

A csoportos futószalag módszernél 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 a hegesztett sorok száma 6...8. Bázikus pálcákkal való hegesztéskor a gyökölőn kívül 2...4 pár hegesztő dolgozik.

Osztott futószalag 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 DN300 és DN400 névleges átmérőjű vezetékre az 5-11 ábrán látható.

5-11 ábra Futószalag rendszerű technológia

Az oldaldarus traktorok a csőszálak emelésére, mozgatására, a hegesztő traktorok a hegesztési művelet gépi támogatására szolgálnak. Fontos kiegészítő egység a


261

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.

Forrás: www.zgg.de, 2002

(Forrás: http://www.prolinepipeequipment.com/, 2004)

5-12 ábra Csővégillesztés belső illesztővel

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 traktorokból és automata külső hegesztőfejekből áll. Elvégzi a kitöltő- és a takarósorok készítését.


262

Az 5-12 ábrán vonali hegesztés előtt a csővégillesztés munkafázisa látható belső csővégillesztővel.

Az 5-13 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 5-14 ábra.

5-13 ábra Lehetséges csővég profilok és illesztések Forrás: ASME B31.8 – 1999 Edition

5-14 ábra Hegesztési varrat eltérő falvastagság esetén

Forrás: ASME B31.8 – 1999 Edition

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 szállítóvezeték valamennyi varratát 100 %-os mértékben roncsolásmentes és regisztrálható vizsgálati módszerrel kell ellenőrizni és dokumentálni.


263

5-15 ábra Csővég megmunkáló berendezés Forrás: http://www.prolinepipeequipment.com/, 2004

Az 5-15 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.

5.4 Csőfektetés

A korábbi évtizedekben a szigetelő bevonatot a helyszínen polietilén vagy PVC alap- és védőfólia felragasztásával készítették el. Napjainkban gyárilag szigetelt csövekből építik a csőtávvezetékeket, ezért csak a körvarratok környezetében kell a szigetelő bevonatot elkészíteni.

5-16 ábra Gyári bevonatos csőszakasz (Forrás: www.eupec-pipecoatings.com, 2004)

Az 5-16 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.


264

5-17 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

5-18 ábra Csőfektetés a Yamal távvezeték lengyelországi szakaszán

(Forrás: www.europolgaz.com.pl, 2003)

Az összehegesztett, és szigetelő bevonattal ellátott csővezetéket oldaldarus traktorokkal az 5-17 és 5-18 ábráknak megfelelően helyezik az árokba. Az oldaldarus traktorok száma, és egymáshoz viszonyított távolsága a csőszerkezet fajlagos súlyától függ.


265

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.

5-19 ábra Földtoló mozgása ároktakaráskor

A takarási módok a földtoló mozgása szerint jellemezhetők. Négy mozgástípus különböztethető meg, amelyek az 5-19 ábrán láthatók:

• merőleges, • haránt-párhuzamos, • haránt-keresztirányú, • 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. 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.


266

5-20 ábra Forgódobos ároktakaró gép

Az ároktakarás célgépe az 5-20 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. 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.

5.5 Műtárgy keresztezése

5-21 ábra Védőcső hidraulikus sajtolása

(Forrás: www.europolgaz.com.pl, 2003)

Az utak és vasutak keresztezésénél a csőtávvezetéket esetenként védőcsőbe helyezik. A védőcső elhelyezésének egyik módja, amelynél az út/vasút alatt,


267

vízszintes fúrással készített lyukba préselik vagy húzzák be a csőszakaszt. Az átfúráshoz az út-, illetve vasútpálya mindkét oldalán munkagödröt kell készíteni, és ezekből végezhető a cső átsajtolása a nyomvonalas létesítmény alatt az 5-21 ábrának megfelelően.

5.6 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, • 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


268

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.

A mederbe kerülő csővezeték szigetelése 50-50 % túlfedéssel, és az alapozófesték figyelembe vételével 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 leterhelésekor legelterjedtebbek az 5-21 ábrán látható öntöttvas és vasbeton terhelőidomok.

Az 5-21 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 5-21 és 5-22 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.

5-21 ábra Öntöttvas és vasbeton

terhelőidomok

5-22 ábra Csuklós terhelőidom


269

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.

Az 5-23 ábrán egy DN800 névleges átmérőjű, és 13,4 mm falvastagságú szállítóvezeték beton héjszerkezete látható. A csővezetéket gyárilag 3 mm vastagságságú polietilén védőréteggel látták el, majd erre készítették el a 125 mm minimális falvastagú beton héjat. A súlyosbított csőszerkezet tartalmaz két DN140 névleges átmérőjű csővezetéket is a hírközlő kábelek számára. Ez utóbbiak KPE csővel vannak bélelve. A fenti módon elkészített csőszerkezetnek 1178 kg/m a fajlagos tömege szárazon, és 1,24-es a felúszás elleni biztonsági tényező (Staff Report, 1998).

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 5-24 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.

5-23 ábra Beton héjszerkezet

keresztmetszete


270

5-24 ábra Csőszerkezet behúzása

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.

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 - Az 5-25 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.


271

5-25 ábra Lehorgonyzó elem kialakítása

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 5-1 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.

5.7 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 5-26 ábrán látható.

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) 5o és 30o közé essen, legkedvezőbb, ha 10o és 14o fok közé esik. Általában 73 mm átmérőjű fúrószárral 80 mm átmérőjű vezető lyukat fúrnak. Az előfúráshoz használt irányítható fúróberendezés az 5-27 ábrán látható.

A fúrószár irányítása a fúrófej után elhelyezett ferdítő közdarab segítségével végezhető. Valamely beavatkozás során a változtatás mértéke általában 1o-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:


272

• 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/

c/

b/

d/

5-26 ábra Irányított fúrás technológiai sémája

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.

5-27 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 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.


273

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.

5.8 Szerelési munkák

A csőtávvezetékek vonali részének kivitelezési munkáihoz kapcsolódnak a technológiai állomások építési-szerelési munkái. A technológiai állomások az alábbiak:

• szakaszoló-, • csőgörény indító-, • csőgörény fogadó-, • csőgörény váltó-, • gázátadó-, • gázfogadó-,


274

• szivattyú-, • kompresszor-állomások.

A felsorolt technológiai állomások építési-szerelési munkái az alábbiak szerint foglalhatók össze:

• a szerelvények szilárdsági és tömörségi nyomáspróbája a műhelyben, • a funkciópróbák a műhelyben, • előgyártás-szerelés a műhelyben, • a szerelvények helyszínre szállítása, • a szerelvények beépítése a technológiai tervnek megfelelően, • az alátámasztások elkészítése, • a funkciópróbák elvégzése beépített állapotban, • a szerelvények és a csatlakozó darabok szigetelése, • a szerelvények 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 el kell helyezni az előre gyártott alapot. A bevágás során a szerelvény tömegéből adódó terhelést az alapnak kell viselnie.

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.


275

A szerelési munkák befejezése után az állomások nyomáspróbáját a vezeték vonali részéről leválasztottan lehet elvégezni, az eltérő biztonsági tényező és szilárdsági nyomáspróba miatt.


276

Irodalom Gas transmission and distribution piping systems ASME B31.8 – 2006 Edition Scsaurszki T.: Csőtávvezetékek gépesített és félig-gépesített hegesztése különös tekintettel az irányított rövidzárlatos gyökhegesztésre 25. Jubileumi Hegesztési Konferencia, Budapest 2010. május 19-21. Staff Report: Crews use open ditch method to install gas line across Rhine Pipe Line & Gas Industry, March, pp.95-96, 1998. Vida M. főszerk.: Gáztechnikai Kézikönyv, 2. kiadás Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1991.

Nyomáspróbák

277

6 Nyomáspróbák

6.1 Általános előírások

Új szállítóvezeték építését követően, vagy vezetékszakasz- illetve műtárgy kiváltás után, annak használatba vétele előtt szilárdsági és tömörségi nyomáspróbának kell alávetni. A nyomáspróbára vonatkozó előírásokat az FGSZ Zrt IG-ÜZ-18-as (2011) szabályzata alapján foglaljuk össze:

Az MSZ EN 12327:2002 szabvány és a 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet mellékleteként kiadott Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata (a továbbiakban SzSzBSz) foglalkoznak a nagynyomású földgázszállító vezetékeken elvégzendő szilárdsági és tömörségi nyomáspróbákkal. Mindkét szabvány és rendelet irányelveket tartalmaz, és külön kiemeli, hogy az üzemeltetőnek belső utasítást kell készítenie a nyomáspróbákra vonatkozóan, amelynek figyelembe kell vennie az adott ország nemzeti szabványait, jogszabályait, rendeleteit, az üzemeltető által alkalmazott belső előírásait, valamint a fenti két szabvány és rendelet előírásait.

A földgázszállító vezetéket vagy annak kiváltott szakaszát, illetve a technológiai létesítményt vagy annak átalakított részét (továbbiakban vizsgált szakaszt), a műszaki átadás előtt szilárdsági és tömörségi nyomáspróbának kell alávetni.

Új rendszer tervezése és kivitelezése során a szilárdsági és a tömörségi nyomáspróbát üzemelésre kész állapotban, a szükséges dokumentumok helyszíni ellenőrzése után kell elvégezni.

Meglévő rendszer átalakítása esetén a szilárdsági és tömörségi nyomáspróbát készre szerelt, de nem üzemelésre kész állapotban, a rendszerbe történő beépítés, élőre kötés előtt kell elvégezni, az üzemeltető előzetes engedélye alapján, a dokumentumok helyszíni ellenőrzése után.

A nyomáspróbák végrehajtására a tervezőnek a tervben nyomáspróba tervfejezetet kell készítenie.

Olyan technológiai rendszeren, vagy bonyolult csőkapcsolási rendszeren, ahol a tervező a nyomáspróbákat több szakaszban tervezi, a tervezőnek olyan nyomáspróba rajzot kell a kiviteli terv vagy technológia nyomáspróba fejezetében szerepeltetni, ahol a különböző időben elvégzendő nyomáspróba alá vett szakaszok kezdő és végpontjai egyértelműen fel vannak tüntetve.

Csak az üzemeltető által jóváhagyott kiviteli tervdokumentáció és nyomáspróba technológia birtokában kezdhető el a nyomáspróba. A nyomáspróba

Nyomáspróbák

278

technológiához mindig mellékelni kell a vonatkozó rajzokat, amelyen szerepeltetni kell a nyomáspróba határokat, véglezárásokat, feltöltő, leürítő légtelenítő, nyomás és hőmérsékletmérő helyeket.

Megfelelő óvintézkedéseket kell tenni a lehetséges személyi sérülések, természeti és környezeti károk elkerülése érdekében. A próbanyomás emelése közben és a nyomáspróba ideje alatt a nyomáspróbában részt vevő és az ellenőrzésre jogosult személyeken kívül illetéktelen személy nem léphet be a nyomáspróbára kijelölt és jól láthatóan körbe határolt területre. A vizsgált szakasz rögzítéséről a vizsgálat idejére a nyomáspróba során fellépő mozgások ellen gondoskodni kell.

A mérőműszereknek meg kell felelniük a vonatkozó szabványoknak, valamint rendelkezniük kell érvényes kalibrálási és hitelesítési bizonylatokkal, amelyeket a nyomáspróbát ellenőrző személynek be kell mutatni.

A nyomáspróba ideje alatt a próbanyomó közeg hőmérsékletének és nyomásának méréséről mérőműszerrel, on-line módon történő regisztrálásáról gondoskodni kell. A regisztrálás eredményét nyomtatott verzióban kell bemutatni a kiértékeléshez és dokumentáláshoz. A próbanyomó közeg hőmérsékletét a próbanyomó közegbe benyúló zsákos hőmérő csatlakozáson keresztül kell mérni és regisztrálni.

Nyomásértékek ellenőrzésére legalább egy nyomásregisztrálót, két manométert, valamint a próbanyomó berendezés nyomóvezetékének a vizsgált szakaszra történő csatlakozásához egy manométert kell felszerelni. 5 km-nél hosszabb, vagy 300 m3 víztérfogatnál nagyobb csőszakasz nyomáspróbája esetén a vezetékszakasz mindkét végpontjára legalább egy-egy nyomásregisztrálót, egy-egy manométert kell felszerelni. A nyomásmérő pontossági osztálya minimum 1,0-os, továbbá a nyomásregisztráló pontossági osztálya legalább 2,5-ös legyen. A műszerek méréshatárának a próbanyomás értékének 1,2 – 1,7-szeresének kell lennie. A nyomáspróbákról jegyzőkönyvet kell készíteni.

A nyomáspróbára kerülő vizsgált szakaszt tömören, a tervezési nyomásnak megfelelő nyomásfokozatú vakkarimákkal, szerelhető görénykamrával, méretezett edényfenékkel kell lezárni. A nyomáspróba során alkalmazott nyomásfokozó egységeket és a hozzátartozó feltöltő vezetékeket a záró szerelvényekkel együtt a vizsgált rendszertől olyan távolságra kell elhelyezni, hogy a vizsgált rendszeren esetlegesen bekövetkező rendellenesség során azok működtetése ne veszélyeztesse a nyomáspróbában résztvevő személyzetet.

A távvezeték építésekor, vezetékszakasz és műtárgy kiváltáskor vizsgált szakasznál légtelenítő és vízleürítő csonkot a bent maradó rendszerbe beépíteni nem lehet. Technológiai rendszeren a légtelenítést a manométer beépítési helyeken kell elvégezni. A vízleeresztő csonkot amennyiben a technológián belüli csővezeték magassági nyomvonal vezetése engedi, kerülni kell. Amennyiben a technológia rendszeren és a távvezeték építéskor mégis szükséges a vízleeresztő

Nyomáspróbák

279

csonk, azt az üzemeltetővel előzetesen engedélyeztetni kell és a szilárdsági nyomáspróba víztelenítése után, de még a tömörségi nyomáspróba előtt a csonk záródugóját le kell hegeszteni.

Szilárdsági és tömörségi nyomáspróbák csak megfelelő minősítésű varratvizsgálatok elvégzése után végezhetőek.

A nyomáspróbázandó - vizsgált és a nyomáspróbához szükséges, de a rendszerbe beépítésre nem kerülő - alkatrészeknek, berendezéseknek, szerelvényeknek rendelkezniük kell műbizonylattal, és a nyomáspróba során fellépő tervezett legnagyobb nyomásnak megfelelő nyomásfokozatúnak kell lenniük.

Nyomáspróba szakasz határolása szerelvénnyel nem engedélyezett. Kivétel a max. 25,4 mm méretű gömbcsapok, melyek szabad csonkját megfelelő méretű záró csavarral kell lezárni.. A vízzel végzett szilárdsági nyomáspróba alatt a kompresszorállomási szerelvények (elzáró-, szabályzó szerelvények, visszacsapó szelepek) nem lehetnek a nyomókörben, a helyükre karimával ellátott passzdarabot kell beépíteni. A vízzel végzett szilárdsági nyomáspróba alatt gáznyomás-szabályozók, mennyiségmérő-berendezések, lefúvató-szelepek nem lehetnek a nyomókörben, a helyükre karimával ellátott passzdarabot kell beépíteni, vagy csőkarimáikat össze kell szerelni.

A földgázszállító rendszerbe beépítésre kerülő elzáró, szabályozó szerelvények, visszacsapó szelepek házát a gyártóműben 1 órás szilárdsági nyomáspróbának kell alávetni, ezt a minőségi bizonylatban a gyártónak szerepeltetnie kell, és ezt a dokumentációt kell tekinteni a szerelvény szilárdsági nyomáspróbájának. Ettől csak az üzemeltető előzetes engedélye alapján lehet eltérni.

A készre szerelt rendszeren elvégzett szilárdsági nyomáspróba végrehajtása során a nyomáspróba előtt az elzáró szerelvények zsírzását ellenőrizni kell, és ha nem megfelelő a zsírzás, azt pótlólag el kell végezni. A nyomáspróbák során a rendszerbe beépített szerelvények helyzetét (nyitott, zárt állás) a tervezőnek a nyomáspróba tervben és az ez alapján elkészített technológiában szerepeltetni kell. A nyomáspróbázott szakasz beazonosítása csőkiosztással, csősorszám szerint történik.

A nyomáspróbák során a túlnyomás elleni védelmet tervezni kell. A védelem tervezése során meg kell határozni a maximálisan megengedhető túlnyomás értékét, a védelmi rendszer lefúvató kapacitását, valamint azt a nyomásértéket, ahol a védelmi rendszernek működésbe kell lépnie.

Távvezetéki elzáró szerelvények áteresztés vizsgálatát a tömörségi nyomáspróba nyomásemelése során kell elvégezni. A vezetékszakaszok nyomáspróba utáni szárítását és tisztítását meg kell tervezni a vonatkozó Szabályzat szerint. A megfelelő szárítást (víz harmatpont legalább -20 ºC) mérésekkel kell igazolni. A

Nyomáspróbák

280

méréseket 24 óra elteltével meg kell ismételni és nem megfelelő érték esetén a szárítást, majd a mérést meg kell ismételni.

A szállítóvezeték üzemeltetőjének minőségügyi rendszere 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 nyomáspróba fajtáját, tárgyát és helyét • a nyomáspróba végrehajtásáért felelős válalkozást és személyt • 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, • 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.

6.2 Szilárdsági nyomáspróba

A szilárdsági nyomáspróbához vizet kell használni. A tervezőnek a kiviteli terv mellékletét képező nyomáspróba tervben kell szerepeltetnie a vízvételezés módját, az ehhez szükséges engedélyeket, valamint a vízleürítéshez kapcsolódó vízbefogadási nyilatkozatokat. Amennyibe a kivitelező a saját telephelyen folytatja le a vizes szilárdsági nyomáspróbát, abban az esetben vízvételezési és vízbefogadási engedély nem szükséges.

Nyomáspróbák

281

A vizsgálathoz felhasznált víz nem lehet korrozív hatással a vizsgált szakaszra. A nyomáspróbához felhasznált víz semleges kémhatású (ph érték 6 és 8 közötti), szilárd szennyeződésektől mentes legyen, betartva a 28/2004 (XII.25.) KvVM rendeletben előírtakat. Ellenkező esetben a víz tisztaságára vonatkozó kitételeket (szűrés, kémhatás beállítás) külön kell tervezni. Nyomáspróbához vizet vételezni élő vízből csak a területileg illetékes Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség által kiadott engedély birtokában lehet. Vízleürítésnél a természetbe (árok, vízfolyás, nyílt földterület) leengedett vízmennyiség elhelyezésére az érintett vízbefogadó létesítmény üzemeltetőjének elvi engedélyét a kiviteli tervhez mellékelni kell.

A nyomáspróbázandó szakaszt a nyomáspróba előtt ki kell tisztítani. A sikeres nyomáspróba után gondoskodni kell a felhasznált víz leürítéséről és a felhasznált víz elvezetéséről úgy, hogy az nem károsíthatja a környezetet és a felszín alatti vizeket a 219/2004. (VII. 21.) Kormányrendelet előírásainak megfelelően. A nyomáspróbához használt vízzel kapcsolatos egyéb előírásokat a tervben rögzíteni kell.

A vízzel történő feltöltés 100 m-nél hosszabb csőszakasz kiváltásnál és új távvezeték építésnél csak gumis görénnyel történhet, valamint a vízfeltöltésnek folyamatosnakkell lenni a levegősödés elkerülése érdekében. A szilárdsági nyomáspróba +5 oC alatt nem végezhető az elfagyás miatt.

A szilárdsági nyomáspróba értéke a nyomáspróbázott szakasz minden pontján érje el legalább a tervezési nyomás 1,5-szörös értékét. A hidraulikai szilárdsági nyomáspróba érték a következő:

Ppróba = 1,5 Ptervezési A nyomáspróba során a Ppróba nyomásérték hatására a cső falában ébredő feszültség nem haladhatja meg a cső szabványban rögzített anyagminőségére jellemző folyáshatár értékének 95 %-át, amelyet a tervezőnek számításokkal kell igazolnia. Amennyiben a számított feszültség meghaladja a cső anyagminőségére jellemző folyáshatár értékének 95 %-át, akkor vagy a kiválasztott cső falvastagságát kell növelni, vagy egy kategóriával jobb anyagminőségű csövet kell választani, majd a számítást ismét el kell végezni. A nyomáspróba alatt a káros túlnyomás elleni védelmet a tervezőnek meg kell terveznie. A túlnyomás elleni védelem tervezése során is be kell tartani azt, hogy a tervező által megengedett maximális túlnyomás érték során fellépő feszültség nem érheti el a cső anyagminőségére jellemző folyáshatár értékének 95 %-át.

A vizsgált szakasz hosszát a távvezeték építés során a szakaszoló állomások mellett a domborzati viszonyok is meghatározzák. A próbanyomás értékét a vizsgált szakasz legmagasabb pontján kell fenntartani. A vezeték mélypontjain a hidrosztatikai nyomás okozta túlnyomásokat a vezeték méretezéskor figyelembe kell venni,.

Nyomáspróbák

282

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 végrehajtását az üzemeltető képviselőjének igazolnia kell. A 6 óra letelte után el kell végezni a légtelenítést. Ezután lehet megkezdeni a nyomás emelését a próbanyomás értékére.

A nyomáspróba tervben meghatározott nyomáspróba értékre fokozatosan, 30%, 60% és 100%-os próbanyomás értékenként kell emelni a nyomást. A pontos nyomásértékeket a nyomáspróba technológiában számszerűsíteni kell. 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 a vizsgált szakaszon, akkor a nyomást az előírt próbanyomás értékre fel kell emelni. A szilárdsági nyomáspróba időtartama: 60 perc.

Az előírt próbanyomás elérésekor a vizsgált szakaszt le kell választani a nyomásfokozó egységről. A szilárdsági nyomáspróba során a nyomás értékeket műszeresen regisztrálni kell, valamint a kezdő és a befejező nyomásértékeket külön kell feljegyezni. Nyomás alatt lévő rendszeren mindennemű munkavégzés tilos.

A szilárdsági nyomáspróba akkor tekinthető eredményesnek, ha a nyomáspróba alatt, a vezetéken semminemű rendellenesség (alakváltozás, deformáció) nem tapasztalható, valamint a regisztrált nyomásérték a nyomáspróba ideje alatt nem esett a nyomáspróba tervezett értéke alá. Ha a nyomáspróba eredménytelen, a nyomásmentesítés, majd a hibák kijavítása után a nyomáspróbát meg kell ismételni. Két nyomásregisztráló műszer alkalmazása esetén mindkét műszerre igaznak kell lennie a fent leírt megfelelőségi kritériumnak.

A sikeres nyomáspróba után a közeg nyomáscsökkentését (közeg leeresztését) 2 bar/perc sebességgel lehet elvégezni

6-1 ábra Feltöltő csonk nyomáspróbához

Nyomáspróbák

283

Gáz halmazállapotú közeggel szilárdsági nyomáspróba nem végezhető, kivéve a SzSzBSz. IV. fejezet 2.2. és 2.3 pontban foglaltak szerint az üzemeltető felelős vezetőjének és a bányahatóság előzetes hozzájárulásával

Eredménytelen szilárdsági nyomáspróba esetében a feltárt hibákat meg kell szüntetni, és a szilárdsági nyomáspróbát meg kell ismételni.

A vízzel való feltöltéshez, majd a nyomáspróbát követő leürítéshez a vizsgált csőszakasz végére a 6-1 ábrán látható toldalékot kell felhegeszteni.

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.

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.

6-1 táblázat A próbanyomás értéke a B31.8 szerint A terület jellemző besorolása Próbanyomás

1-es kategórai (Class 1) 1,25pterv. 2-es kategórai (Class 2) 1,25pterv. 3-es kategórai (Class 3) 1,40pterv. 4-es kategórai (Class 4) 1,40pterv.

A szilárdsági nyomáspróba akkor tekinthető eredményesnek, ha a nyomáspróba alatt a nyomásesés 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 kell elvégezni. A tömörségi nyomáspróba elvégezhető:

• levegővel • semleges gázzal • levegő és semleges gáz keverékkel • rendszer saját üzemi közegével (földgáz, műszerlevegő). A földgázzal

végzett nyomáspróbánál a gázos műveletekre az üzemeltetőnek saját hatáskörben technológiát kell készítenie. A tervezéskor ezt az alternatívát a tervezőnek az üzemeltetővel előzetesen egyeztetni kell.

Nyomáspróbák

284

Új építésű távvezeték tömörségi nyomáspróbája - egyedi esetként kezelve – a tervező, üzemeltető és a kivitelező előzetes és részletes megállapodása, majd az illetékes Bányakapitányság engedélye alapján elvégezhető szagosított vagy szagosítatlan földgázzal is.

A tömörségi nyomáspróba értéke a tervezési nyomás. A tömörségi nyomáspróba időtartama:

• új vezeték építése esetén a tömörségi nyomáspróba időtartama 24 óra, értéke a tervezési nyomás.

• a nem építési engedély köteles technológiai részek átalakításainál a tömörségi nyomáspróba időtartama 6 óra, ha a vizsgált szakaszon a tömörség szemrevételezéssel teljes körűen vizsgálható, ellenőrizhető.

• az építési engedély köteles technológiai részek átalakításainál, valamint új csővezeték szakasz (műtárgy kiváltás, vezetékszakasz kiváltás) építésénél a tömörségi nyomáspróba időtartama 24 óra

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 kell jegyeztetni az építési naplóban. A tervezési nyomás értékre fokozatosan kell felterhelni a vizsgált csőszakaszt, 3 fokozatban (a tervezési nyomás 30 – 60 – 100 %-a). A pontos nyomásértékeket a nyomáspróba technológiában számszerűsíteni kell. 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.

A vizsgálandó szakaszon még a tömörségi nyomáspróba megkezdése előtt, de már a feltöltött állapotban valamennyi oldható kötésén habképző anyaggal szivárgásvizsgálatot kell végezni.

Sikeres szivárgásvizsgálat után indítható a tömörségi nyomáspróba. A tömörségi nyomáspróba alatt a nyomást és a nyomóközeg hőmérsékletét műszeresen regisztrálni kell, a kezdő és befejező értékeket fel kell jegyezni.

A tömörségi nyomáspróba akkor tekinthető sikeresnek, ha nem észlelhető szivárgás, és a tömörségi nyomáspróba alatt a hőmérsékletváltozás okozta nyomásváltozáson kívül nyomáscsökkenés nem észlelhető.

pvég ≥ pkezdeti – Δp Hőmérsékletváltozásból adódó nyomásváltozást az alábbi képlet szerint kell számítani:

Nyomáspróbák

285

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=Δ

21

12

TpTp1100p

ahol: Δp a hőmérsékletváltozásból adódó nyomásváltozás, bar p1 a gáz abszolút nyomása a nyomáspróba elején, MPa p2 a gáz abszolút nyomása a nyomáspróba végén, MPa T1 a gáz abszolút hőmérséklete a nyomáspróba elején, K T2 a gáz abszolút hőmérséklete a nyomáspróba végén, K

A sikeres nyomáspróba után a közeg nyomáscsökkentését (közeg leeresztését) 2 bar/perc sebességgel lehet elvégezni.

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.

6.3.1 Műtárgy alatti csőszakaszok nyomáspróbái

Utak, vasutak és vízfolyás keresztezések során, ahol a keresztezés lehet átfúrás, átsajtolás vagy irányított vízszintes fúrás technológiáját alkalmazták, az alábbiak szerinti módon kell a nyomáspróbát elvégezni.

Átfúrást vagy átsajtolást megelőzően még a varratszigetelés és az üvegszálas műgyanta védelem felhordása előtt a beépítendő vezetékszakaszon szilárdsági nyomáspróbát kell tartani. Amennyiben meglévő (üzemelő) vezetékre történik a műtárgy alatt áthúzott új vezetékszakasz élőre kötése hattyúnyak beépítésével, akkor a behúzás után az áthúzott új vezetékszakaszon a hattyúnyakakkal együtt szilárdsági és tömörségi nyomáspróbát kell tartani még az élőre kötést megelőzően. Amennyiben az élőre kötés hattyúnyak nélkül önhajló ívvel történik, csak tömörségi nyomáspróbát kell elvégezni. Amennyiben új (még nem üzemelő) vezetékre történik a műtárgy alatt átsajtolt új vezetékszakasz rákötése, akkor szilárdsági és tömörségi nyomáspróbát az új vezetéken elvégzendő szilárdsági és tömörségi nyomáspróbával együtt kell elvégezni.

Nyomáspróbák

286

Az irányított vízszintes fúrás során előkészített furatba történő behúzást megelőzően még a varratszigetelés és az üvegszálas műgyanta védelem felhordása előtt a behúzandó vezetékszakaszon szilárdsági és tömörségi nyomáspróbát kell tartani. A behúzott új vezetékszakasz élőre kötése, vonalba hegesztése előtt a behúzás után az áthúzott új vezetékszakaszon szilárdsági és tömörségi nyomáspróbát kell ismételten tartani még az élőre kötést megelőzően.

6.3.2 Technológiai varrat

A sikeres szilárdsági és tömörségi nyomáspróba után lehet a vizsgált szakaszt az üzemelő rendszerbe beépíteni. A beépítés során a bekötő varratokat technológiai varratoknak kell tekinteni, mivel ezeket a varratokat szilárdsági és tömörségi nyomáspróbával nem lehet vizsgálni. Ezeken a varratokon a következő varratvizsgálatokat kell elvégezni:

• szemrevételezéses varratvizsgálat • röntgen vagy izotópos varratvizsgálat • ultrahangos varratvizsgálat • folyadék diffúziós repedésvizsgálat

A technológiai varratokon a sikeres varratvizsgálatok, és a nyomás alá helyezés után tömörségi ellenőrzést kell tartani a maximális üzemnyomás értéken.. A tömörségi ellenőrzést a kivitelező és az üzemeltető közösen végzi, az eredményről a kivitelezőnek jegyzőkönyvet kell készítenie.

6.4 Nyomáskorrekció

Acél csővezetékben a nyomásváltozás hatására bekövetkező térfogatváltozást az alábbi összefüggés adja meg (Gray, 1976.):

( ) Ca1EsD

dpdV

V1 2 +−= (6.4-1)

ahol V a csővezeték belső térfogata m3, p a csővezetékben uralkodó nyomás N/m2, D a külső átmérő mm, s a csővezeték falvastagsága mm, E az acél rugalmassági modulusza N/m2, a Poisson-szám, C pedig a folyadék kompresszibilitási tényezője m2/N.

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

287

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−

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.

A 6-2 ábrán egy DN600 és egy DN400 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.

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 6-2 ábra Túltöltés hatására bekövetkező nyomásnövekedés

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:

Nyomáspróbák

288

( ) ( )t1L4

t1kV22

Δα+πΔα+

= (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 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

Dt

p .korr21

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:

Nyomáspróbák

289

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)

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 5 10 15 20Hőmérsékletváltozás [oC]

Nyo

más

növe

kedé

s [b

ar]

DN 600 DN 400 Gáz 6-3 ábra Nyomásváltozás hőmérsékletnövekedés hatására

A hőmérsékletváltozásból adódó nyomáskorrekció meghatározása a (6.4-12) összefüggés segítségével könnyen számítható:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=Δ 1

TzTzpp

11

221.korr (6.4-12)

Nyomáspróbák

290

Mivel a gáz összenyomhatósága miatt a hőmérsékletváltozás csak kis mértékű nyomásváltozást eredményez, 21 zz ≈ feltételezéssel a fenti összefüggés egyszerűsíthető.

A 6-3 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.

6-1 mintapélda: Egy DN600 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?

Megnevezés Érték Mértékegység 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

( )1037906

10*54,43,01*10*068,2*5,9

6,609005,0p

11211

=+−

=Δ−

N/m2

vagyis

Δp = 67,9 bar

6-2 mintapélda: Mekkora lesz az előző vezetéknél a nyomásváltozás, ha a nyomáspróba alatt 10 oC-ról 20 oC-ra emelkedik a környezeti hőmérséklet?

Megnevezés Érték Mértékegység 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

Nyomáspróbák

291

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

( )( )

156589110*54,43,01*

10*068,2*5,96,609

10*10*116,1*305,15p102

11

5

=+−

−=Δ

−

−

N/m2

Δp=15,9 bar

6-3 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.

Megnevezés Érték Mértékegység 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.

6.5 Levegő hatása a szilárdsági nyomáspróbánál

A vizsgált vezetékszakasz vízzel történő feltöltése során, amennyiben nem alkalmaznak speciális eljárást, nagy valószínűséggel a magas pontokon levegő marad a vezetékben. Lehetőség van légtelenítő csonkok felhegesztésére a csővezetékre, de mivel ezek nagy valószínűséggel későbbi potenciális korróziós hibahelyek lesznek, ezért a beruházó általában nem szorgalmazza ezt a technikai lehetőséget.

Ha feltételezzük, hogy a nyomáspróba kezdetén a Vp csőtérfogatban a vízzel való feltöltés után atmoszférikus nyomáson Va tárfogatú levegőmennyiség maradt, így az alábbi térfogati mérleg írható fel:

Nyomáspróbák

292

awp VVV += (6.5-1)

A nyomáspróba megkezdése után ΔVw vízmennyiség besajtolásának hatására a Va térfogatú levegő összenyomódik, a nyomás megnő. A nyomásnövekedés miatt azonban megváltozik a csőtérfogat, és a csővezetékben lévő vízmennyiség térfogata is csökkenni fog. A „levegőbuborék” nyomását végül az előző hatások együttese határozza meg.

A csőtérfogat növekedésének számítása:

( ) ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−Δ=Δ 2

p2

pp a1sE

DVpa1sE

DVpV (6.5-2)

ahol Vp a csővezeték belső térfogata, p a csővezetékben uralkodó túlnyomás, D a külső átmérő, s a csővezeték falvastagsága, E az acél rugalmassági modulusza, a Poisson-szám, C pedig a folyadék kompresszibilitási tényezője

A csőben lévő vízmenyiség térfogatának csökkenése a túlnyomás hatására

( ) CpVVDV wwwact Δ+= (6.5-3)

A levegő térfogatának a megváltozása az alábbiak szerint írható fel:

)pC1(*)VV()VV(V wwPPa −Δ+−Δ+= (6.5-4)

Az egyenletben az első tag a csőtérfogat változását adja meg a túlnyomás hatására a kiindulási állapothoz képest. Az egyenlet második tagja a víztest nagyságát jelenti, ami a kezdeti érték és a besajtolt többlet vízmennyiség összege, de ez a vízmennyiség a túlnyomás hatására összenyomódik és térfogata csökken.

A csőbe zárt levegő nyomása, ami azonos a nyomáspróba alatt álló csővezeték belső túlnyomásával, az általános gáztörvényből számítható

awwPP

a

M)pC1(*)VV()VV(TRzn

p−Δ+−Δ+

= (6.5-5)

A (6.5-5) összefüggésből látható, hogy a nyomás az egyenlet mindkét oldalán szerepel, ezért a nyomásszámítás csak fokozatos közelítéssel határozható meg.

A fenti számítási eljárással adott csővezeték szakaszra és feltételezett induló levegő térfogatra meghatározható a nyomásváltozási görbe. Amennyiben a nyomáspróba során regisztrálták a nyomásváltozási görbét, menet közben vagy utólag meghatározható a vizsgált szakaszban a nyomáspróba megkezdésekor

Nyomáspróbák

293

visszamaradt levegő mennyisége. A számítási eljárás eredményét az alábbi mintapéldák szemléltetik.

DN 400, 10 km, 2,4 m3 (0,2%) levegő, 1206,9 m3 víz (99,8%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Túltöltés [m3]

Túln

yom

ás [b

ar]

Nyomás levegő nélkül Mért nyomás MOP Próbanyomás 6-4 ábra Nyomásemelkedési görbe az ábrán látható paraméterek esetén

A 6-4 ábrán látható DN400-as 10 km hosszú csővezeték szakasz (belső) térfogata 1209,3 m3, amelyből feltételezésünk szerint 0,2 %-ot foglal el a visszamaradó levegő összesen. A csővezeték 99,80 %-át víz, és 0,20 %-át tölti ki a levegő.

6-2 táblázat Számítási eredmények Nyomásváltozási gradiens 10 bar-nál

levegő jelenléte esetén levegő jelenléte nélkül 9,395 bar/m3 11,655 bar/m3 0,106 m3/bar 0,086 m3/bar

A levegő jelenléte a csővezeték szakaszban azt eredményezi, hogy a nyomáspróba kezdetén lasabban fog a nyomás emelkedni, mint levegő nélküli esetben. Az első néhány köbméter víz besajtolása hatására először a csőszakaszban lévő levegőt fogja összenyomni, és csak azt követően fog gyorsabban nőni a nyomás.A 6.5-1 ábrán látható, hogy néhány köbméter víz besajtolása után a nyomásemelkedési görbe meredeksége már megközelíti a levegő nélküli esetre vonatkozó nyomásnövekedés mértékét. Látható továbbá, hogy a nyomásemelkedési görbéhez húzható érintő a vízszintes tengelyen kimetszi a visszamaradt levegő mennyiségét.

A 6-5 ábrán olyan mintapélda látható, amelynél a csőtérfogat 10 %-át tölti ki levegő a nyomáspróba kezdetekor. Ilyen esetben sok köbméter vizet kell besajtolni ahhoz, hogy érzékelhető legyen a nyomásemelkedés.

Nyomáspróbák

294

DN 400, 10 km, 121 m3 (10%) levegő, 1088 m3 víz (90%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140

Túltöltés [m3]

Túln

yom

ás [b

ar]

Nyomás levegő nélkül Mért nyomás MOP Próbanyomás 6-5 ábra Nyomásemelkedési görbe az ábrán látható paraméterek esetén

A két mintapélda eredményei alapján megállapítható, hogy ha a próbanyomás értékét a besajtolt vízmennyiség függvényében ábrázolják, akkor a kezdeti levegő-térfogat nagysága egyértelműen meghatározható.

Hangsúlyozni kell, hogy a kezdeti visszamaradt levegő mennyisége nem befolyásolja a nyomáspróba eredményességét, amennyiben a nyomáspróba feltétele teljesül. Biztonsági szempontból azonban a levegő jelenléte kockázati tényező. Minél nagyobb a kezdeti visszamaradt levegő mennyisége, annál nagyobb a kockázat egy esetleges folytonossági hiba esetén.

Nyomáspróbák

295

Irodalom Gray, J.C.: How Temperature Affects Pipeline Hydrostatic Testing Pipeline and Gas Journal, 12. pp. 26-30, 1976. McAllister, E.W. (editor): Pipe Line Rules of Thumb Handbook Gulf Publishing Co., Houston, 1998 Szabványok, előírások MSZ EN 12327/2002 szabvány ASME B31.8 – 2006 Edition Gas Transmission and Distribution Piping Systems 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet a szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről és a Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata közzétételéről Földgázszállító vezetékek és technológiai létesítmények nyomáspróbái IG-ÜZ-18. sz. utasítás,(2011) FGSZ Földgázszállító Zrt.,

Documents

TL-ZsJ_Gázszállító rendszerek tervezése-2