Gázellátás Dr. Fülöp László főiskolai tanár
[email protected]
Földgáz • Kitűnő tüzeléstechnikai tulajdonságai és viszonylag homogén összetétele miatt a legnemesebb primer energiahordozó. • A földgáz fűtőértéke 33-38 MJ/m3 (101 kPa, 15°C) annál nagyobb, minél nagyobb molekulasúlyú komponensek találhatók a földgázban.
1
Termelés, összetétel •
A földkéregben található gázelőfordulások összetétele nagyon változatos.
•
Földgáz (energetikai szempontból): a túlnyomóan egyszerű paraffin tartalmú gázok (az éghető gázok fő tömegét metán, etán, propán, normál- és izobután alkotja).
•
Előfordulnak nedves gázok is, amelyekben a normál körülmények között cseppfolyós pentán, hexán, heptán gőz alakban van jelen akár 300 g/m3 koncentrációig.
•
Tágabb értelemben ide sorolják a meg nem gyújtható komponenseket (nitrogén, szén-dioxid) tartalmazó előfordulásokat is, amelyek energetikai hasznosítása gazdaságtalan.
•
A földgázok vizet is tartalmaznak, amely a gázállapotú szénhidrogénekkel szilárd, kristályos hidrátokat képez, zárványvegyület formájában. (Káros hatásúak, mert kristályok alakjában kiválnak a vezetékekben, a szelepeken, dugulást okozva.)
A feldolgozás szempontjából - száraz földgáz: alig tartalmaz olyan komponenseket, amelyek szobahőmérsékleten nyomással cseppfolyósíthatók; összetétele: - metán (CH4) 80-99 %, - etán (C2H6) 1-15 %, - propán (C3H8), bután (C4H10), pentán (C5H12) minimális (<1 %). - nedves földgáz: a kőolajat kísérő nedves gáz legnagyobbrészt az olajban oldva kerül a felszínre, és abból nyomáscsökkentéssel lehet kiléptetni. A nedves gáz a metánon kívül nemcsak etánt, propánt, butánt tartalmaz, amelyek légköri viszonyok között gázneműek, hanem pentánt, hexánt (C6H14), heptánt (C7H16), stb. is, amelyek a légköri viszonyok között cseppfolyósak. A kőolajból elpárolgott gőzök koncentrációja a 300 g/m3-t is elérheti, és - a metán részaránya 30-40 % alá csökkenhet, - közel ennyi lehet az etán részaránya is, - a propán elérheti a 20-25 %-ot, - míg a bután és pentán a néhány %-ot.
2
Gáztermelés, szétválasztás Egyes területeken a kőolaj kísérőgázát visszanyomják a kőolajmezőbe a rétegnyomás növelésére. A fogyasztóktól távoli kőolajmezőkön a gázt gyakran elégetik (fáklyázás), a Közel-keleten 2/3-át, Afrikában 1/3-át. A nedves gázt gazolintelepeken fizikai eljárásokkal - száraz gázra és - nyers gazolinra szétválasztják. A szétválasztásnál a hőmérséklet csökkenése mellett a nyomás egyidejű növelésével a C3H8-nál több C-atomot tartalmazó molekulák folyékony halmazállapotba kerülnek. A nyers gazolint nyomás alatt desztillálják - egyrészt cseppfolyósított propán-bután gázt előállítva, - másrészt a ts=35-100°C komponensekből ⇒ stabilizált gazolin.
A gáz összetevői • A PB gázt [LPG Liquid Petroleum Gas] nyomás alatt palackokban hozzák forgalomba. PB gázt a kőolaj-finomítás melléktermékeiből is nyernek. • MSZ PB gáz = C2H6 - C5H12, hazai fogyasztás 0,4-0,5 Mt/év. • A földgázban levő éghetetlen komponensek (N2, CO2, H2S, He2) néha ipari nyersanyagként is gazdaságosan kinyerhetők, de tüzeléstechnikai szempontból nem kívánatos alkotók. • A magyarországi földgázokban főleg CO2 fordul elő, és a 10 % alatti CO2 tartalmú kinyert gázt tekintik földgáznak.
3
A gáz kinyerése Száraz kutakból a gáz 60-80 %-át a rétegnyomás a felszínre hajtja (néha 100 bar, 7,5 km vagy nagyobb mélységből), vízelárasztással 85-95 % is a felszínre hozható. Újabban alkalmazott módszerek: - a rétegek hidraulikus repesztése, - a szerkezet fellazítása kémiai robbantással; a mélyben levő kis áteresztőképességű szerkezetek fellazítását, áttörését célozza.
Előkészítés a szállításhoz A kitermelt földgázt a szállításra elő kell készíteni, ami a mezők közelében telepített földgázüzemekben történik. - szeparálás (a gázhoz keveredett folyadékok leválasztása szeparátorokban), - a szilárd szennyező anyagok leválasztása elektrosztatikus leválasztókkal, - a különbözőképpen hasznosítható frakciók szétválasztása a gazolinüzemben (a szállíthatóság érdekében is fontos, mert a propán és bután ts[1 bar] = - 40°C, amely a nyomás növelésével emelkedik, s a szállítás nagyobb nyomásán e komponensek kondenzálódnak, veszélyeztetve a kompresszorok üzemét), - el kell távolítani a vízgőzt is, mert a gázhidrátok kiválhatnak, a földgáz szárításával vagy hűtésével. Ugyancsak alacsony hőmérsékleten lehet a hidrogént elválasztani, míg a H2S és a CO2 abszorbensekkel (pl. dietalimin oldattal, vas-oxiddal vagy alkálisókkal) távolítható el. (A kénhidrogén nemcsak mérgező, de a kondenzvízzel együtt korrozív hatású is. Ugyanez vonatkozik a szén-dioxidra is nagy nyomáson, nedvesség jelenlétében.)
4
A földgáz termelése, tárolása Földgáz lelőhely: földgáz-lencsék illetve földgáz-mezők 200-300 m mélységben gyakran olajjal együtt fő alkotórésze: metán (50-90 tf%) Napi illetve évszakos ingadozás: a fogyasztók jellege (ipar, háztartás) időjárás függőség Gáz tárolása: a fogyasztás egyenetlenségeinek illesztése a kitermelés egyenletes terheléséhez építés szerint: természetes mesterséges nyomás szerint: kisnyomású: vizes, száraz nagynyomású Falugáz: helyi tároló, helyi (településen belüli) elosztás
5
6
Föld alatti tároló
Tárolás • A hazai gázellátás jelenleg megfelelően biztonságos, mert a téli csúcsigény 50 %-át saját forrásból (termelés és tárolók) elégíti ki. • A fogyasztás időbeli változásának kiegyenlítése és a csúcsigényeknél kisebb kapacitások kiépítése érdekében tárolják a földgázt. • A hazai földgáztárolók jellemző adatait a táblázat tartalmazza.
H.Szoboszló Üzembe helyezés éve
Kardoskút
Pusztaederics
Maros-I
Zsana
1978
1978
1979
1990
1996
homokkő
homokkő
homokkő
homokkő
mészkő
955
1 055
1 350
2 000
1 850
Nyomás [bar]
60-97
90-135
70-150
120-165
90-150
Aktív gáz [106 m3]
1 590
260
330
150
1 300
19
3,4
2,9
2,4
18
800
140
120
100
750
Kőzet Mélység [m]
Kapacitás [106 m3/nap] Névl.kitárolás
[egnm3/h]
7
Tárolás • Hazánk jelenleg kialakított tárolói nem alkalmasak arra, hogy a vezetékrendszerben fellépő pillanatnyi nyomásingadozásokat kiegyenlítsék, hiszen még a legdinamikusabb tárolónknak (Maros-I) is több óra kell ahhoz, hogy átálljon besajtolásról kitárolásra. • A tárolók, mint geológiai rendszerek, általában nem tolerálják a hirtelen változásokat. • A dinamikus terhelések repedéseket, homokosodást okozhatnak a rendszerben, ami jelentősen csökkenti a tároló élettartamát, így ezeket kerülik az üzemeltetők. • A tárolók kizárólagos felhasználási területe a téli, megnövekedett földgázigény kielégítése.
Alapfogalmak Gáztérfogat: • üzemi (V, m3): üzemi hőmérsékleten és nyomáson városi gáznál vízgőztartalommal együtt • fizikai normáltérfogat (Vn, Nm3): 0°C, 1 atm, száraz • gáztechnikai normáltérfogat (Vgn, gnm3): 15°C, 1 atm, vízgőzzel • Cseppfolyósított földgáz: -161°C hőmérsékleten 1m3 → 600 Nm3 • Relatív gázsűrűség: azonos állapotú gáz és levegő sűrűségének viszonya
8
Alapfogalmak • Égéshő, fűtőérték. Mérése: kaloriméterben az égőteret vízköpeny veszi körül, a víz áramoltatható mérik: víztömeg, ki- és belépő víz hőfoka • Égéshő (felső fűtőérték): az égéslevegő kezdeti és véghőmérséklete azonos a víztartalom folyékony a levegő nitrogéntartalma nem oxidálódik • Fűtőérték: vízgőztartalom gőz halmazállapotú • Levegőszükséglet, légellátási tényező: a tökéletes égéshez szükséges légszükséglet, illetve a gyakorlatban szükséges többlet a keveredés tökéletlensége miatt
Alapfogalmak • Gázfogyasztás: időtartam alatt V, Vn vagy Vgn • Hőfogyasztás: a gázfogyasztás és a fűtőérték szorzata • Gázterhelés (térfogatáram): a készülékben időegység alatt eltüzelt gáz térfogata • Hőterhelés: a készülékben időegység alatt eltüzelt gáz térfogatának és a fűtőértéknek a szorzata • Hőteljesítmény: a hőtermelés és a hatásfok szorzata
9
Gázszállítás, gázelosztás • Gázvezeték terhelése: a szállított gáz térfogatárama a megengedett nyomásesés mellett • Szállítóképesség: a terhelés és az idő szorzata (többnyire év) • Terhelési tényező: a ténylegesen szállított mennyiség és a szállítóképesség hányadosa • Egyidejűségi tényező: a gázvezeték szakaszra kapcsolt fogyasztók várható, valószínű egy időben fellépő gázterhelésének és a fogyasztók összegzett névleges gázterhelésének hányadosa
A gázvezetékek csoportosítása Nyomás szerint: • • • •
kis nyomású: kisebb, mint 50 mbar középnyomású: 50 mbar és 6 bar között nagyközép nyomású: 6 bar és 25 bar között nagynyomású: 25 bar felett (nem lehet műanyag)
10
A gázvezetékek csoportosítása Rendeltetés szerint: • távvezeték: termelési helytől a rendeltetési helyig • elosztóhálózat: zárt gázelosztási közterületen • csatlakozó hálózat: elosztóhálózattól a gázmérőig – közterületen: bekötővezeték – telekhatáron belül: alapvezeték
• fogyasztói: a gázmérőtől a készülék csatlakozásáig • felszállóvezeték: függőleges vezetékszakasz
A gázvezetékek csoportosítása Elhelyezkedés és egyéb szempontok szerint: • • • •
földbe fektetve vagy szabadon elosztóhálózat: sugaras vagy körvezeték épületen belül vagy kívül szabadon vagy horonyba szerelt
11
Gázvezetékek nyomvonala Távvezeték: • könnyen megközelíthető (építés, ellenőrzés, karbantartás) • egyeztetni kell utak, vasutak, erős-és gyenge áramú kábelek, csatornák, víz-és egyéb vezetékek, vízfolyások és egyéb vízügyi létesítmények keresztezésekor az illetékes hatóságokkal • tolózárak beépítése 10 km-ként és a leágazásokba • tolózárak mellett kilevegőző és nyomáskiegyenlítő szakasz • tisztíthatóság biztosítása • nedves gáz: folyásirányú lejtés, csapadékgyűjtő edények
Gázvezetékek nyomvonala Nagynyomású távvezetékek: • lakott területen átvezetni tilos • emberi tartózkodásra szánt épülettől min. 30 m távolság vagy szigorító rendszabályok alkalmazása • hidaktól min. 100 m távolság • nagyobb vízfolyások keresztezése: csőhíd vagy mederben
12
Gázvezetékek nyomvonala Nagyközépnyomású távvezeték: • közúti vagy vasúti hídon is átvezethető ( külön dilatáció) • épülettel párhuzamosan min. 5 m távolság Középnyomású vezeték: • lakóépületben csak nyomásszabályozóig Elosztóhálózat: • közút alatt: árnyékos oldalon, járdától 1-1,5 m-re • távolság más vezetékektől, fektetési mélység szabályozott Kisnyomású vezeték: • épülettel párhuzamosan min. 3,6 m, burokcsőben min. 2 m • épületen belül: részletes szabályozás a vonatkozó előírások szerint
Gázvezetékek átvétele • szolgáltató, beruházó, kivitelező, tervező • szilárdsági és tömörségi nyomáspróba
13
Gázfogadó és nyomásszabályozó állomások • Nyomásszabályozók: a nyomócsőhálózat és a kisnyomású elosztóhálózat szétválasztása minden fokozat közé kell ilyent építeni Nyomásszabályozók osztályozása: • rendeltetés szerint: – gázfogadó: nagyról – nagyközépnyomásra – körzeti: nagyközépnyomásról – középnyomásra – ipari
• nyomás szerint: – földgáz távvezeték: 40-60 bar – ágvezeték rendszer: 6 bar – elosztóhálózat: 25-40 bar
Gázfogadó és nyomásszabályozó állomások • Gázfogadó állomás: védőtávolság a környező épületek tűzállósági fokozatának figyelembe vételével • Mérőállomás: a fogadóállomással egy épületben vagy külön épületben, lemezszekrényben, külön helyiségben • Helyi nyomásszabályozó állomás: mint a gázfogadó állomás • Nyomásfokozó állomás: távvezeték nyomásveszteségének kompenzálására
14
A hazai földgáz-rendszer A földgáz-iparon belül hagyományosan három alapvető funkciót különítenek el: • a termelést az importtal együtt, • a szállítást a tárolással együtt és a • szolgáltatást. Ezt a feladatmegosztást tükrözi a magyar gázszolgáltatási törvény (1994. évi XLI. törvény), amely e funkciók szervezeti és elszámolási elkülönítését írja elő EU harmonizáció: 2003. évi XLII. törvény a földgázellátásról
2003. évi XLII. törvény a földgázellátásról a) az e törvény 9. §-ának (1) bekezdésében meghatározott működési engedéllyel rendelkezőre (a továbbiakban: engedélyes), illetőleg az e törvény 7. §-ában meghatározott tevékenységek végzőjére, a földgázfogyasztóra, valamint az engedélyesek egymás közötti és a fogyasztókkal fennálló jogviszonyára, b) a földgáz, a biogáz és a biomasszából származó gázok, valamint egyéb gázfajták vezetéken történő szállítására, elosztására, tárolására, kereskedelmére, közüzemi nagykereskedelmére, közüzemi szolgáltatására, a rendszerirányításra és ezen gázok felhasználására, c) a szállítóvezetékhez, az elosztóvezetékhez, a földgáztárolókhoz való hozzáférésre, d) a csatlakozóvezeték, fogyasztói berendezés tervezésére, létesítésére, üzemeltetésére, megszüntetésére, e) a szállító-, az elosztóvezeték és a tároló tulajdonosaira, f) a cseppfolyós propán-, butángázok és ezek elegyeinek vezetéken történő szolgáltatására, tartályban vagy palackban történő forgalmazására és hatósági felügyeletére, g) a földgáztermelőre e törvény 3. § 25. pontja, 30. §, 32-33. §, 36-38. § és 50. §-ai vonatkozásában, h) a földgázszállítás (a tranzit kivételével), -elosztás, a közüzemi célú tárolás díjának, továbbá a közüzemi nagykereskedő és a közüzemi szolgáltató közötti kereskedelem, valamint a közüzemi fogyasztó részére értékesített földgáz hatósági árának az árszabályozási és az áralkalmazási feltételek megállapítására.
15
A földgáz-rendszer működési modellje
Magyarország nagy- és nagyközépnyomású gázvezeték hálózata [MOL]
16
17
