Gázszállító vezetékszakasz fáklyázásának tervezése, kivitelezése. Szakdolgozat

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet

Gázszállító vezetékszakasz fáklyázásának tervezése, kivitelezése Szakdolgozat

Készítette: Rosta Balázs Tanszéki konzulens: Prof. Dr. Tihanyi László, Egyetemi Tanár Ipari konzulens: Bozó János, Üzemviteli Irányító Mérnök

Miskolc, 2014. május 09.

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Tartalomjegyzék

Bevezetés .......................................................................................................................... 1 1. A magyar földgázszállító rendszer fejlődése ............................................................ 3 1.1. A kezdetek............................................................................................................. 3 1.2. A 60-as évek .......................................................................................................... 4 1.3. A 70-es, 80-as évek; a Testvériségtől a MOL-ig .................................................. 5 1.4. Az 1990-es és 2000-es évek gázszállító rendszere ............................................... 7 1.5. Napjaink gázrendszere, külföldi kapcsolatok ....................................................... 9 2. A szállítóvezetékek lefúvatására, fáklyázására vonatkozó szabályozások .......... 12 2.1. A lefúvatási művelet általános ismertetése ......................................................... 12 2.1.1. Görényezés .................................................................................................... 13 2.1.2. Vezetékek leürítése ....................................................................................... 15 2.2. Égetés nélküli lefúvatás....................................................................................... 17 2.3. Égetéssel történő lefúvatás .................................................................................. 18 2.4. A fáklyák körüli biztonsági- és hőhatás övezet, valamint tűzvédelmi sáv ......... 19 2.5 Tájékoztatási kötelezettség, illetve a lefúvatás dokumentációja .......................... 22 2.6. Modellkészítés a FLARE szoftver segítségével .................................................. 23 3. A lefúvató fáklya hőhatás övezetének számítása ................................................... 24 4. A „lefogyasztásra” és fáklyázásra kerülő gázmennyiségének számítása ............. 31 5. A vizsgált változatok ................................................................................................. 35 5.1. Első változat ........................................................................................................ 36 5.1.1. Első szakasz .................................................................................................. 37 5.1.2. Második szakasz ........................................................................................... 41 5.1.3 A két szakasz egyesítése ................................................................................ 45 5.2. Második változat ................................................................................................. 47 5.3. Harmadik változat ............................................................................................... 52 6. Összegzés.................................................................................................................... 57

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Summary........................................................................................................................ 60 Irodalomjegyzék............................................................................................................ 63 Köszönetnyilvánítás ...................................................................................................... 64 Mellékletek .................................................................................................................... 65

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Bevezetés A földgáz a jelenkor egyik legkörnyezetbarátabb energiahordozója, mely nélkül modern életünk szinte elképzelhetetlennek tűnik. Színtelen, szagtalan, mégis nélkülözhetetlen a mai modern társadalom számára. Szállítása könnyű, kevés veszteséggel jár, és nagy távolságokra is gazdaságosan megvalósítható. A transzport legnagyobb hányada csővezetékeken keresztül történik, melyek folyamatos üzemeltetése, felügyelete, karbantartása minden felhasználó ország számára nemzetgazdasági érdek. Szakmai gyakorlatomon lehetőségem nyílt a hazai gázszállító rendszert irányító vállalat, az FGSZ Földgázszállító Zrt. tevékenységét részletesen megismerni, ahol nagy figyelmet fordítottam az egyes vezetékszakaszok leürítésekor alkalmazott technológiai módszerek megismerésére. Dolgozatomban részletesen bemutatom a magyar gázszállító rendszer fejlődésének legfőbb eseményeit a kezdetektől egészen napjainkig. Ezután összefoglalom és rendszerezve ismertetem a fáklyázási műveletre vonatkozó törvényi és szabályozási keretrendszert. Az ezt követő fejezetekben egy vezetékszakasz lefúvatásának vizsgálatát végzem el, melyen keresztül szeretném bemutatni, hogy egy lefúvatás előtervezésekor az egyes paraméterek változtatásának milyen hatása van az egész folyamatra. A szimulációk elkészítéséhez a FLARE programot használtam, melyet az FGSZ Zrt. és a Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézete közösen fejlesztett ki a fent említett üzemviteli munkafolyamat előtervezésének megkönnyítésére. Három változatot elkészítve bemutatom, hogy különböző indítóértékek beállításával hogyan változik az adott művelet időigénye, valamint milyen hatással van a lefúvatás során kialakuló áramlás különböző paramétereire. Az elkövetkezendő fejezetekben bemutatott leürítési műveleteket egy, a nyáron végrehajtott fáklyázás szimulációjaként készítettem el. A lefúvatandó vezetékszakasz közel 10 km hosszúságú, DN 200-as átmérőjű, melynek leágazó vezetéke rövid, 3 m hosszú, és a szabályozószeleptől 79 m hosszúságú fáklyavezetékkel kapcsolódik a fáklyakéményhez. A fáklyázás végrehajtása közben méréseket végeztem annubar szondával, hogy a művelet közben mérhető paraméterek összehasonlíthatók legyenek a szoftver által számított értékekkel.

1

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A dolgozatban 3 fáklyázási műveletvariációt mutatok be, mindegyiket a fent leírt vezetékszakaszról készítettem el. Mindhárom változatban azonosnak állítottam be az indítónyomást, és a gázhozamot, a különbségek a fojtószelep beállításaiban figyelhetők meg. A hidraulikai vizsgálatok előtt bemutatom a fáklyázás során kialakuló veszélyes hőhatás övezet számítását, melyre a művelet biztonságossága miatti előkészületeknél van szükség, illetve a lefúvatott és „lefogyasztott” gázmennyiségeket kiszámítva gazdaságossági elemzést is készítettem. Az első variáns a művelet tényleges végrehajtását reprezentálja, ahol a fáklyázás nagy fojtással kezdődött, majd a művelet közepén a fojtást megszűntetve fejeztük be a lefúvatást. A második változatban azt az esetet vizsgálom, hogy mi történne abban az esetben, ha a fáklyázás teljes időtartama alatt nagy fojtással menne végig a leürítés. A harmadik változatban azt a lehetőséget ismertetem, hogyan változnának a művelet paraméterei, ha a teljesen nyitott szelepállapothoz tartozó Cv értéket beállítva folyna le a fáklyázás. Ezeket

követően

a

dolgozat

összefoglalásaként

következtetéseket vonok le belőlük.

2

összegzem

tapasztalataim,

Rosta Balázs

Szakdolgozat

1. A magyar földgázszállító rendszer fejlődése A napjainkban működő komplex gázszállító rendszer létrejötte egy több évtizedes folyamat eredménye. A fejlődési folyamatot különböző szakaszokra oszthatjuk (Tihanyi, 2012). Az alább említett időszakok határai nem különíthetők el ilyen élesen, mint az alább említett dátumok, azonban az adott időszak fő jellegzetességeit jól mutatják: 

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 időszaka



1990-2003-ig a piacgazdaságra való áttérés időszaka



2003-tól a liberalizált földgázpiac kialakulása

1.1. A kezdetek A hazai szénhidrogén ipar alapkövét az 1937-ben felfedezett budafapusztai kőolaj- és földgázmező termelésbe állítása tette le. Ezt követően felmerült az igény arra, hogy a termékeket a feldolgozási vagy felhasználási helyükre valamilyen formában elszállítsák, ezért olaj- és gázvezetékek létesítésére került sor. Az első gázszállító vezetéket 1943-ban helyezte üzembe a MAORT Bázakerettye és Nagykanizsa között, mely a későbbi vezetékes szállítás alapjait teremtette meg a régióban. Kiemelkedő jelentőséggel bír a főváros földgázzal való ellátottságának biztosítása. A megoldást egy új, magyar mérnökök által megvalósított technológia, az ún. „dugós” szállítás jelentette. 1949-ben a háború után a gazdaságilag tönkrement országban nem volt anyagi lehetőség egy új, külön csak a földgáz szállítása céljából fektetett vezeték megépítésére. A forradalmi megoldás abban rejlett, hogy a Nagykanizsa és Budapest között korábban üzembe helyezett vezetéken egyszerre szállítottak olajat és gázt szakaszosan, egymástól „dugókkal” elválasztva. Előremutató fejlesztés volt az 1953-ban elvégzett katódvédelmi rendszer kiépítése a vezetéken, mely abban az időben Európában is egyedülállónak számított. Ugyanebben az évben alapították meg az Ásványolaj- és Földgáz Távvezeték Nemzeti Vállalatot, melynek székhelye Siófok lett. Az 50-es években aztán a csővezetékek üzemeltetésének és építésének céljából megalakult a Kőolajvezeték Vállalat (KVV) mely a fent említett két feladat mellett a 3

Rosta Balázs

Szakdolgozat

csőrendszerhez kapcsolódó hírközlő hálózat működtetéséért is felelt. Az időszak legnagyobb jelentőséggel bíró eseménye, hogy 1958-ban üzembe helyezik a DN300–as PN 28 bar nyomásra tervezett ún. „román” vezetéket, mely szomszédunktól szállított évi 200 millió m3 jó minőségű import gázt az országba. A 133 km hosszú vezeték - mely első ütemben Csenger és Kistokaj között állt használatba - a borsodi iparvidék növekvő gázszükségletét elégítette ki, aminek köszönhetően jó minőségű gázhoz jutott a Lenin Kohászati Művek, valamint a Mályi Téglagyár is.

1.1-1 ábra: A szállítóvezeték rendszer összhosszának növekedése (Forrás: Tihanyi-Zsuga: Földgázszállító rendszerek tervezése és üzemeltetése (2012))

1.2. A 60-as évek Az évtizedben jelentős magyar földgázkészletek kerültek felfedezésre, melynek következtében a szállítórendszer is dinamikus fejlődésnek indult. Az 1.1-1-es ábrán is jól láthatóan 1970-re a földgázszállító rendszer összhossza már meghaladta az 1000 km-t. 1968-ra 29 nagyváros és 18 ipari fogyasztó volt a földgázzal ellátva. A gázvezeték hálózat folyamatos bővülésével a rendszer irányítását már nem lehetett megoldani egyetlen központból, ezért ebben az évtizedben alakultak ki a ma is meglévő – kápolnásnyéki, gellénházi, kecskeméti, hajdúszoboszlói, vecsési és miskolci – üzemközpontok. Fontos dátum még 1960. október 1-je, amikor megalapításra kerül az Országos Kőolaj és Gázipari Tröszt (OKGT). Ebben az időszakban adták át a Hajdúszoboszló-Miskolc-Center-Ózd nyomvonalon futó vezetékszakaszt, melynek következtében a borsodi iparvidék minden nagyobb ipari 4

Rosta Balázs

Szakdolgozat

fogyasztója vezetékes gázt kapott. 1964-ben készül el a „Középmagyar” DN350-es vezeték, melynek első ütemében a Hajdúszoboszló-Szandaszőlős, majd másodikban a Szandaszőlős-Vecsés

közötti

78

km-es

szakasz

került

üzembe

helyezésre.

A

Hajdúszoboszló-Vecsés közötti távvezeték volt az első hazánkban, amelyet telemechanikai rendszerrel is elláttak. Ezzel párhuzamosan elkezdődött a Budapest körüli vezetékrendszer kiépítése, melynek keretén belül megépítették a Vecsés-Újpest közötti csőszakaszt, összekötve a már meglévő Újpest-Pünkösdfürdő vezetékkel, majd a következő ütemben a hálózat tovább bővült Solymár, Hárshegy valamint Budafok irányába is. A végbement bővítésekkel a főváros gázellátása az Alföld felől is biztosított volt, a zalai gázt pedig fokozatosan háttérbe szorította a keleti térségből érkező. Vezetékek kerültek fektetésre a kardoskúti gázmező irányából Városföld, majd Adony felé, ahonnan egyrészt a dunántúli nagyfogyasztóknak, másrészt Budapest irányába, a körvezetékbe becsatlakozva indult meg a gázszállítás. 1.3. A 70-es, 80-as évek; a Testvériségtől a MOL-ig A 70-es évek elejétől a rendszerre a mennyiségi növekedés volt a jellemző. Nemcsak a szállított gáz mennyisége nőtt háromszorosára, de a vezetékek összhossza is megduplázódott 1980-ra. Az 1971-ben olyan jelentős fejlesztések mentek végbe, mint a Vecsés és Városföld közötti vezetékszakasz megépítése, mely a DN600-as méretével a korszak legnagyobb szállítókapacitású vezetéke lett, és egy újabb forrást biztosított a főváros gázellátásában. 1972-ben fejeződött be a Vecsés és Zsámbok közötti DN700 átmérőjű vezeték létesítése. Szintén az évtized elején fektették le a Dél-Alföldön található gázforrások elszállítását szolgálva az Algyő-Városföld DN600-as vezetéket, illetve ezzel egy időben az AdonyMezőszentgyörgy-Papkeszi vonalon egy DN600-as vezeték került üzembe helyezésre, mellyel később lehetőség nyílt a dunántúli nagyvárosok (Szombathely, Győr) gázszállító hálózatra való csatlakoztatására. A fent említett vezetéképítésekből is jól látható, hogy egyre több csomópont létesült a hálózaton, ezáltal a korábban üzemelő céltávvezetékek helyén fokozatosan egy együttműködő földgázszállító rendszer kezdett kialakulni.

5

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A 70-es évek legkiemelkedőbb gázszállítási előrelépése az orosz importgáz megjelenése volt a hazai rendszerben. A Szovjetunió 1975-ben kezdte meg a gázszállítást Magyarországra, a csatlakozási pont Beregdarócnál volt. Az orenburgi szerződésben a felek 2 milliárd m3-es éves gázmennyiség szállítását írták alá. Ennek kapcsán építették ki a Testvériség DN800-as gázvezeték rendszert, mely első ütemben, 127 km hosszan Nemesbikkig, majd innen tovább Zsámbokig készült el. Később (1987) kiépítésre került a szintén import gáz elszállítását szolgáló Összefogás vezeték is, mely DN 800-as átmérőjével Hajdúszoboszlón keresztül Városföld irányába továbbította a vásárolt földgázt. A vezetékrendszerben fellépő nyomásveszteségek miatt szükségessé vált egyes vezetékszakaszokon a nyomás növelése. Ennek érdekében elsőként Városföldön helyeztek üzembe kompresszorállomást, ahol SOLAR gázturbinákkal meghajtott kompresszorok segítségével növelték a beérkező gáz nyomását. Ezt követően Beregdarócnál majd Nemesbikken is nyomásfokozó állomást létesítettek. Az orosz import beindulásával párhuzamosan hazánk tranzitálási tevékenységet is vállalt az akkori Jugoszlávia felé. A kezdeti időkben még az úgynevezett lecseréléses módszerrel szállítottunk gázt déli szomszédunknak. Ez azt jelentette, hogy a Szovjetunióból érkező gázt a hazai fogyasztók használták fel, és az Algyői mezőből kitermelt gázt adtuk tovább Jugoszláviába. 1983-tól aztán lehetővé vált (miután megépült egy új, DN700-as vezeték Vecsés és Városföld között), hogy az orosz gázt továbbítsák a jugoszláv félnek. A vezeték Röszkénél lépett ki az országból, majd a határ túloldalán Horgosnál csatlakozott be a szomszéd ország gázrendszerébe. Az orosz import megjelenésével a 80-as évekre létrejött egy állandó, évszakoktól és időjárástól viszonylag független betáplálás a rendszerbe, ezzel szemben viszont a felhasználás legnagyobb része szezonális és időjárásfüggő sajátságokat mutat. A probléma megoldását földalatti gáztárolók létesítése jelentette, ezekben az időkben került üzembe helyezésre a pusztaedericsi, a hajdúszoboszlói, illetve a kardoskúti földalatti gáztároló is. Ezzel a megoldással sikerült a szezonális fogyasztás kiegyenlítése, hiszen az áprilistól szeptemberig tartó „betárolással” a fel nem használt gázt szeptembertől a következő év áprilisáig tartó csúcsfogyasztási időszakban újra kitermelik, és a megnövekedett téli igények kielégítése lehetővé vált. A 80-as évek rendszerbővítése során épült ki a Kör II. vezeték több lépésben. Az első ütem a Vecsés-Ercsi DN600-as vezeték fektetését, a második a fővárost északról kerülő 6

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Zsámbok-Szentendre-Pilisvörösvár DN800-as körvezeték üzembe helyezését jelentette, mely 1987-re fejeződött be. A kör „bezárását” a Pilisvörösvár-Százhalombatta DN800-as vezeték elkészülése jelentette, melyre 2008-ban került sor. Az időszak legfőbb problémáját a folyamatosan növekvő dunántúli gázigények kielégítése jelentette. Ennek érdekében az Adony-Papkeszi távvezetéket tovább építették Ajka, majd Jánosháza irányába, illetve fektetésre került egy északi, Pilisvörösvár-Dorog-Győr nyomvonalú DN600-as cső is, mely a későbbiekben a HAG vezetékhez kapcsolódva fontos szállítási útvonallá vált.

1.3-1. ábra: A Földgázszállító Zrt. vezetékrendszere 2011-ben (Forrás: http://fgsz.hu/sites/default/files/fgsz_zrt_vezetekrendszer_2014.jpg)

1.4. Az 1990-es és 2000-es évek gázszállító rendszere A rendszerváltozást követő gazdasági átalakulás a gázipart is érintette. Az eddig működő OKGT megszűnik, jogutódjaként létrejön a MOL Rt. A 90-es évek kezdetén már jól látszott a rendszer struktúráján, hogy a források nagyon centralizáltak, legnagyobb részt a keleti országrészből érkeznek. Ide tartoznak a legnagyobb hazai gázmezők (Algyő, Hajdúszoboszló), az orosz gáz betáplálási pontja, illetve a legnagyobb földalatti gáztárolók is. Ennek köszönhetően a nagyobb kapacitású vezetékek, valamint a nyomásfokozó állomások is ezen a területen találhatóak, míg az ország nyugati részében csak kisebb átmérőjű, és a távolságok miatt fellépő nyomásveszteségnek köszönhetően kisebb üzemnyomású vezetékek biztosították a 7

Rosta Balázs

Szakdolgozat

gázellátást. Az előbb említett tulajdonságok miatt a nyugati országrészen található, rohamosan fejlődő, emiatt egyre növekvő gázigénnyel rendelkező városok – Pl. Szombathely, Győr, Nagykanizsa, Pápa – gázfelhasználása a kisebb kapacitások miatt korlátozott volt. A probléma megoldását 1996-ban az osztrák-magyar határ és Győr között létesült HAG vezeték üzembe helyezése és a rajta meginduló gázszállítás adta, mely több szempontból is új lehetőséget nyújtott a hazai gázellátás továbbfejlesztésére. A vezeték 75 bar-os névleges üzemnyomással, és tervezetten 4,5 milliárd m 3/éves szállítókapacitással kezdte meg működését. A kétirányú importbetáplálás biztosította a rendszer hidraulikai viszonyainak rendeződését, és az újonnan épült vezetéken keresztül a nyugati területek gázellátása is stabilabbá vált. Az előbbi mellett fontos szempont, hogy a vezeték megépítésével hazánk már közvetlen kapcsolatba került az európai gázrendszerrel, melynek köszönhetően lehetőség nyílhat az orosz gázon kívül más forrásból fedezni a szükségleteket. A forrásdiverzifikáció hazánk magas importfüggőségének tükrében elengedhetetlen.

Földgáz-termelés (Ktoe)

14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

0

Év Termelés

Bruttó hazai felhasználás

1.4-1 ábra: Magyarország földgáz-termelésének és bruttó hazai fogyasztásának viszonya 1990 és 2011 között (Forrás: EUROSTAT 2013) [3] (Saját szerk. ábra)

Az időszakban rohamosan növekvő igényeknek megfelelően a szállítórendszer is folyamatos bővítés és fejlesztés alatt állt. 1990-től napjainkig csaknem 1800 km új vezeték épült, valamint a tárolási kapacitások bővítése érdekében üzembe helyezték előbb a zsanai földgáztárolót, majd 2009-ben a szőregi stratégiai célú tárolót. Az előbbihez kapcsolódva 8

Rosta Balázs

Szakdolgozat

kiépült a Zsana-Szank-Városföld DN700-as távvezeték is. A dunántúli igények további kielégítése céljából megépítették a Mosonszentmiklós-Kapuvár-Répcelak nyomvonalú vezetéket, majd az ezredfordulót követően kompresszorállomást állítottak üzembe a HAG vezetéken is, Mosonmagyaróvárnál. Jelentős fejlesztéseket hajtottak végre a technológia területén, többek között az OTR, a szagosító berendezések, a nyomásszabályozók, vagy a légi nyomvonal felügyeleti rendszer is modernizálásra került, melynek következtében a hálózat felszereltsége európai szemmel nézve is kiemelkedőnek számított. Az Európai Uniós csatlakozást követően a hazai gázrendszernek az EU-s szabályozásnak és normáknak megfelelő működést kellet biztosítani. A jogszabályi változásoknak köszönhetően 2004-ben a MOL Rt. leányvállalataként létrejött a Mol Földgázszállító Rt., mely később Zrt. lett, végül 2008-ban FGSZ Földgázszállító Zrt. néven vette fel ma is működő formáját, és végez szállítási tevékenységet. 1.5. Napjaink gázrendszere, külföldi kapcsolatok A 2009. évi XL. törvény értelmében a földgázszállítás engedélyköteles tevékenység. Hazánkban jelenleg 2 vállalat rendelkezik földgázszállítási engedéllyel

(1)

:



FGSZ Földgázszállító Zártkörűen Működő Részvénytársaság (FGSZ Zrt.)



Magyar Gáz Tranzit Zártkörűen Működő Részvénytársaság (MGT Zrt.)

A fenti vállatok közül tényleges szállítási tevékenységet 2014-ben csak az FGSZ Zrt. végez, az MGT Zrt. jelenleg még nem rendelkezik üzemelő vezetékszakaszokkal. A Földgázszállító Zrt. tölti be a Rendszerirányítói Engedélyes feladatkörét is. A teljes szállítóvezeték rendszer hossza napjainkban 5784 km. A 2012-ben mért éves gázforgalom hazai célra 10,03 milliárd m3 földgáz volt (további 2 milliárd m 3 tranzitgáz is szerepel a mérlegben). Ebből a mennyiségből a 12 betáplálási ponton összesen 2,8 milliárd m3 gáz származik hazai termelésből, ezen felül 3,58 milliárd m 3 a beregdaróci, illetve 4,6 milliárd m3 a mosonmagyaróvári csatlakozási ponton, importként érkezik hazánkba. 2012 nyári időszakában 1,93 milliárd m3 gáz került letárolásra a földalatti gáztárolókba, valamint a téli időszakban 2,56 milliárd m3 gáz került kitermelésre a tárolókból a megemelkedett fogyasztások kielégítésére. Ebben az évben egyébként a hazai 1

A Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal nyilvántartása alapján (www.mekh.hu)

9

Rosta Balázs

Szakdolgozat

kereskedelmi célú földgáztárolók mobil kapacitása 5 milliárd m 3, míg a szőregi stratégiai tároló kapacitása további 1,2 milliárd m3 volt. Az utóbbi évek rendszerfejlesztéseinek keretén belül több olyan vezetékszakasz is fektetésre került, mely több szempontból is előremutatást nyújt a mai magyar technológiában. Ilyen fejlesztés az importkapacitás növelését célzó, az ukrán-magyar határ és Beregdaróc között megépülő 5 km hosszú DN1400-as vezetékszakasz üzembe helyezése, melynek névleges üzemnyomása 75 bar. Hasonló jelentőséggel bír a Beregdaróc-Hajdúszoboszló vonalon egy új, 125 km hosszú, DN1000, PN63 bar paraméterekkel létesített, valamint az Algyő-Városföld között 80 km hosszan futó DN1000, PN63 méretű távvezeték is. Az „ezres” átmérő elérésére és átlépésére még nem volt példa korábban hazánkban. Az előbb említett bővítéseknek köszönhetően a beregdaróci importkapacitás jelentősen megnőtt, nagyobb gázmennyiségek beszállítását téve lehetővé.

1.5-1. ábra: Tervezett és már kivitelezett nemzetközi összeköttetések a magyar gázhálózattal (Forrás: 70 éves a földgázszállítás, FGSZ Zrt.)

Az FGSZ Zrt. folyamatosan bővíti nemzetközi kapcsolatait, melynek keretein belül a már közel 35 éves szerb és bosnyák tranzitszállításon kívül további lehetőségeket keresett a környező országok rendszerével való szorosabb együttműködésre. Ennek keretében vezetéképítésekre került sor a magyar-román határ között, és 2010-re elkészült a Szeged10

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Arad vezeték magyarországi, 47-km-es szakasza, amin keresztül hazánk gázt szállíthat a szomszédos országnak. 2011 júniusára állt üzemkész állapotba a magyar-horvát összekötő vezeték, melynek megvalósításáról 2008-ban határoztak a felek. A konstrukció alatt Városföld és Slobadnica között építettek vezetéket, melynek magyarországi szakasza 205 km hosszú, DN800-as átmérőjű, és 75 bar névleges üzemnyomású. A vezeték megfelelő üzemvitelének biztosítása céljából bővítették a városföldi kompresszorállomást, valamint Bátán egy teljesen új nyomásfokozó állomást állítottak üzembe. A megvalósításnak köszönhetően hazánk ellátás biztonsági helyzete javulhat, mivel a tervezett horvát LNG terminál üzembe helyezését követően Magyarországnak lehetősége lenne egy új - az orosztól független – forrásból a hazai ellátást biztosítani. Ugyanilyen szándékkal kezdték meg 2012-ben a magyar-szlovák tranzitvezeték építését is, melynek kivitelezésére az állam egy új – a már korábban említett MGT Zrt – céget alapított. A tervezet szerint Vecsés és Felsőzellő között futó DN800, PN75 átmérőjű és névleges nyomású vezeték magyar szakaszának hossza 94 km lesz. Az előbb említett nemzetközi kapcsolatok építése elengedhetetlen fontosságú, hazánk forrásdiverzifikációjának további bővítése az egyre növekvő behozatali kényszer miatt gazdasági és ellátás biztonsági szempontból is az egyik legfontosabb feladatnak kell lennie az elkövetkező években [2] [3] [5].

11

Rosta Balázs

2.

A

szállítóvezetékek

Szakdolgozat

lefúvatására,

fáklyázására

vonatkozó

szabályozások A napjainkra kiépülő együttműködő földgázszállító rendszer biztonságos működésének elengedhetetlen feltétele, hogy az megfelelő jogi és szabályozási keretek között működjön. A földgázszállítási tevékenységet meghatározó főbb rendeletek a következők: 

1993. évi XLVIII. törvény a bányászatról („Bányatörvény”)



2008. évi XL törvény a földgázellátásról („GET”)



19/2009. (1. 30.) Kormányrendelet a 2008. évi XL törvény rendelkezéseinek végrehatásáról



79/2005. (X. 11.) GKM rendelet a szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről és a Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata közzétételéről



A gázszállító vállalat belső utasításai

2.1. A lefúvatási művelet általános ismertetése Lefúvatásnak nevezzük azt a tevékenységet, melynek során a vezetékben lévő földgázt a szabad levegőbe engedjük, az adott vezetékszakaszt nyomásmentesítjük. A gázszállító rendszer zavartalan és biztonságos működésének érdekében a vezetékek állapotának folyamatos ellenőrzése szükséges. Egyes karbantartási, diagnosztikai, vezetékkiváltási munkálatok csak gázmentes vezetékszakaszon végezhetők el, ilyenkor szükséges a vezeték lefúvatása. A lefúvató rendszer általában egy távvezetékről lecsatlakozó vezetéken keresztül szállítja a gázt a lefúvató fáklyára. A vezetéken található egy elzáró szerelvény, illetve egy kézi nyomásszabályozó is, melynek segítségével a fáklyára engedett gáz térfogatáramát lehet szabályozni. A szállítóvezetéktől a szabályozó szerelvényig tartó csőszakaszt leágazó vezetéknek, a szabályozótól a fáklyakémény aljáig tartó részt lefúvató vezetéknek nevezzük.

12

Rosta Balázs

Szakdolgozat

2-1-1. ábra: A lefúvató rendszer sematikus ábrája (1.:Szállítóvezeték 2.:Leágazó vezeték 3.:Elzáró szerelvény 4.Szabályozó szerelvény 5.:Lefúvató vezeték 6.:Fáklya ) (Forrás: Saját szerk. ábra)

Gázvezeték szakaszok lefúvatására általában az alábbi üzemviteli műveletek során van szükség: 

Görényezés: -

Vezeték belső tisztítása (tisztító görényezés)

-

Vezeték diagnosztika (intelligens görényezés)



Vezeték leürítés: -

Vezetékszakaszok cseréje (kiváltás)

-

Karbantartási, javítási munkálatok kivitelezése során

-

Havária esetén

2.1.1. Görényezés A csőgörények elindítását illetve folyamatos futását úgy érhetjük el, hogy a görény mögött és előtt különböző nyomásokat hozunk létre. A nyomáskülönbség hatására kialakuló áramlás energiája elegendő a görény mozgatásához. A görény mozgását biztosító nyomáskülönbséget minden esetben a görény előtti csőtérből történő gázelvétellel biztosítjuk, ill. ezen gázelvétel szabályozásával állítjuk be a görény haladási sebességét. A gáz mennyiségének csökkentése történhet a szakaszból a fogyasztók folyamatos gázelvételezésével (fogyasztással), illetve a vezetékszakasz a görényfogadó állomáson lévő fáklyaszerelvényre kötésével, ahol a gáz folyamatos elégetésével csökkentik a vezetékben lévő gáz mennyiségét. Mivel a fáklyázással a gáz értékesítése nem történik meg, törekedni kell arra, hogy a lehető legkevesebb földgáz kerüljön a fáklyakéményre. Ezért a művelet tervezésekor figyelembe kell venni, hogy a művelet időpontjában mekkora lesz a várható 13

Rosta Balázs

Szakdolgozat

fogyasztás, ez elegendő-e a szükséges görénysebesség biztosítására. Meg kell vizsgálni, hogy a távvezeték szakasz nyomása milyen értékre csökkenthető. Alacsonyabb nyomáson ugyan azonos fogyasztás nagyobb görény haladási sebességet biztosít mint magasabb távvezetéki nyomás esetén. Ez alapján sor kerülhet a művelet előtt a teljes vezetékszakasz nyomásának a csökkentésére a fogyasztók által (lefogyasztás). Természetesen előfordul, hogy így sem elegendő a vezetéken lévő üzemszerű fogyasztás, ebben az esetben a szükséges gázelvételt csak úgy biztosítható, ha a hiányzó gázhozamot lefáklyázzuk. Mikor a csőtisztító eszköz közelít a fogadóállomáshoz (általában miután a görény elhagyta az utolsó elhaladás megfigyelési pontot), a fogyasztókat kizárják, és csak a fáklya használatával biztosítják az utolsó szakasz megtételéhez szükséges nyomáskülönbséget a görény számára, egészen a görényfogadó kamráig. Mivel a lefúvatott gáz mennyisége feltétlenül szükséges a gázelszámoláshoz, annak mérése alapvető fontosságú. Ez történhet portábilis szonda használatával, vagy a későbbiekben bemutatott FLARE program számításainak valamint a fáklya szabályzó szelepe utáni nyomás mérés felhasználásával, számítással.

2.1.1-1. ábra: Csőgörény indító-fogadó kamra (Forrás: Saját készítésű kép)

Fáklyázási művelet esetén mindig szükséges a fáklya körüli hőhatás övezet és a tűzvédelmi sáv nagyságának meghatározása a következők alapján: a görény haladási sebességét előre meghatározzák, ehhez a sebességhez számítható egy gázáram, amelynek fenntartása szükséges a görény mozgatásához. Az így meghatározott gázáram figyelembe

14

Rosta Balázs

Szakdolgozat

vételével kell a hőhatásövezetet és a tűzvédelmi sáv sugarának számítását elvégezni a FLARE szoftverrel. 2.1.2. Vezetékek leürítése Vezetékszakaszok cseréjére általában akkor van szükség, ha a csőszakasz adott állapotában nem képes az előre meghatározott biztonsági feltételeknek eleget téve rendeltetésszerűen működni. Ennek okai lehetnek többek között a csövek korróziója, valamilyen külső tevékenység okozta sérülések (pl.: munkagépek nem szabályszerű alkalmazásakor), esetleg olyan építési tevékenység, melynek következtében a vezeték biztonsági övezete veszélyeztetett, ezért új nyomvonalra kell helyezni a csőszakaszt. Előfordulhat a csere szükségessége olyan keresztezések miatt is, ahol a régi cső kiválasztásánál használt biztonsági tényező nem megfelelő, amiért az adott részt ki kell cserélni. Vezeték kiváltásához a csőszakasz gázmentesítése szükséges, melynek köszönhetően a vezeték nyomása légköri nyomásra csökken. A gáz leürítésére a már korábban említett lefogyasztási és fáklyázási módszert alkalmazzák. Az üzemeltető a korábbi fogyasztási adatok vizsgálatával meghatározza, hogy a normál üzemnyomásról adott elvétel mellett milyen ütemben fogy el a gáz, hogy a lefúvatás megkezdéséhez tervezett mértékűre csökkenjen a nyomás. A lefúvatás megkezdése előtt a tervezett lefogyasztási idővel korábban az üzemeltető kizárja az adott vezetékszakaszt, melynek következtében gázutánpótlás hiányában a nyomás csökkenni kezd. Ilyen módon az üzemnyomási körülményeknél

jóval

kevesebb

gázt

szükséges

elfáklyázni,

mely

jelentős

költségmegtakarítást jelent. Kiváltások megkezdésekor fontos figyelembe venni, hogy a lefúvatás során a vezetékből teljesen nem üríthető ki az összes gáz, hiszen fáklyázáskor a nyomáskülönbség csak a légköri nyomásig tartható, ennek következtében ezen a nyomáson a csővezeték víztérfogatával megegyező mennyiségű gáz még a vezetékben marad. Ennek eltávolítására azért van szükség, mert a csődarabolási munkálatok során a levegővel érintkezve akár robbanóképes elegy is kialakulhat, valamint a cső darabolása során nem szikramentes vágási technikát alkalmazva akár be is robbanhat. Ennek megelőzésére több lehetőség is van, egyik ilyen alkalmazásakor a fáklyázást befejezve a vezetékszakasz valamelyik végpontján kompresszor bekötésével, levegővel átszellőztetik a vezetékszakaszt, a másik oldalon pedig folyamatosan mérik a 15

Rosta Balázs

Szakdolgozat

gázkoncentrációt. Ha a vezetékben található gáz mennyisége nullának tekinthető, megkezdik a vezeték elvágását. Egy másik módszer alkalmazásakor a vezetéket a kiváltandó csőszakasznál szikramentes vágási technikát alkalmazva felvágják, majd az adott ponton bekötve a kompresszorokat, a vezetéket két irányba szellőztetik. A módszerek közül az adott művelet körülményeinek legmegfelelőbbet kell kiválasztani, melyet előre megterveznek.

2.1.2-1. ábra: Csőszakasz kiváltása (Forrás: Saját készítésű kép)

A lefúvatás kétféle módon történhet: 

Égetéssel (fáklyázás): A földgázt a szállítóvezetékből vagy annak tartozékából oly módon engedik ki, hogy közben az meggyújtják, elégetik.



Égetés nélkül: A vezetékből vagy annak tartozékából kiengedett földgázt begyújtás nélkül engedik a szabadba.

A fáklyázási tevékenység miatt a fáklya körül egy biztonsági övezet meghatározása kötelező, melyre az üzemeltetőnek szolgalmi jogot kell bejegyeztetni. Az övezet méretének meghatározásában irányadó a 79/2005. (X.11.) GKM rendelet I. fejezetének 6.5. pontja, miszerint: „A szállítóvezetékek lefúvatására szolgáló fáklya biztonsági övezetének nagysága megegyezik annak hőhatás övezetének méretével. A hőhatás övezet méretét a

16

Rosta Balázs

Szakdolgozat

szállítóvezeték üzemeltetője határozza meg, de nem lehet kevesebb, mint a fáklyacső köré húzható, 50 méter sugarú kör által lefedett terület.” A lefúvatási művelet végrehajtására és biztonsági követelményeire vonatkozó előírásokat az FGSZ Zrt. által kiadott „Földgázszállító vezetékek és tartozékainak lefúvatása” című Operatív Szabályzat tartalmazza. A határozat célja a lefúvatás megtervezésének, végrehajtásának, dokumentálásának, valamint új fáklyák létesítésének, méretezésének szabályozása. 2.2. Égetés nélküli lefúvatás Mivel az égetés nélküli lefúvatás sokkal nagyobb környezetterhelő hatást okoz az égetésesnél (A földgáz legnagyobb százalékát adó metán 21-szer nagyobb terhelést jelent a környezetre, mint az elégetéskor felszabaduló szén-dioxid), ezért a művelet csak rendkívülinek minősített esetben végezhető. Ilyen bekövetkezhet havária esetén, illetve ha az égetéses lefúvatáshoz a megfelelő eszközök nem állnak rendelkezésre. Ez a tevékenység engedélyköteles, havária esetén a megbízott havária vezető, míg egyéb esetben az üzemeltetés igazgató adja ki a végrehajtási engedélyt. A nem vészhelyzethez kapcsolódó leürítés engedélyét mindig a megfelelő indoklással kell benyújtani az üzemeltetés igazgatónak. A földgázszállító vezetékek tartozékainak (görényindító-fogadó kamra, gázátadó állomás, kompresszor állomás) lefúvatása szintén végezhető begyújtás nélkül. Az égetés nélküli lefúvatásnak a következő követelményeknek megfelelnie: 

A fáklyacső függőleges tengelyétől számított, legalább 50 méteres körön belül tűzveszélyes anyag jelenléte, illetve tűz gyújtása tilos.



A fáklyacső körül meghatározott biztonsági övezetben senki sem tartózkodhat.



A leürítési műveletet olyan sebességgel kell végezni, hogy a biztonsági előírások betartása mellett az a lehető leggyorsabban befejeződjön.



A robbanóképes elegy kialakulásának elkerülése miatt a lefúvatás során óránként szüneteket (kb. 10-20 perces) kell tartani, hogy a kiengedett gáz tovább hígulhasson.



A műveletet a lehetőségekhez mérten nappal, tiszta időben kell végezni, ködös, párás időben végrehajtása tilos.

17

Rosta Balázs

Szakdolgozat

2.3. Égetéssel történő lefúvatás Az égetéssel történő lefúvatás (fáklyázás) főbb követelményei: 

A leürítésre kerülő gáz égetéses lefúvatását csak az erre a célra kialakított távvezetéki fáklyán lehet végrehajtani.



A lefúvatási művelet előkészítése során a fáklya biztonsági vagy hőhatás övezetében található összes gyúlékony anyagot el kell távolítani, vagy a szükséges méretű tűzvédelmi sávot kell kialakítani.



A lefúvatás idejére a Társaság Általános Tűzvédelmi Szabályzatában rögzített mobilizálható tűzoltási eszközöket, vagy amennyiben szükséges, tűzoltóság kivonulását kell biztosítani, melyet az adott leürítésre vonatkozó üzemviteli utasításban kell meghatározni.



A fáklya begyújtása előtt a fáklyavezetéket át kell öblíteni, illetve annak környezetében a szénhidrogén-koncentrációt folyamatosan mérni kell. A fáklya csak az alsó robbanási határérték 40%-a alatt gyújtható be.



A begyújtást csak az erre a célra kialakított szerkezettel lehet elvégezni. A begyújtási műveletet legalább 3 főnek kell végezni, egy személy a begyújtást végzi, egy személy a begyújtó biztonságára ügyel, illetve egy további személy a fáklyára áramló gáz mennyiségének koordinálását végzi a kézi szabályozóval. Fontos, hogy a felek folyamatos kapcsolatban legyenek egymással, a vizuális kapcsolat hiánya (a fáklya túl messze van a szabályozó szerelvénytől, vagy a két hely között egyéb objektum található, ami korlátozza a látást) esetén a kapcsolat valamilyen egyéb módon (pl. walkie-talkie, mobiltelefon) biztosítandó.



A begyújtás ideje alatt a gázáramnak olyan mértékűnek kell lennie, hogy a kiáramlási sebesség még nagyobb legyen az égési sebességnél, ezáltal a gáz visszaégése ne történhessen meg, de a begyújtást végző személyre az égő földgáz által kibocsátott hő ne jelentsen veszélyt.



Az égetéses lefúvatás is csak tiszta időben, nappal végezhető, az ettől való eltéréshez Üzemvezetői engedély szükséges.

18

Rosta Balázs

Szakdolgozat

2.3-1. ábra: Begyújtott fáklya (Forrás: Saját készítésű kép)

2.4. A fáklyák körüli biztonsági- és hőhatás övezet, valamint tűzvédelmi sáv Egy lefúvató fáklya biztonsági övezetének meghatározásánál a már korábban említett 79/2005-ös GKM rendelet az irányadó. Ettől eltérni, illetve ennél általános értelemben kisebb méretű biztonsági övezet kialakítására csak a Magyar Bányászati és Földtani Hivatal, egyedi esetekben pedig az illetékes Bányakapitányság engedélyével lehet. A biztonsági övezet méretét úgy kell megválasztani, hogy az üzemszerű lefúvatási művelet maximális hozamát figyelembe véve, annak mérete az emberre veszélyes hőhatás övezettel (1350 W/m2) egyezzen meg. Ezt szem előtt tartva egyes fáklyáknál az irányadó 50 méternél sokkal nagyobb, akár 120 méteres biztonsági övezet is előfordulhat. Minden üzemviteli műveletet ezen a területen belül kell megtervezni. A leürítési tevékenység elvégzése előtt meg kell határozni azokat az adatokat (a szabályozó utáni nyomás értéke, illetve az elégetésre kerülő gázhozam), melyek fenntartása szükséges ahhoz, hogy a veszélyes hőhatásövezet ne lépje túl a fáklyára vonatkozó biztonsági övezetet. A szabályozót úgy kell működtetni, hogy a kritikus értéket egyik paraméter se lépje át, ezáltal a veszélyes hőterhelés a biztonsági övezeten belül maradjon. Havária esetén a fáklya biztonsági övezetéhez tartozó gázáramnál nagyobb intenzitással is megkezdhető a lefúvatás, ilyenkor a művelet végrehajtásáért felelős személynek kell 19

Rosta Balázs

Szakdolgozat

mérlegelni, hogy az adott hozam mellett a gáz begyújtható-e. Ilyen esetben vizsgálni kell, hogy a megnövekedett hőhatás övezet mellett személyi sérülés, vagy jelentős anyagi kár bekövetkezhet-e? A lefúvatás során az esetleges tűz továbbterjedését és eloltását biztosító eszközökről gondoskodni kell. Az esetleges károkat fel kell mérni, és azokat meg kell téríteni. Ha a megnövekedett hozamhoz tartozó hőhatás övezeten belül veszélyeztetett objektumok vannak, a gázt mindaddig tilos begyújtani, míg a vezetéknyomás oly mértékben le nem csökken, hogy a csökkent nyomáshoz tartozó gázáram égetése során a veszélyes mértékű hőhatás a biztonsági zónán kívülre nem terjed. Új távvezetéki fáklya létesítésekor szintén meg kell határozni a hozzá tartozó biztonsági övezetet. Mivel a tervezésnél több paraméter együttes hatását kell figyelembe venni, a peremfeltételek körültekintő és egyértelmű megadása szükséges. Ennek érdekében számítógépes szimulációval (FLARE szoftver segítségével), és nyomon követhető dokumentálásával kell biztosítani a legmegfelelőbb paraméterek kiválasztását. Egy fáklya méretezésénél elsődleges szempontként a lefúvatási idő meghatározása az egyik legfontosabb paraméter, mivel ennek megadása mind a fáklya, mind a lefúvató rendszer geometriáját befolyásolja, illetve az adott fáklya hozamát is determinálja. Az elvárható lefúvatási időtartam 1-3 óráig terjed, de ez az adott vezetékszakasz paramétereinek függvényében változhat. Mivel a leürítő rendszer megépítését követően a lefúvatási idő már csak korlátozott mértékben, a gázáram növelésével vagy csökkentésével változtatható, ennek meghatározása különösen fontos. A lefúvató rendszer geometriáját befolyásolhatja, hogy a biztonsági övezet kialakítására alkalmas terület csak messzebb, akár több száz méterre található a szabályozó szerelvénytől. Ilyenkor lehetőség szerint különböző vezetékátmérők alkalmazásával is vizsgálni kell a rendszer leürítési időszükségletét, majd ezeket mérlegelve kell a megfelelő átmérőt kiválasztani. Figyelembe kell venni továbbá az MSZ 151-1:2000 szabvány 15.11.4. pontját, melynek értelmében 1 kV-nál nagyobb névleges feszültségű szabadvezeték és a lefúvató fáklya közötti minimális távolság legalább 60 m kell, hogy legyen.

20

Rosta Balázs

Szakdolgozat

2.4-1.ábra: Fáklya biztonsági övezetében kialakított beszántott tűzvédelmi sáv (Forrás: Saját készítésű kép)

A fáklya körül meghatározott biztonsági övezetre az üzemeltető szolgalmi joggal rendelkezik, ezért a lefúvatási tevékenység idejére joga és kötelezettsége van egy tűzvédelmi sáv kialakítására. A tűzvédelmi sáv sugarának meghatározása a FLARE szoftverrel elvégzett számítások alapján történik. A szükséges paraméterek megadásakor a hőterhelési határértéket mindig az adott fáklya körül található növényzet gyúlékonyságától függően kell figyelembe venni, ez általában 3000-6000 W/m2 közötti érték. A tűzvédelmi sáv kialakítása általában egy alvállalkozó feladata. A földterület megtisztítását oly módon kell végezni, hogy a hőhatás övezeten belül az esetleges tűz továbbterjedését

megakadályozza.

A

földmunkálatok

különböző

agrotechnikai

műveletekkel (szántás, szárzúzózás, tárcsázás, rendsodrózás, boronálás, kaszálás) történhetnek, ezek közül az adott helyszín körülményeihez leginkább megfelelő módszert kell alkalmazni. Ezek alapján a tervezést végző személynek biztonsági-gazdaságossági szempontok összevetésével kell figyelembe venni egy adott lefúvatás tűzvédelmi sávméretének kijelölését az alapján, hogy mennyi idő áll rendelkezésre a lefúvatás befejezésére. Mivel viszonylag rövid lefutásúra tervezett fáklyázások során nagy gázáramok alakulnak ki, ehhez megnövekedett hőhatás övezet, ezáltal nagyobb tűzvédelmi sáv kijelölése tartozik. A tűzvédelmi sávon belül eltisztított terület tulajdonosát kártalanítani kell, ezáltal a lefúvatás

21

Rosta Balázs

Szakdolgozat

költsége jelentősen növekedhet. A megfelelő kompromisszum megtalálása alapos tervezést kíván. Amennyiben a lefúvatás természetvédelmi területen történik, vagy a fáklyakert körül a tűzvédelmi sáv kialakítása nem lehetséges vagy csak korlátozott módon megoldható, akkor a leürítési művelet idejére tűzoltósági felügyeletet kell igényelni a helyszínre, amennyiben az üzemviteli utasítás ezt előírja. 2.5 Tájékoztatási kötelezettség, illetve a lefúvatás dokumentációja A lefúvatást minden esetben be kell jelenteni a következő szerveknek, hivataloknak: 

A területileg illetékes Megyei Katasztrófavédelmi Igazgatóság



A területileg illetékes Környezetvédelmi Felügyelőség



A területileg illetékes önkormányzat jegyzője



A területileg illetékes rendőrkapitányság



A területileg illetékes tűzoltóság

További szervek értesítése kötelező a lefúvatásról, amennyiben azok esetlegesen érintettek lehetnek benne. (Pl.: útinform, repülésirányítás, stb.) A tájékoztatást úgy kell megtenni, hogy a bejelentés legalább a művelet végrehajtása előtt 48 órával megérkezzen a címzetthez, melyért a területileg illetékes földgázszállító üzem felel. A területtulajdonosokat is értesíteni kell a műveletről, ez a földmunkákat végző alvállalkozó feladata. A tájékoztatásnak a tevékenység megkezdése előtt legalább 8 nappal meg kell történnie. Havária esetén szóbeli figyelmeztetés is elegendő, ellenben a művelet végrehajtását követően utólagos írásbeli bejelentési kötelezettség is fennáll. A lakosság tájékoztatása céljából legkésőbb a fáklyázási művelet megkezdése előtti napon az üzemeltető egy hirdetést köteles feladni egy országos, vagy helyi médiában a lefúvatás helyéről és idejéről. Amennyiben egymáshoz közeli helyeken, nem túl nagy időeltéréssel történik fáklyázás, akkor azokról elegendő összevontan megtenni a bejelentéseket, illetve feladni a lakossági hirdetést. A lefúvatási tevékenységet minden esetben dokumentálni kell. A művelet tervezésénél egy üzemviteli utasítás készítendő, mely részletezi a leürítési feladat elvégzésének felelősségi jogköreit, előkészítését, a műveletben részt vevő személyek feladatait, és a tevékenység végrehajtásának részletes menetét. A dokumentációhoz csatolni kell a

22

Rosta Balázs

Szakdolgozat

lefúvatási művelethez szükséges, a FLARE program aktuális verziójával elvégzett számítások jegyzőkönyvét. A fáklyázás során a helyszíni műveletirányító személy köteles óránként megadni a lefúvatott gázmennyiséget az üzemeltetés koordinátornak, hogy azt az órai gázmérlegben fel lehessen tüntetni. A leürítés befejeztével haladéktalanul meg kell adni tényleges összes lefúvatott gázmennyiséget, hogy azzal megfelelő korrekciók elvégezhetők legyenek. A lefúvatás befejezése után a tevékenység tényleges megvalósulásáról is jegyzőkönyvet kell készíteni, melyben rögzítésre kerül a lefúvatás során esetlegesen keletkező károkozás a tűzvédelmi sávon, vagy a biztonsági övezeten kívül. 2.6. Modellkészítés a FLARE szoftver segítségével A FLARE az FGSZ Zrt. és a Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézetének együttműködéseként került megalkotásra, a fáklyázási munkálatok előtervezésének megkönnyítése érdekében. A szoftver elkészítése óta folyamatos fejlesztés alatt áll, a jelenleg aktuális verzió már a rendszer 6.0-ás változata. A program távvezetéki csőszakaszok lefúvatási folyamatát szimulálja, melynek segítségével a vezetékek leürítésekor kialakuló, komplex áramlástani modellek elemzése válik lehetővé különböző kezdőparaméterek beállítása mellett. A vezetékek leürítésének sajátossága, hogy a normál üzemmenettől eltérő, nagy sebességű áramlások alakulhatnak ki, melynek vizsgálata összetett, és nehezen rekonstruálható. A hidraulikai számítások alapvető célja a lefúvatási idő meghatározása, míg a hőtani kalkulációk a szükséges biztonsági óvintézkedések előtervezhetőségét teszik lehetővé. A szoftver a szükséges paraméterek megfelelő beállítása mellett pontos eredmények számítását teszi lehetővé, ezáltal megkönnyítve az üzemviteli munkákat valamint a lefúvatások előkészítését. A következő fejezetekben 3 változatot ismertetek, melyek egy adott vezetékszakasz lefúvatásának folyamatát ismertetik. A vázolt modelleket részletesen elemezni fogom, a leürítés során kialakuló áramlástani viszonyokat értelmezem. A tervezetek ismertetése után a kapott eredményeket összehasonlítom, értékelem. A szimulációkat ugyanarról a vezetékszakaszról fogom elkészíteni, hogy az eredmények reprezentatívak és egymáshoz viszonyíthatóak legyenek. Mivel az adatokat titkosan kezelem, ezért a vizsgált vezetékszakaszt fiktív végponti nevek alapján adom meg, melyek legyenek Település1 és Település2 [1] [8] [9] [11]. 23

Rosta Balázs

Szakdolgozat

3. A lefúvató fáklya hőhatás övezetének számítása A termodinamikai számításoknak általában két célja lehet. Az egyik egy adott lefúvatási gázáram meghatározott hőintenzitásra vonatkozó hőhatás övezetének számítása, a másik annak meghatározása, hogy egy adott sugarú biztonsági övezet kialakítása mellett mekkora fáklyázási gázáram alkalmazható. Abban az esetben, ha egy előre meghatározott sugáron (ez gyakran lehet a biztonsági övezet sugara) belül akarjuk tartani a veszélyes hőhatást, meg kell vizsgálnunk, hogy az adott sugarú hőhatás övezet mekkora kiáramlási térfogatáram mellett keletkezik. Ezek az értékek mindig egy adott hőintenzitásra vonatkoznak. Legtöbbször az emberi tartózkodás szempontjából veszélyes, illetve a fáklya környezetében található növényzet begyulladása szempontjából kritikus hőintenzitást szokás alapul venni. Érdemes megvizsgálni, hogy ha a fáklyázás kezdetén rögtön teljesen kinyitnánk a szelepet, a lefúvató rendszer geometriája szerint mekkora térfogatáram alakulna ki az adott kezdeti primer nyomás mellett. Ennél nagyobb térfogatáram adott indítónyomás mellett nem érhető el. A kapott térfogatáramnak megvizsgálható a hőhatás övezete, és ha a nagysága az általunk megadott sugáron belül található, az időtakarékosság miatt érdemes már ilyen módszerrel véghezvinni a műveletet. Ez nagyon elterjedt módja a vezetékek leürítésének. Ha a hőhatás övezet nagyobb az általunk megadott sugárnál (vagy a biztonsági övezet sugaránál), a szelep segítségével nagyobb fojtás alkalmazásával a térfogatáram addig csökkenthető, míg a kívánt távolságon belül nem esik annak hőhatása. Az általam vizsgált esetekben a fáklyázás indítónyomása 13,3 bar volt. (A rendszer geometriai adatai a 3.3-as ábrán láthatók). A FLARE segítségével kiszámítható, hogy a szelep kezdeti nyitásával a rendszergeometria milyen mértékű fáklyázási gázáramot tud biztosítani. Ez az általam vizsgált lefúvató rendszer esetében 27600 m3/h. (A számítás úgy végezhető el, hogy kezdeti gázáramnak egy irreálisan nagy értéket adunk meg, melyet a szoftver a futtatás után automatikusan a geometriából adódó legnagyobb gázáramra csökkent.) A szoftver számítása alapján az emberre veszélyes (1350 W/m 2 hőintenzitás) hőhatás övezet sugara ebben az esetben már közel 40 méter, illetve vizsgálható az is, hogy valamilyen egyéb szempontból fontos hőintenzitás (pl. az esetleges növényzet gyulladása szempontjából veszélyes) mekkora sugarú körben fordul elő. 24

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Meghatározhatjuk azt is, hogy az emberi tartózkodás szempontjából veszélyes hősugárzás különböző távolságok mellett milyen kiáramlási gázáramok mellett léphet fel. Például 30 méter sugarú körben 17500 m3/h-ás gázkiáramlás mellett lép fel a kritikus hőterhelés, 25 méteres sugár esetében pedig 13300 m3/h-ás a gázáram. Az így kapott értékek figyelembe vételével előtervezhető, hogy a személyzetnek a tervezett lefúvatási gázáram mellett legalább milyen távolságban kell elhelyezkedniük, vagy például megadható, hogy milyen sugárban célszerű a fáklya környékét beszántani az esetleges tűzesetek elkerülésének érdekében. A lefúvató fáklya hőhatás övezetének meghatározására vonatkozó nemzetközi előírásokat a GPSA Engineering Data Book, illetve az API Guide RP 521 foglalja össze. A GPSA EDB ajánlást tesz a kiáramló gázsebesség nagyságának korlátozására, ezek alapján a lefúvatás során a kiáramlási keresztmetszetre vonatkozó Mach-szám nagysága még a rövid ideig tartó biztonsági fáklyázás során se legyen nagyobb 0,5-ös értéknél, tartós fáklyázás során pedig 0,2-es érték fenntartása ajánlott. A hőhatás övezet számításakor figyelembe vett paramétereket az alábbi ábra szemlélteti:

3-1. ábra: Hőhatás számítás során figyelembe vett tényezők (Forrás: GPSA Engineering Data Book)

A fáklyázás végrehajtását célszerű szélcsendes időben végrehajtani, mivel ebben az esetben a lángoszlop függőleges helyzetű. Szeles időben a lángcsóva „lehajlik”, a gömb

25

Rosta Balázs

Szakdolgozat

középpontja eltolódik, melynek következtében a széliránnyal ellentétes oldalon a veszélyes hőhatás övezete megnő, a szélirányú oldalon értelemszerűen csökken. Mivel a hőhatás övezetet előre meg kell tervezni, célszerű a biztonság érdekében valamilyen mértékű széllel számolni, ezek következtében a láng dőlésszögét 20°-os értékkel veszem számításba. A hősugárzás földfelszínen mérhető sugarát egy adott intenzitási értékre vonatkozóan a következő összefüggésekkel lehet meghatározni:

ahol:         

a fáklyacső tengelyének és a lángoszlop középpontjának vízszintes távolsága, [m] a fáklyacső tengelyének és a lángoszlop középpontjának függőleges távolsága, [m] a lángoszlop hossza [m] a Lángoszlop függőlegeshez viszonyított dőlésszöge [°] a láng középpontjának távolsága valamely I hőterjedésű ponttól [m] fáklyázási gázáram [m3/s] az elfáklyázott gáz fűtőértéke [J/m3] hősugárzási intenzitás, melynek értékére az adott hőhatás övezetünket meghatározzuk [W/m2] emissziós tényező, a kisugárzott hőhányadot jellemző paraméter [-] Az égetés során felszabaduló energia sugárzó hányadát kifejező korábban említett GPSA EDB előírása alapján adható meg (3-1. táblázat):

26

paraméter a már

Rosta Balázs

Szakdolgozat 3-1. táblázat: Emissziós tényezők értéke egyes anyagokra (Forrás GPSA Engineering Data Book)

Anyag neve Szén-monoxid Hidrogén Kén-hidrogén Ammónia Metán Propán Bután Etilén Propilén

ε értéke 0,075 0,075 0,07 0,07 0,1 0,11 0,12 0,12 0,13

A korábban felírt összefüggésekből már csak a lángoszlop hossza ismeretlen, melyet tapasztalati úton nyert képletek alapján a következő módokon lehet kiszámítani: A GPSA EDB összefüggése a lángcsóva hosszára:

ahol: 

a fáklyacső belső átmérője [m],

és:

ahol: 

a gáz sűrűsége a kiáramlási keresztmetszetben [kg/m 3]



a gáz sebessége a fáklyából kilépve [m/s]

Az API Guide RP 521 összefüggése szintén a lángoszlop hosszának számítására:

ahol: 

az égés során felszabaduló hőteljesítmény [W]

A lángcsóva hosszúságának megállapításához az API Guide RP 521 által javasolt összefüggést használom, melyhez szükség van az elfáklyázott gáz összetételére, mivel

27

Rosta Balázs

Szakdolgozat

enélkül nem tudjuk meghatározni az égés során felszabaduló hőteljesítményt. A lefúvatott gáz összetételét és jellemzőit az 3-2. ábra szemlélteti:

3-2. ábra: A fáklyázott gáz összetétele és jellemzői (Forrás: FLARE szoftver)

A felállított modellek mindegyikében ugyanazt az indító gázáramot használom, melynek értéke 11000 m3/h. A fenti táblázatból leolvasható a gázkeverék fűtőértéke, mely 34,14 MJ/m3-nek felel meg. A két értékből számítható az égési hőteljesítmény a következő módon:

Ez alapján a lángcsóva hossza:

A lángcsóva hossza, illetve a szél esetleges lángfektetési hatása miatt biztonsági okokból 20°-os lángoszlopdőlést feltételezve:

28

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A hősugárzás gömbsugarának számításakor a hazai gyakorlat szerint alkalmazott, az emberre veszélyes 1350 W/m2-es hőintenzitást, illetve a metánra jellemző 0,1-es emissziós tényezőt veszem figyelembe:

A talajszinten mérhető biztonságos távolság meghatározására- a vizsgált hőhatás melletszükségünk van a fáklyacső magasságára. A lefúvató rendszer geometriai adatait az 3-3. ábrán láthatjuk. Ebből leolvasható a fáklyacső magassága, mely jelen esetben 11 m.

3-3. ábra: Lefúvató rendszer geometriai adatai (Forrás: FLARE szoftver)

Ezek alapján a fáklya adott hőintenzitásra vonatkozó hőhatás övezete a talajszinten:

A kapott 21,16 m természetesen csak a talajszinten érvényes, a 3-1. ábra alapján könnyen belátható, hogy a talajszinttől egyre magasabbra haladva ez a sugár növekszik, egészen Hs+Yc magasságáig, ahol a veszélyes hőhatás övezetének sugara megegyezik R29

Rosta Balázs

Szakdolgozat

rel. Ezt figyelembe kell venni minden olyan esetben, ha a fáklya környékén valamilyen magasabb objektum (fa, épület) található a kritikus távolság közelében. A számítás elvégzésére lehetőségünk van a FLARE szoftveren belül is, az esetleges eltérések abból adódhatnak, hogy a szoftver a lángcsóva hosszát a két fentebb ismertetett szakirodalom által javasolt módszerek eredményének számtani átlagaként számolja. A modellalkotás során a szoftver által kiszámolt hőhatás övezet távolsága a fáklyától 21,68 m-re

adódott.

A

két

érték

közti

különbséget-

az

eltérés

figyelembevételével- elhanyagolhatónak tekintem [6] [7] [8] [9] [10].

30

jelentőségének

Rosta Balázs

Szakdolgozat

4. A „lefogyasztásra” és fáklyázásra kerülő gázmennyiségének számítása Fontos tudni, hogy a szállítórendszert üzemeltető társaság gázátadó állomásonként évente egyszer, összesen 48 órára állíthat le. A gázátadó állomáson tervezett összes karbantartási, üzemviteli munkálatot ez idő alatt kell elvégezni. Mivel a vezeték leürítése után általában további munkálatokat is végeznek a lefáklyázott csőszakaszon, ezért célszerű a lehetőségekhez mérten időtakarékos megoldást alkalmazni. A szállítóvezetékek üzemnyomása akár 63 bar is lehet. Egyrészt, ha erről a nyomásról kezdenénk meg a fáklyázást, rengeteg gázt égetnénk el, mely nem kerülne értékesítésre, ezáltal a lefúvatási költség rendkívül magas lenne. Másrészt a magas nyomás miatt a vezetékben lévő nagymennyiségű gáz fáklyázási ideje rendkívül hosszú lenne, ami ellentétes a célokkal. A fent említett problémák egyik megoldása lehet, hogy már a gázátadó állomás leállítása előtt a leürítendő vezetéket kiszakaszolják, melynek következtében nem kap gázutánpótlást a szállítórendszerből. A gázátadón az elvétel emellett nem áll le, melynek következtében

a

vezetékszakaszunkban

csökken

a

gáz

mennyisége,

ezáltal

a

vezetéknyomás is. A korábbi fogyasztási adatokból következtetni lehet arra, hogy a leürítésre kerülő vezetékszakaszt mennyi idővel a fáklyázás megkezdése előtt szükséges kizárni annak érdekében, hogy a nyomás a lefúvatás kezdetére az általunk kalkulált értékre csökkenjen. A kizárás utáni, vezetékkészletből történő ellátást lefogyasztásnak is szokás nevezni (a felhasználók gyakorlatilag lefogyasztják a vezetékben lévő gázt). Problémát okozhat, ha a gázvételező az adott gázátadó állomáson a szokványosnál (~ 6 bar) nagyobb nyomáson igényli a szolgáltatott gázt (akár 20 bar is lehet). Ilyen esetben a leállítás előtti szakaszolás nehezebben valósítható meg, mivel a gázátadó működése alatt a megkívánt (és szerződésben is rögzített) nyomáson kell a gázt átadni. Ez esetben jellemzően magasabb nyomásról kerül lefáklyázásra a vezeték. A lefogyasztásra került gáz mennyiségét az általános gáztörvény segítségével könnyen meghatározhatjuk. Ennek a módszere a következő: 

Első lépésként leolvassuk, hogy mekkora volt a nyomás a vezetékszakasz kizárásának és a gázátadó kizárásának pillanatában. A két mennyiség különbségeként

keletkezik

egy

nyomásérték,

melyre

meghatározzuk

vezetékünkben lévő gáz normálállapotra vonatkoztatott térfogatát. 31

a

Rosta Balázs 

Szakdolgozat

A fenti módszert alapul véve könnyen meghatározhatjuk azt is, mennyi gáz kerül a fáklyára. A gázátadó leállításakor számított vezetéktérfogat (mely egyenlő a fáklyázás

kezdeti

nyomásán

vett

vezetéktérfogattal),

és

a

fáklyázandó

vezetékszakasz víztérfogatának különbsége megadja, hogy hány normál m3 gáz kerül lefáklyázásra. (A fáklyázás csak addig tart, míg a vezeték nyomása és a légköri nyomás ki nem egyenlítődik, ezért a fáklyázás befejezésekor a vezetékben még légköri nyomású, és a csőtérfogattal megegyező mennyiségű gáz marad, melyet majd légkompresszor segítségével kell eltávolítani a biztonságos munkavégzés érdekében.) A számítás elvégzésének érdekében szükség van a vizsgált vezetékszakasz geometriai adataira, melyeket az alábbi kép mutat be:

4-1. ábra: A Lefúvatandó vezetékszakasz geometriai adatai (Forrás: FLARE szoftver)

A megadott paraméterekből számítható a vezetékszakasz csőtérfogata:

ahol: 

a vizsgált vezetékszakasz csőtérfogata [m3]



a vezeték belső átmérője [m]



a vezetékszakasz hossza [m] 32

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Ezek alapján:

Az általam vizsgált modellnél a szakasz kizárásakor fennálló vezetéknyomás 39,6 bar volt. A fáklyázás kezdetén fennálló nyomás 13,3 bar, a kettő közti különbség 26,3 bar (a nyomásértékek

túlnyomások).

normáltérfogatát.

gáz

A

Erre

a

nyomásértékre

hőmérsékletét

határozzuk

egyezményesen

a

meg

a

gáz

talajhőmérséklettel

megegyezőnek tekintjük, melyet 277,13 K értékben határozok meg. A csőtérfogat kiszámítása, illetve a nyomás és hőmérséklet paramétereinek definiálása után kiszámolhatjuk a lefogyasztott gáz normáltérfogatát.

ahol: 

a vezetékben lévő gáz normáltérfogata adott hőmérsékleten és nyomáson [m ]



a nyomás, amelyen meg akarjuk határozni a gáz térfogatát [bar]



gáztechnikai normálhőmérséklet, Tn=288,13 K



normálállapotú gáz eltérési tényezője, zn=1



gáztechnikai normálnyomás Pn=1,013 bar



a gáz hőmérséklete [K]



a gázeltérési tényezője, tapasztalati képlet alapján: z = 1-0,002*Pv

3

=[-], és

=[bar] (A FLARE az eltérési tényező számításához a Peng-

Robinson állapotegyenletet használja, de jó közelítést ad az előbb említett empirikus összefüggés

is,

ezért

a

továbbiakban

ez

meghatározásakor) A fentiek alapján a lefogyasztott gázmennyiség:

33

kerül

alkalmazásra

a

tényező

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A lefogyasztás során tehát közel 10000 m 3 gáz kerül értékesítésre, mely jelentős megtakarítást jelent a fáklyázással szemben. (Ez a gázmennyiség 4 átlagos magyar háztartás éves fogyasztásával egyezik meg.) Hasonlóan a lefogyasztáshoz, az elfáklyázott gázmennyiséget is meghatározhatjuk (Itt a nyomást 13.3 bar-os értékkel veszem figyelembe):

Ehhez a mennyiséghez hozzá kell adni a lefúvatás után a vezetékben maradó 331,06 m3es mennyiséget, melyet a fáklyázás segítségével nem lehet eltávolítani. Ilyenkor légkompresszorok segítségével kerül teljes leürítésre a csőtér. Ezáltal megkapjuk a lefúvatáskor „elhasznált”, és emiatt értékesítésre nem kerülő gáz mennyiségét, mely 4973,7 m3. Az üzemeltető érdeke, hogy az értékesítésre nem kerülő lefúvatott gáz mennyisége a lehetőségekhez képest minimális legyen. A fenti számításból látható, hogy jelentős mennyiségű gáz, és ezen keresztül pénz takarítható meg a lefogyasztásos módszer alkalmazásával [8] [9] [10].

34

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5. A vizsgált változatok A veszélyes hőhatás övezet, és a gázmennyiségek meghatározása után, 3, általam készített variációt ismertetek a fáklyázás végrehajtására: 

Az első változatot egy olyan fáklyázási művelet alapján állítottam össze, melyen méréseket is végeztem. Az így nyert adatokat feldolgozva összehasonlíthatók a modell segítségével számított, illetve a valóságban ténylegesen végbemenő folyamatok és állapotváltozások. Ebben az esetben azt vizsgáltam, hogy mi történik akkor, ha egy nagy fojtással induló fáklyázás során a folyamat közben beavatkozunk, és a fojtást megszüntetjük.



A második variánsban azt vizsgáltam, hogy ha a kezdeti fojtás nem változik meg a lefúvatás alatt, akkor miként módosulna a lefúvatás időszükséglete, illetve a vizsgált paraméterek alakulása milyen mértékben változik.



A harmadik változatban egy olyan esetet elemeztem, amelyben azonos indítási paraméterekkel, de a nyitott szelepállapothoz tartozó Cv érték beállítása mellett végezzük el lefúvatást.

Az első variációban említett méréseket annubar szondával végeztem, mely a torlócsövek elvén működő, benyúló áramlásmérő eszköz. A szonda méri a gáz hőmérsékletét, bemeneti oldalán a gáz statikus nyomását, valamint a szondán keletkező nyomásesést. A rögzített adatokat digitális jelként egy hosszabbító kábel segítségével továbbítja a számlálóműnek, mely az átáramló gázmennyiséget közvetett módon, a szondán keletkező nyomáskülönbségből határozza meg.

5-1. ábra: Annubar szondafej menetes csatlakozóval (Forrás: Saját készítésű kép)

35

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A mérőrendszert egy menetes csonkon kell csatlakoztatni a lefúvató rendszer szekunder oldalára, a szabályozó szelep után. A számítómű a kalkulált gázáramot egy digitális kijelzőn jeleníti meg, valamint PCMCIA csatlakozóval számítógéphez is kapcsolható, ahol a megfelelő szoftveres háttérrel további adatok és paraméterek lekérdezhetők, illetve módosíthatók.

5-2. ábra: Beépített annubar szonda a lefúvató vezetéken (Forrás: Saját készítésű kép)

5.1. Első változat A szimuláció a leírt módon, a fent említett fáklyázás előtervezéseként került megalkotásra. A fáklyázás során annubar szonda segítségével mértem az aktuális gázáramot, valamint rögzítettem a primer és szekunder oldali nyomást. A FLARE szoftver rendelkezik olyan opcióval, hogy miután a mért adatokat bevittük a programba, az előtervezés összehasonlíthatóvá válik a fáklyázás során ténylegesen kialakuló állapotváltozásokkal. A futtatás alapparaméterei a következők: 

Indítónyomás: 13,3 bar



Kezdeti gázáram: 11000 m3/h 36

Rosta Balázs 

Szakdolgozat

A fáklyázást nagy fojtással, Cv=40-es értékkel kezdődik, majd miután a vezetéknyomás 3,3 bar-ra esik, a szabályozószelep teljes nyitása következtében megszűnik a folytás, és a művelet így fejeződik be.

Külön kell tárgyalni a szabályozó nyitása előtti és utáni szakaszt, mivel a szabályozószelep kinyitása után a fojtás megszűnik, így a FLARE-ben is új Cv értéket kell figyelembe venni. Ez a módosítás lehetetlenné teszi a művelet egyetlen lefúvatásban történő megoldását. Ennek tükrében a folyamat modellezését két szimulációs szakaszra bontottam, melyek közül az első a szelepnyitás pillanatáig írja le az eseményeket, a második pedig a nyitás után.

5.1.1. Első szakasz A fojtás mértékét leíró Cv értékének meghatározását a következőképpen végeztem: a szoftver a szelep átmérője alapján generál egy Cv értéket, mely esetünkben 250. Figyelembe vettem, hogy a lefúvatás során a szabályozószelep mintegy 20%-os nyitottsági állapotban van, ezzel fojtást képezve. A számítás során tehát a szoftver által generált 250es értéket is körülbelül a 20%-ára csökkentettem. Az ezzel a módszerrel kapott Cv=40-es értékkel számított szelep karakterisztika görbe jó egyezést adott a fáklyázás során mért adatokkal.

5.1.1-1 ábra: A Primer és szekunder oldali nyomás változása az idő függvényében (Forrás: FLARE szoftver)

37

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Az első időbeli szakasz szimulációját lefuttatva elmondható: a szoftver számítása alapján 33 perc szükséges, hogy a primer oldali vezetéknyomás 3,3 bar-ra essen. A primer és a szekunder oldali nyomás változását a 5.1.1-1. ábrán látható grafikon szemlélteti. A diagramon látható, hogy a szekunder oldali nyomás a fáklyázás megkezdésékor 3,5 bar körüli értékre emelkedik, majd viszonylag egyenletes ütemben a primer oldali nyomással szinkronban csökken. A szabályozószelep nyitásának pillanatában a szekunder oldalon 0,6 bar körüli nyomás volt mérhető. A gázáram változása a folyamat során a 5.1.1-2 ábrán látható:

5.1.1-2. ábra: A lefúvatási gázáram az idő függvényében (Forrás: FLARE szoftver)

Megfigyelhető, hogy a térfogatáram nagysága folytonosan, de egyre kisebb intenzitással csökken. A térfogatáram a szelepnyitás előtt a kezdeti érték mintegy harmada, kb. 3000 m3/h. A görbe meredekségének folyamatos esése arra enged következtetni, hogy ilyen mértékű fojtással végigengedve a fáklyázást, a lefúvatási idő meglehetősen hosszú lenne. Érdemes megvizsgálni a rendszerben kialakuló, áramlási sebességet jellemző Machszámok változását. A 5.1.1-3. ábrán láthatjuk, hogy a szabályzó szelep előtt és után is egy viszonylag kiegyensúlyozott, alacsony Mach-számú áramlás alakul ki. A bemeneti ponton 0,06-os értéket tart, míg az áramlás sebessége a szabályozószelepből kilépve kissé megemelkedik, 0,2 körüli Mach-szám értéket tartva.

38

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5.1.1-3. ábra: Mach-számok változása az idő függvényében a szabályozószelep be- és kimeneti pontján (Forrás: FLARE szoftver)

Változatosabb képet láthatunk, ha részletesen megnézzük a lefúvató rendszer utolsó szakaszában,

a

lefúvató

vezeték

végpontjában,

és

a

fáklyacső

kiáramlási

keresztmetszetében a sebességviszonyokat. A gáz áramlása szempontjából ezeket a pontokat tekinthetjük kritikus pontoknak, mivel ezekben a pontokban a legkisebb a nyomás, éppen ezért itt a legnagyobb a gáz sebessége.

5.1.1-4. ábra: Mach-számok változása az idő függvényében a lefúvató vezeték és a fáklyakémény kilépési keresztmetszetében (Forrás: FLARE szoftver)

39

Rosta Balázs

Az

5.1.1-4-es

Szakdolgozat ábrán

látható,

hogy

a

rövid

lefúvató

vezetéken

jelentős

sebességnövekedés figyelhető meg, mely a fáklyacsőben tovább fokozódik. A szabályozó szelep kilépési pontjától a fáklyakémény kilépési pontjáig a gáz sebessége folyamatosan emelkedik, mely a kiáramlási keresztmetszetben a fáklya indításakor a 0,85-ös Machszámot is meghaladja. Ezen a ponton tehát hangsebesség közeli áramlásról beszélhetünk. A gázáram fokozatos csökkenésével a gáz sebessége is visszaesik; a fojtás következtében a nagy kiáramlási sebesség nem tud állandósulni. A vizsgált pontok közti sebességkülönbség folyamatosan csökken, és a szabályozószelep nyitásának pillanatában közel azonos. Ebben az időpillanatban tehát elmondható, hogy a gáz a fáklyacsőben már nem képes növelni sebességét. Ha megvizsgáljuk a térfogatáram, illetve a primer és szekunder oldal közötti nyomáskülönbség kapcsolatát, jól látható, hogy a csökkenő nyomáskülönbséggel arányosan visszaesik a gáz térfogatárama is. A két érték viszonyát szokás szelep karakterisztikának is nevezni.

5.1.1-5. ábra: Szabályozó szelep számított és mért karakterisztikája (Forrás: FLARE szoftver)

A 5.1.1-5-ös diagramon látható piros körök a mérés során rögzített adatok. Az ábra alapján elmondható, hogy a mért értékek viszonylag jól illeszkednek a szoftver által előjelzett nyomás és hozamváltozásokhoz, következésképpen a modellben felvett Cv érték megfelelő.

40

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5.1.2. Második szakasz A szabályozó szelep nyitásáig történt folyamatok vizsgálata után nézzük, hogyan változnak az egyes paraméterek a fojtás megszűntetése után. Ennek a szakasznak a kezdetén csekély, 3,3-bar-os túlnyomás uralkodik a vezetékben. A fojtás megszüntetésével az első szakaszban alkalmazott Cv értéke már nem megfelelő, ennél nagyobb értéket kell figyelembe venni. A mérési eredményekkel legjobb egyezés a Cv=175-ös értékkel mutatkozik. (Az előtervezés során több Cv értékkel is elvégeztem a szakasz szimulációját, hogy előre lehessen kalkulálni a fáklyázás során várhatóan bekövetkező változásokat). A

választott

Cv

értéknél

kisebb

és

nagyobb

értékek

alapján

alakuló

szelepkarakterisztika görbék a következő ábrákon láthatók:

5.1.2-1. ábra: Cv=250 (bal), Cv=100 (jobb) és Cv=175 (alsó) fojtási értékekkel számított- és mért szelep karakterisztika összehasonlítása (Forrás: FLARE szoftver)

41

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A grafikonokból jól kivehető, ha a Cv=175-ös értéknél nagyobb beállítással végezzük a számítást, a szelepkarakterisztika görbe meredekebb lesz a mért adatok által kirajzolódó eredménysornál, míg ha a 175-ös értéknél kisebb értékkel végezzük el a kalkulációt, a szoftver által számított görbe laposabb lesz a mért értékeknél.

5.1.2-2. ábra: Primer és szekunder oldali nyomás változása az idő függvényében (Forrás: FLARE szoftver)

A szoftver számítása alapján a fennmaradó 3,3 bar 18 perc alatt éri el a 0,0 bar túlnyomást. A primer és szekunder nyomás változását mutató 5.1.2-2. ábrán kivehető, hogy a fojtás megszüntetése után a szekunder oldali nyomás jelentősen megemelkedik, ezáltal a nyomáskülönbség jelentősen kisebb lesz a fojtott szimulációban tapasztaltaknál. Megfigyelhető, hogy a nyomásgörbék meredeksége nagyobb, mint a fojtással történő lefúvatás alatt, tehát jelentősen intenzívebb a nyomásesés. Az 5.1.2-3. ábrán látható a gázáram változásának görbéje, melyről elmondható, hogy a nyomásgörbék meredekségének változását követve, a gázáram is nagyobb meredekséggel közelít a vízszintes tengelyhez. A folyamat második felében már itt is megfigyelhető egy laposodó tendencia a görbén, ám mértéke kevésbé számottevő. Érdekességképpen észrevehető, hogy az ábrán a függvény nem éri el a 0 értéket. Ennek egy lehetséges oka lehet, hogy a fojtás megszüntetése miatt a fáklyázás nagy intenzitással történik, és igen rövid idő alatt befejeződik. A szoftver az adatokat percenként jeleníti meg, ezáltal valószínűsíthető, hogy az áramlási sebesség az adott percben már 20 m/s alá csökkent, melynek következtében a program befejezi a műveletet. 42

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5.1.2-3. ábra: A fáklyázási gázáram változása az idő függvényében (Forrás: FLARE szoftver)

A szelep két oldalán fellépő áramlási sebességviszonyokat mutatja be az 5.1.2-4. ábra. A diagramról leolvasható, hogy fojtás megszüntetése után, kezdetben a szelepből kilépő gáz Mach-száma jelentősen nem változik a fojtás alatt megfigyelhető értékekhez képest, ellenben a bemeneti ponton érezhetően megnő az áramlási sebesség, mely majdnem megközelíti a kilépő oldali Mach-számot.

5.1.2-4. ábra: A Mach-szám értékének változása az idő függvényében a szabályozó szelep be- és kilépési pontján (Forrás: FLARE szoftver)

43

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A gázáram csökkenésével egy időben a szelep két oldalán mérhető sebességek is mérséklődnek, de a gázáraméval ellentétes módon, hiszen itt egyre növekvő meredekségről beszélhetünk. A folyamat második harmadától a vizsgált két Mach-szám már közel azonos. A kritikus pontokon megfigyelhető Mach-számok alakulását az 5.1.2-5. ábra mutatja:

5.1.2-5. ábra: Mach-számok változása az idő függvényében a lefúvató vezeték és a fáklyakémény kilépési keresztmetszetében (Forrás: FLARE szoftver)

A grafikonból kiolvasható, hogy a fáklyakémény kilépési pontján a maximális Machszám csupán 0,7 körüli. Ez annyit jelent, hogy a fojtás megszüntetése után a fáklyacsövön a gáz már nem éri el a hangsebesség közeli Mach-számot. A lefúvató vezeték végén a kezdeti áramlási sebesség hasonló a fojtás alatti értékhez. A két modellrész közti legszembetűnőbb különbség itt is a görbék közti meredekségnél figyelhető meg. A fojtás nélküli szakaszban a Mach-számok értéke jóval nagyobb ütemben kezd el csökkenni, majd a folyamat felénél felvesznek egy közel azonos értéket, majd ezt követően együtt tartanak a 0 felé. Az 5.1.2-6. ábrán a mért és számított szelepkarakterisztika görbéjén már nem látható olyan tökéletes egyezés, mint a fojtással vizsgált paramétersornál. Ez az esetleges mérési pontatlansággal, valamint a műszer rendkívüli érzékenységével magyarázható. Ellenben ha a FLARE segítségével a mért pontjainkra egy lineáris trendvonalat illesztünk, már egészen jó fedést mutat a szoftver által számított értékekkel.

44

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5.1.2-6. ábra: Számított és mért szelep karakterisztika a fojtás megszüntetése után (Forrás: FLARE szoftver)

A mért értékek alapján tehát elmondható, hogy a teljesen nyitott állapotú szelepnél a Cv=175 érték adja a legjobb egyezést. Ez az adott helyszínen beépített, adott szelepre jellemző érték, ami e szelep fojtóhatásának mérőszáma teljesen nyitott állapotban. Ezen érték meghatározása gyakorlati szempontból nagyon fontos, mivel a fáklyázások legnagyobb hányada teljesen nyitott szelep beállítása mellett történik, tehát az így kapott eredményre a későbbiekben is szükség lesz. A pontos Cv érték kimérésének felhasználásával a további, ezen a fáklyarendszeren elvégzett fáklyázások előtervezése, szimulációja pontosabbá, megbízhatóbbá válik. 5.1.3 A két szakasz egyesítése A fáklyázás során mért adatokat összegeztem, és együtt is megvizsgáltam. A folyamat teljes időszükséglete a szoftveres tervezés alapján 51 perc, a tényleges fáklyázáskor 53 perc után aludt ki a fáklya. Tehát ez egy jó közelítésnek mondható. Vessük

össze

a

fáklyázási

gázáram

alakulását

a

primer

nyomáskülönbséggel. Az 5.1.3-1. ábrán a két tényező viszonya látható:

45

és

szekunder

Rosta Balázs

Szakdolgozat

12000

Gázáram (m3/h)

10000 8000 6000 4000 2000 10,246 8,672 8,054 7,18 6,385 5,715 5,186 4,663 4,211 3,761 3,386 2,923 0,61 0,425 0,334 0,211 0,126 0,034

0

Primer és szekunder nyomáskülönbség (bar) Gázáram

5.1.3-1. ábra: A gázáram változása a primer és szekunder nyomáskülönbség függvényében (Forrás: Saját szerkesztésű ábra)

A diagramon jól kivehető a fojtás megszűntetésének pillanata, ahol a nyomáskülönbség hirtelen lecsökken, illetve hirtelen megnövekvő gázáramlás lesz megfigyelhető. Érdekesség, hogy a fenti eredményeket figyelembe véve, a csökkenő nyomáskülönbség mellett növekvő térfogatáram lép fel. Ez természetesen a megváltoztatott fojtóhatásnak tudható be. Vizsgáljuk meg hasonló módon a szekunder oldali nyomás, valamint a gázáram, és az idő viszonyát (5.1.3-2. ábra). A grafikonon jól látható, hogy a lefúvatási idő változásával a vizsgált paraméterek hasonló görbét vesznek fel, és a fojtás megszűntetése is hasonlóan

12000

3,5

10000

3 2,5

8000

2

6000

1,5

4000

1

2000

0,5

0

0 1

6

11 16 21 26 31 36 41 46 51

Szekunder oldali nyomás (bar)

Gázáram (m3/h)

növeli az értékeiket.

Idő (min) Mért gázáram

Mért szekunder nyomás

5.1.3-2. ábra: A gázáram, valamint a szekunder oldali nyomás változása az idő függvényében (Forrás: Saját szerkesztésű ábra)

46

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A gázáram változását a szekunder oldali nyomás változásának függvényeként az 5.1.33-as ábra mutatja be. Ha függvényt vizsgáljuk, akkor megfigyelhetjük, hogy a gázáram változása jó közelítéssel arányos a szekunder oldali nyomás változásával. Az esetleges mérési hibákból adódó ingadozások kiküszöbölésének érdekében egy lineáris trendvonal illesztése után elmondható, hogy a gázáram nagyságát nem a primer és szekunder oldal közti nyomáskülönbözet, hanem a szekunder oldali és a légköri nyomás különbsége határozza meg.

Gázáram (m3/h)

12000 10000 8000 6000 4000 2000 3,121 2,64 2,23 2,032 1,851 1,651 1,421 1,308 1,198 1,07 0,943 0,852 0,781 0,7 0,602 0,521 0,332 0,093

0

Szekunder nyomás (bar) Gázáram

Lineáris (Gázáram)

5.1.3-3. ábra: A gázáram változása a szekunder oldali nyomás függvényében (Forrás: Saját szerkesztésű ábra)

Mivel a légköri nyomást állandónak vehetjük, így csupán a szekunder oldali nyomás ismeretében is meg tudjuk határozni az aktuális térfogatáramot, melynek gyakorlati haszna igen jelentős. Ha az adott fáklyázási művelet során nem végeznek gázáram mérést valamilyen szonda alkalmazásával, a szekunder oldalon található manométer leolvasásával egy előre elkészített táblázat alapján, nyomon követhető az aktuális gázáram, melynek ismeretében szabályozó szelep kezelése egyszerűbbé válik. 5.2. Második változat A második változatban azt a lehetőséget vizsgálom, hogy mi történik, ha a fáklyázás alatt a fojtást nem szűntetjük meg, és az egész műveletet az előző modell első részében tárgyalt nagy fojtással engedjük végig. Az alapparaméterek hasonlók az előző variáció kezdeti értékeihez: 47

Rosta Balázs

Szakdolgozat



Indítónyomás: 13,3 bar



Kezdeti gázáram: 11000 m3/h



A fáklyázást az előző modell kezdetén alkalmazott nagy fojtással, Cv=40 értékkel végezzük. Ebben az esetben nem szüntetjük meg a fojtást, így fut végig az egész művelet.

A szimuláció elvégzése után elmondható, hogy ebben az esetben a lefúvatandó vezeték 1 óra 19 perc alatt ürülne le, és csökkenne a primer nyomás nullára. A művelet során tapasztalható állapotváltozásokról általánosságban elmondható, hogy a folyamat első része gyakorlatilag megegyezik az előző modell első szakaszával. A két eset közti lényegi különbség a fojtás megszüntetésének hiányában a második szakaszban figyelhető meg. A folyamat során fellépő primer és szekunder oldali nyomásváltozások alakulását mutatja be az 5.2-1. ábra. A grafikonon látható, hogy az előző modellben vázolt szelepnyitás pillanatáig a nyomásgörbéken változás nem tapasztalható, ugyanazok a trendek dominálnak, mint az előző modell első szakaszában. A fojtás megszüntetésének hiányában a görbék a várt módon folyamatosan laposodva, egyre csökkenő meredekséggel érik el a vízszintes tengelyt. Látható, hogy a szekunder nyomás nem emelkedik, ami a fojtás megszüntetésének tudható be.

5.2-1. ábra: Primer és szekunder nyomások változása a fáklyázás alatt (Forrás: FLARE szoftver)

Érdekesség, hogy az előző modell esetében a primer nyomás 33 perc alatt esett 13,3 bar-ról 3,3 bar-ra, és a fojtás megszüntetése után mindössze 18 percre volt szüksége a 48

Rosta Balázs

Szakdolgozat

fennmaradó 3,3 bar-ról 0,0 bar-ra való eséshez. Ebben az esetben az első szakasz természetesen változatlanul 33 perc hosszúságú, mivel a két rész között nincs különbség. A második szakaszban azonban a változatlan fojtással a nyomásnak további 45 percre van szüksége ahhoz, hogy 3,3 bar-os értékről nullára essen. Ez a fojtás nélküli idő két és félszerese. A folyamat során a gáz térfogatáramának változását az 5.2-2-es ábra szemlélteti. A grafikon tanúsága szerint a gázáram változása is szinkronban van az előző modell első szakaszával.

Ebben

az

esetben

viszont

a

görbe

második

szakaszában

nincs

hozamemelkedés, a gázáram a nyomásokhoz hasonlóan egyre csökkenő meredekséggel tart a nullához. A leírtakat jól szemlélteti, hogy a gázáram 10000 m 3/h-ról 8000 m3/h-ra csökkenéséhez csupán 7 percre, míg arra, hogy 2000 m3/h-ról 200 m3/h-ra csökkenjen, 33 percre volt szükség.

5.2-2. ábra: A fáklyázott gáz térfogatáramának változása az idő függvényében (Forrás: FLARE szoftver)

A lefúvatás során történő Mach-szám változások is az előbb említett két paraméter változásai szerint módosulnak. Az 5.2-3. ábra tanúsága szerint a szabályozó szelep előtti sebességre jellemző Mach-szám a művelet során számottevően nem változik, kizárólag a fáklyázás utolsó negyedében észlelhető minimális csökkenés.

49

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5.2-3. ábra: A szabályozó szelep be- és kilépési pontján megfigyelhető Mach-számok az idő függvényében (Forrás: FLARE szoftver)

A szelep kilépő oldali áramlási sebességéről megállapítható, hogy a rá jellemző Machszám a folyamat feléig viszonylag csekély mértékben változik majd viszonylag állandó meredekséggel csökken. A két érték a művelet végére kiegyenlítődik. A lefúvató vezeték kritikus pontjaiban észlelhető Mach számok változását ábrázolja az 5.2-4. ábra

5.2-4. ábra: A szabályozó szelep be- és kilépési pontján megfigyelhető Mach-számok az idő függvényében (Forrás: FLARE szoftver)

50

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A fenti diagram tanúsága szerint a kritikus pontokban jóval nagyobb áramlási sebességek alakulnak ki, mint a szelep be- és kilépési pontjain. A folyamat kezdetén a fáklyacső keresztmetszetében ez esetben is hangsebességet megközelítő áramlás jön létre. A folyamat során a sebességet jellemző Mach szám folytonosan, egyre intenzívebben csökken. A lefúvató vezeték végén, a folyamat kezdetén 0,5 körüli Mach-szám volt jellemző, mely szintén visszaesik a fáklyázás során, ám a folyamat első részében növekvő, majd ezt követően kissé csökkenő meredekséggel. A lefúvató szelep karakterisztikája az 5.2-5. ábrán látható. A grafikon a vizsgált modellt szabályozó szelep két oldalán fellépő nyomáskülönbség, és a gázáram kapcsolatát mutatja be. A piros körrel jelzett értékek a fáklyázás során mért adatok. Látható, hogy a számított karakterisztika görbéje lineárisan, folytonosan csökken egészen a zéruspontig, tehát ebben az esetben a gázáram változása arányos a primer és szekunder nyomáskülönbséggel is.

5.2-5. ábra: A számított szelep karakterisztika, valamint a megvalósult fáklyázás során mért adatok összehasonlítása (Forrás: FLARE szoftver)

A mért értékekkel összehasonlítva észrevehető, hogy a fojtás megszűnésének pillanatáig a görbe szinkronban van a mért értékekkel, ám a fojtás nélkül mért értékek meredeksége számottevően nagyobb; kisebb nyomáskülönbségek esetén is nagyobb gázáramok mérhetők. A fojtással folytatódó modellben azonban a függvény meredeksége nem változik, szakadás nélkül tart a zéruspontba.

51

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5.3. Harmadik változat Ebben a variációban az előzőektől kissé eltérően azt vizsgálom meg, hogy a fáklyázás hogyan menne végbe, ha az előzőekben vizsgált nagy fojtástól eltérően egy jelentősen kisebb korlátozást vennék figyelembe. Az alapparaméterek ezúttal is hasonlók, mindössze a Cv fojtásra egy nagyobb értéket állítok be. Az első modellben ismertetett, a teljesen nyitott szelepállapotra jellemző Cv=175-ös érték beállítása mellett vizsgálom a paraméterek változását. Az alapadatok a következők: 

Indítónyomás: 13,3 bar



Kezdeti gázáram: 11000 m3/h



A fojtás beállításánál a Cv=175-es értéket alkalmazom.

A szimuláció elvégzése után elmondható, hogy a fent említett alapbeállítások mellett a fáklyázás 37 percet venne igénybe. Ez jelentősen rövidebb az előző két variációban mérhető időszükségletekhez képest. A variációról általánosan elmondható, hogy a futtatás után az alapadatokkal elvégzett művelet során olyan áramlási sebességviszonyok alakultak volna ki, melyben a kiáramlási keresztmetszetben észlelhető Mach-szám értéke meghaladta volna a kritikus Mach-szám értéket. A szoftver ezt korlátozó feltételként alkalmazza, ezért ennek tükrében fékezi a gáz térfogatáramát is mindaddig, míg a kiáramlási sebesség nem esik a kritikus érték alá.

5.3-1. ábra: A Szabályozó szelep két oldalán alakuló nyomások változása a fáklyázás alatt (Forrás: FLARE szoftver)

52

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Ezek alapján a primer és szekunder oldali nyomás grafikonján (5.3-1. ábra) látható, hogy a szekunder nyomás görbéje a folyamat kezdetén stagnál, majd csak a művelet harmadánál kezd el visszaesni egyre csökkenő meredekséggel. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a szekunder nyomást a folyamat kezdetén ezen a stagnáló értéken kell tartani annak érdekében, hogy az indítóparaméterként beállított 11000m 3/h-ás gázhozamot ne lépjük túl, ezáltal a hőhatás övezet se növekedjen. Ezt lényegében a szelep fokozatos nyitásával lehet biztosítani. Abban a pontban, ahol a nyomás értéke megkezdi a csökkenést, a szelep eléri teljesen nyitott állapotát. Innentől már a lefúvató rendszer geometriája szabályozza az áramlási viszonyokat. A primer nyomás emellett a folyamat első felében nagy meredekséggel, megközelítőleg lineárisan csökken, majd a görbe fokozatosan ellaposodva éri el a vízszintes tengelyt. Látható, hogy a folyamat utolsó harmadára a két nyomásérték hozzávetőleg kiegyenlítődik, és egyenlő értéket tartva éri el a zérus tengelyt. A fáklyázás térfogatáramának változása az 5.3-2 ábra szerint alakul:

5.3-2. ábra: A lefúvatási gázáram változása a fáklyázás alatt (Forrás: FLARE szoftver)

A diagramon látható, hogy a szekunder nyomáskorlátozásának következtében a gázáram értéke is stagnál. A fáklyázás 12. percében figyelhetjük meg, hogy a rendszerben már nem áll fenn a kritikus áramlási sebesség veszélye. Ezen időpillanat után a gázáram nagysága is aránylag nagy meredekséggel csökken. 53

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A szabályozó szelep két oldalán fellépő áramlási sebességet jellemző Mach-számok változása az 5.3-3. grafikonon látható:

5.3-3. ábra: A Mach számok változása a szabályozó szelep be- és kimeneti pontján (Forrás: FLARE szoftver)

Az ábrán látható, hogy a szelep kimeneti pontján kialakuló áramlási sebesség a fáklyázás első felében állandó, majd itt is megfigyelhető egy nagymértékű és egyre növekvő meredekségű sebességcsökkenés. A belépő oldalon azonban az eddigi modellektől eltérően változik a Mach-szám. A folyamat első felében egyre növekszik, majd a fáklyázás kétharmadát elérve, fokozatosan a kimeneti nyomásgörbéhez simulva visszaesés veszi kezdetét. A kritikus pontokban uralkodó Mach-számok változását az 5.3-4. ábra mutatja be. Ez alapján konstatálható, hogy a fáklyakémény kiáramlási keresztmetszetében a művelet kezdetén kialakulhatott volna a kritikus áramlási sebesség, ezért ez korlátozva lett. Ez az érték szabványban rögzített, mely esetén a szoftver korlátozta a kiáramlási sebességet. Megfigyelhető, hogy a Mach-szám értéke csak kis idő múltán, 2 perccel a gázáram, illetve a szekunder nyomás csökkenésének időpillanata után kezdett el csökkenni. A lefúvató vezeték végén ennél alacsonyabb, de ennek ellenére viszonylag nagynak mondható sebesség állandósul a művelet első felében. A fáklyakéményben tehát huzamos ideig jelentős sebességnövekedés lesz megfigyelhető. A művelet kétharmadától már a két Mach-szám értéke kiegyenlítődve, csökkenő tendenciát mutat egészen a folyamat végéig.

54

Rosta Balázs

Szakdolgozat

5.3-4. ábra: Mach-számok változása a kritikus pontokban (Forrás: FLARE szoftver)

A szelepkarakterisztikája a művelet során mért adatokkal összehasonlítva az 5.3-5. ábrán látható.

5.3-5. ábra: A számított szelep karakterisztika, illetve a művelet során mért értékek összehasonlítása (Forrás: FLARE szoftver)

Az ábra tanúsága szerint a modellben kialakuló szelep karakterisztika inkább a kis nyomáskülönbségeknél mutat egyezést a mért értékekkel. A kis fojtás miatt itt is viszonylag nagy hozamok figyelhetőek meg kis nyomáskülönbségek mellett. Ebben a tartományban a függvényre nagy meredekség jellemző.

55

Rosta Balázs

Szakdolgozat

A nagyobb nyomásdifferencia mellett megfigyelhető konstans hozam a gázáram korlátozása miatt lép fel, melynél látható, hogy a fokozatosan csökkenő primer nyomás ellenére a gázáram állandó lesz mindaddig, míg a szekunder nyomás el nem kezd esni [10] [12].

56

Rosta Balázs

Szakdolgozat

6. Összegzés Dolgozatomban bemutattam, hogy a hazai gázszállító rendszer közel 80 éves története alatt a kezdeti céltávvezetékes szállításból folyamatosan kifejlődve, hogyan vált napjainkra európai viszonylatban is kiemelkedő minőségű és szolgáltatási színvonalú rendszerré, illetve nemzetközi kapcsolatainak hála, Közép-Európa egyik kulcsfontosságú gázszállítási csomópontjává. Ezt követően összefoglaltam és ismertettem egy vezetékrendszer lefúvatása során figyelembe veendő hazai előírásokat, szabályozási keretket. Ezek alapján elmondható, hogy a művelet tervezése és kivitelezése során elsődleges szempont a személyi- és környezetbiztonság, melynek védelme érdekében a fáklya égésekor fellépő veszélyes hőhatás miatt egy biztonsági övezet kialakítása szükséges, melynek méretét előre meg kell határozni, és itt egy tűzvédelmi sávot kell kialakítani. A fáklyázási művelet előtervezésekor kiemelt szempont a költséghatékonyság, ezért elsődleges feladat hőhatás övezet méretének megtervezése, figyelembe véve a fáklyaelőkészítési költségek nagyságát, illetve a művelet időbeli korlátozottságát. A megfelelő kompromisszum megtalálása után megvizsgáljuk, hogy gazdálkodhatunk a rendelkezésre álló hellyel annak érdekében, hogy a lefúvatási időt minimalizáljuk. Erre több változat lefuttatásával megfelelő választ kaptunk. Ezeket szem előtt tartva meghatároztam a fáklya körüli emberi tartózkodás szempontjából veszélyes hőhatás övezetet, melynél többek közt figyelembe vettem a gázhozam nagyságát (11000 m3/h), a gázösszetételből következő fűtőértéket (34,14 MJ/m3), a fáklyakémény magasságát (11 m), illetve az esetleges szél miatti lángdőlés (20°) hatását. Ezek alapján a fáklya körüli veszélyes hőhatás övezet nagysága 21,16 m-re adódott. A gazdaságossági vizsgálatok során a gázmennyiségek meghatározásánál az általános gáztörvényt használva kiszámoltam, hogy a vezeték fáklyázás előtti kiszakaszolásával, a vezeték lefogyasztásával” közel 10000 m3 gáz került értékesítésre, mely 4 átlagos magyar háztartás évi gázszükséglete. Ugyanezen elv alapján meghatározható a fáklyázás során elégetett, illetve ezt követően kiszellőztetett gáz mennyisége is, mely 4974 m3-re adódott. Az általam vizsgált művelet lefutása eltér az általánostól, hiszen itt egy nagy fojtású, kis kiáramlási hozamú fáklyázás került bemutatásra, melynél a fáklyarendszer nagyobb indító beállításokat is elbírt volna. A vezeték közel 10 km hosszú, DN 200-as átmérőjű,

57

Rosta Balázs

Szakdolgozat

csőtérfogata 331 m3. Erről DN100-as átmérővel 2,9 m hosszú leágazó, és 79 m hosszú lefúvató vezeték viszi a gázt a fáklyakéményre. A művelet végrehajtása során méréseket végeztem portábilis szonda segítségével, hogy a szoftver számítási adatai a művelet során ténylegesen mérhető értékekkel össze tudjam hasonlítani. A vizsgált változatok mindegyikében azonos indítási nyomást (13,3 bar) és hozamot (11000 m3/h) állítottam be, a különbségek a fojtás beállításaiban figyelhetők meg. Az 1. változat a művelet tényleges végrehajtását reprezentálja. Itt feljebb említett indítóparaméterek mellett a fáklyázás nagy fojtással, Cv=40-es érték beállítása mellett kezdődött, majd mikor a vezetéknyomás 3,3 barra csökkent, a fojtást megszüntettük, és nyitott szelep mellett fejeződött be a lefúvatás. A fáklyázás teljes időtartama 51 perc volt. A fojtás mértékének változtatása miatt a Cv értéke is változott, a nyitott szelep mellett mért értékek a Cv=175-ös értékhez tartozó szelep karakterisztika görbével mutatták a legjobb egyezést. Ezek miatt egyetlen futtatásban nem volt modellezhető a művelet, ezért azt két részre bontottam. Az első szakasz, melyben 10 bart esett a vezeték nyomása 33 perc alatt ért véget, és 3391 m3 gáz került lefúvatásra. A második szakasz 18 percig tartott, ahol 1052 m3 gáz elfáklyázására került sor. Az elemzés során bemutatott görbéken látható, hogy a nagy fojtású szakaszban a paraméterek kis meredekséggel, lassan változnak, melyek elnyúló műveletet eredményeznének. A második, fojtás nélküli részben már sokkal meredekebb, gyorsabb lefutású változások figyelhetők meg. A 2. modell az elsővel azonos indítóparaméterek mellett azt elemeztem, hogyan változna a művelet, ha aközben nem nyitnánk ki a szelepet. A szimuláció alapján elmondható, hogy nagy fojtás tartása mellett a művelet túlságosan elhúzódna, mivel a kis szekunder oldali nyomás miatt csak alacsony volumenű gázáramlás alakulhat ki. A művelet időszükséglete ebben az esetben 1 óra 19 perc lenne. Megfigyelhető, hogy a nagy fojtás tartása mellett ahhoz, hogy a vezetéknyomás 3,3 barról 0-ra csökkenjen, 46 percre van szükség, az első változatban bemutatott 18 perc helyett. Ebből kifolyólag e változat alkalmazása nem célszerű. A 3. modellben azt az esetet vizsgáltam, hogyan befolyásolná a fáklyázás végbemenetelét, ha a fent megadott indítóparaméterek mellett a Cv értékét a nyitott szelepállapothoz tartozó 175-ös értéknek állítanám be. A nyitott szelepnek megfelelő Cv érték beállítása miatt a kezdetben megadott 11000 m3/h-ás hozamnál nagyobb gázáram is kialakulhatott volna, ezért ezt a szoftver korlátozó feltételként kezelte, és mindaddig 58

Rosta Balázs

Szakdolgozat

konstans értéken tartotta, míg a rendszer geometriája miatt e peremfeltétel alá nem kerülne az értéke. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a fojtószelep fokozatos nyitásával lehet fenntartani e korlátozott nagyságú hozamot, melyet a szekunder oldali nyomás szinten tartásával tudunk kontrolálni. A vázolt műveletterv leginkább akkor célravezető, ha a rendelkezésre álló korlátolt hőhatás övezet mellett a lefúvatásra szánt idő is minimális. Az adott hőhatásövezetben ezzel a módszerrel valósítható meg a leggyorsabb leürítés, mely 37 percig tartana. Az elvégzett mérésnek köszönhetően meghatároztam a nyitott szelepállapothoz tartozó Cv értéket, mely a korábban említett 175-ös értékre adódott. Ennek gyakorlati haszna jelentős, mivel a fáklyázási műveletek legnagyobb hányada nyitott szelepállapot mellett történik. Az ehhez tartozó Cv érték pontos meghatározásával a későbbiekben ezen a fáklyán elvégzendő műveletek előtervezése könnyebbé, pontosabbá válhat. A hangsebességet megközelítő gázkiáramlás a légtérbe mindegyik modellnél megfigyelhető, igaz, huzamosabb ideig csak a 3. modell esetében áll fenn. Erre esetleges megoldást jelenthetne a fáklyakéményre egy bővítő cső felszerelése, melynél a megnövekedett keresztmetszetnek köszönhetően a bővítmény megnövelt átmérőjének kezdetén a gáz sebessége jelentősen visszaesik, ezen az értéken érve el a levegőbe kiáramlási pontot.

59

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Summary In the first part of my thesis I have submitted the 80-year-history and development of the Hungarian gas transmission system. I pointed at the importance of the international connections with the neighbouring countries because of the high import dependence of Hungary from natural gas. I also described some future plans and prospects of further investments into international connectors, and emphasized the importance of source diversification in the aim of supply security. In the second part I collected and deliniated the basic laws and legal regulations of flaring and blowdowning. I reviewed the tasks and commitments of the planning and accompishing staff. I also showed the regulations which are related to the heat-effected territory around the flare. After these, I started to demonstate the exact planning steps of a flaring operation. As the most important thing during the purpose is cost-efficiency, the principal task is to determine the size of the heat-effected zone taking account of the costs of the preparation of the fire servicing zone and the limitation of time. To find the best choice from both point of view, we have to run a couple of simulation variations. With this end in view, I determined the radius of the dangerous heat-effected zone for the heat intensity of 1350 W/m2 (dangerous heat intensity for human staying). Among others I calculated with 11000 m3/h gas flow, where the gas has a heating value of 34,14 MJ/m3, and the flare chimney is 11 m high, and I calculated with a 20° flame inclination because of the possibility of wind. On these bases I got 21,16 m of radius for the dangerous heat-effected zone. During the economical calculations, I explained that if we close out the pipeline segment before the start of flaring in a calculated amount of time, and the consumption of gas continues by the users, almost 10000 m3 of gas can be saved, and not getting wasted by flaring. I also find out that during flaring approxiomately 5000 m3 of gas is burned on the flare, which is the amount of 2 ordinaly household’s gas consumption in a year. For the calculations I gave the pressure and temperature of the gas in the time of closing out the segment and in the time of the start of flaring. I also needed the volume of the pipeline segment. Based on these data I used the universal gas law, and calculated the gas volumes of consumption and flared.

60

Rosta Balázs

Szakdolgozat

After the thermodinamical and economical examinations, I started to describe the 3 variations I wanted to demonstrate. In all cases I used the same starting pressure (13,3 bar), and starting gas flow (11000 m3/h), the differences were in the settings of the choking valve. In this way the results were easily comperable. The first variation was created for the simulation of the real flaring. In this case the flaring were started with a great choking (Cv=40), and as the secondary pressure had fallen into 3.3 bars the valve had been opened comletely and the operation finished with open valve. During the operation I used an annubar probe to measure the exact gas flow, and I recorded the decrease of the primary and secondary pressure. With these data I was able to compare the measured results with the simulation. From the measurement I also was able to give the exact Cv number of the choking valve in opening state, for which I got 175. This result can be used for further operational planing on this flare. As the Cv number of the choking has changed during the operation, the simulation couldn’t be done in one whole test, I had to divide it into to part, before and after the opening of the valve. During the analyses in the firt part the parameters showed slow changings and the rise of curves were relatively small. This would have lead into subtended procedure. This part took 33 minutes. After opening the valve the secondary parameters started to change faster and the procedure finished in 18 minutes. All together the first variation needed 51 minutes to finish. In the second variation I examined, what would have happened, if we have left the valve with the great choking for the entire operation. In this case the whole precedure would need 1 hour 19 minutes to finish. The first part of it is similar with the firt variation, but in the second part, as the choking didn’t change, the rise of curves remained as small as in the firt part. This would lead into a very long time flaring which is unfavourable. In the third variation I analysed, how would have the procedure changed, if I set the Cv value of the open valve, 175. In this case the softver has limited the rate of gas flow in the beginning of the operation, because with this setting it would exceed the basicly given 11000 m3/h. These settings would result a 37 minutes of procedure finish, which is the fastest way on this starting pirmary pressure and maximum flow rate.

61

Rosta Balázs

Szakdolgozat

In all cases, the speed of the gas is near to the sound speed at the exiting cross section of the flare, which is adverse. This problem could be solved by increasing the cross section by a diffuser segment, avoiding the high Mach-number flow in the exiting cross section.

62

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Irodalomjegyzék [1] 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet a szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről és a Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata közzétételéről [2] 70

éves

a

földgáz-szállítás,

FGSZ

Zrt.

jubileumi

kiadvány,

2010

http://fgsz.hu/content/kiadvanyok, 2014 [3] Bencze J.(2009): A vecsési üzem története 1964-2009. Tanulmány, [4] Eurostat statikus táblák, http://www.ksh.hu/docs/hun/eurostat_tablak/index.html, 2014 [5] FGSZ Zrt. Éves jelentés 2012. http://fgsz.hu/content/kiadvanyok, 2014 [6] GPSA Engineering Databook, Gas Processors Suppliers Assosiation, 12th edition, SI version, 2004 [7] Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems API recommended practice 521 4th Edition, API, 1997 [8] Tihanyi László - Zsuga János: Földgázszállító rendszerek tervezése és létesítése, Miskolci Egyetem, pp. 295, ISBN 978-963-661-999-2, 2012 [9] Tihanyi László - Zsuga János: Földgázszállító rendszerek üzemeltetése, Miskolci Egyetem, pp. 200, ISBN 978-963-358-010-3, 2012 [10] Tihanyi L. és Bódi T.: A FLARE 6.0 szimulációs modell leírása, 2012 [11] VIG-ÜZ-10, Földgázszállító vezetékek és tartozékainak lefúvatása Operatív Szabályzat, FGSZ Zrt. [12] Zsíros I.: Portábilis gázmennyiségmérő rendszer, Kezelési utasítás, FGSZ. Zrt.

63

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Köszönetnyilvánítás A dolgozat megírásához rengeteg segítséget, tanácsot, információt és adatot kaptam, melyekért köszönettel tartozom Prof. Dr. Tihanyi László Egyetemi Tanár Úrnak, valamint Bozó János Üzemviteli Irányító Mérnök Úrnak, akik konzulensként gondozták munkámat, valamint hasznos tanácsokkal láttak el. Ezen felül köszönettel tartozom a Vecsési és Gellénházi Földgázszállító Üzem üzemviteli csoportjának, valamint Gábris Tibornak, akik munkájuk elvégzése mellett segítették a szükséges adatok feldolgozását, a mérés elvégzését, valamint rengeteg egyéb információval bővítették ismereteimet.

64

Rosta Balázs

Szakdolgozat

Mellékletek ~ 1. sz. melléklet: Az első változat első szakaszának teljes eredménylistája a FLARE szoftver szimulációja alapján ~ 2. sz. melléklet: Az első változat első szakaszának teljes eredménylistája a FLARE szoftver szimulációja alapján ~ 3. sz. melléklet: A második változat teljes eredménylistája a FLARE szoftver szimulációja alapján ~ 4. sz. melléklet: A harmadik változat teljes eredménylistája a FLARE szoftver szimulációja alapján

65