Mieszalnia gazów jako niezbędny element aparatury badawczej w nowoczesnym laboratorium paliw gazowych

• Autorzy: Basiura Maciej , Rataj Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.05.06

Warianty tytułu

EN

Gas mixing plant as an indispensable element of equipment in a modern laboratory of gaseous fuels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Autorzy przedstawiają rozwój technologii otrzymywania mieszanin gazowych w Laboratorium Badań Urządzeń Gazowych i Grzewczych Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego w Krakowie. We wstępie do artykułu zwrócono uwagę na konieczność stosowania mieszanek gazowych o różnym składzie procentowym podczas badań urządzeń gazowych, na potrzeby certyfikacji i dopuszczenia do udostępnienia urządzeń do obrotu na rynku UE. Zaprezentowano najprostsze metody otrzymywania mieszanek gazowych. Przedstawiono metody stosowane w Laboratorium we wcześniejszych latach, dzięki którym otrzymywano mieszanki badawcze bez użycia urządzeń automatycznej regulacji strumienia gazu. Do tworzenia mieszanek wykorzystywano prawa fizyczne opisujące stany równowagi mieszaniny gazowej. Następnie przedstawiono zasadę działania mieszalni gazów oraz elementy umożliwiające jej automatyzację. Opisano opracowane w INiG – PIB konstrukcje mieszalni gazów do badań, umożliwiające automatyczne otrzymywanie mieszanin gazowych. Zaprezentowano również mieszalnik, będący przedmiotem zgłoszenia patentowego. W drugiej części artykułu przedstawiono szeroki zakres prac badawczych i rozwojowych wykonanych przez pracowników Instytutu na przestrzeni lat. Pokrótce opisano prace badawcze, skupiające się m.in. na wymienności paliw gazowych. Polegały one na badaniu parametrów użytkowych urządzeń gazowych podczas zasilania gazami z domieszkami różnych gazów w ilościach niespotykanych obecnie w gazie ziemnym, np. etanu, wodoru, tlenku węgla(IV). Innymi opisanymi w artykule tematami podjętymi przez pracowników INiG – PIB jest wykorzystanie wodoru jako domieszki do gazu ziemnego i przedstawienie jego wpływu na wszystkie elementy sieci przesyłowej i dystrybucyjnej. Wszystkie opisane prace badawcze podejmowane przez pracowników INiG – PIB mogą stać się ważną częścią składową analiz związanych z dywersyfikacją dostaw gazu na terenie Polski. W podsumowaniu przedstawiono perspektywy rozwoju mieszalni gazów, w tym ich komercyjne wykorzystanie przez operatorów sieci przesyłowej i/lub dystrybutorów gazu. Artykuł zwraca uwagę na fakt, że w dobie transformacji energetycznej świata i położenia nacisku na wykorzystanie ekologicznych paliw mieszalnie mogą stać się niezbędnym elementem systemu dostarczania gazu dla odbiorców końcowych.

EN

The authors present the development of technology for obtaining gas mixtures in the Laboratory for Gas and Heating Equipment Testing of the Oil and Gas Institute – National Research Institute in Krakow. In the introduction to the article, attention was drawn to the need to use gas mixtures with a different percentage composition during tests of gas equipment, for the purposes of certification and the authorization to make the equipment available on the EU market. The simplest methods of obtaining gas mixtures are presented. The methods used in the previous years in the Laboratory, by which test mixtures were obtained without use of automatic gas flow control devices, are presented. Physical laws describing the equilibrium states of a gas mixture were used to create the mixtures. Then, the principle of operation of the gas mixing plant and the elements enabling its automation are presented. Structures of gas mixing plants developed at the Oil and Gas Institute – National Research Institute, enabling automatic production of gas mixtures are described. A patent pending is also described. The second part of the article presents a wide range of research and development work carried out by the Institute's employees over the years. Research works focusing, inter alia, on the exchangeability of gaseous fuels are described. They consisted in examining the operational parameters of gas appliances when fed with gases with admixtures of various gases not currently found in natural gas, e.g. ethane, hydrogen, inter alia. Other topics discussed in the article, taken up by INiG – PIB employees, was the use of hydrogen as an admixture of natural gas and its impact on all elements of the gas transmission and distribution network. All the described research work undertaken by INiG – PIB employees may become an important component of analyses related to the diversification of gas supplies in Poland. The summary presents the prospects for the development of gas mixing plants, including their commercial use by gas transmission network operators and/or gas distributors. The article draws attention to the fact that in the era of the energy transformation of the world and the emphasis on the use of ecological fuels, mixing plants may become an indispensable element of the gas supply system to end users.

Słowa kluczowe

PL

mieszalnia gazów; gaz; badanie; mieszanki gazowe

EN

gas mixing plant; test; gases; gas mixtures

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 5
• Strony: 386--392
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys.

Twórcy

autor

Basiura Maciej

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Rataj Mateusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bora B.J., Debnath B.K., Gupta N., Saha U.K, Sahoo N., 2013. Investigation on the flow behaviour of a Venturi type gas mixer designed for dual fuel diesel engines. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 3(3): 202–209.
• Danardono D., Kim K., Lee S., Lee J., 2011. Optimization the design of Venturi gas mixer for syngas engine using three-dimensional CFD modeling. Journal of Mechanical Science and Technology, 25(9): 2285–2296. DOI: 10.1007/s12206-011-0612-8.
• Hinkle L.D., Mariano C.F., 1991. Toward understanding the fundamental mechanisms and properties of the thermal mass flow controller. Journal of Vacuum Science & Technology A, 9: 2043. DOI: 10.1116/1.577452.
• Jasińska M., Bałdyga J., 2010. Modelowanie mieszania z reakcją w mieszalniku statycznym typu Kenics. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 49(3): 41–42.
• Jaworski J., Kukulska-Zając E., Kułaga P., 2019. Wybrane zagadnienia dotyczące wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na elementy systemu gazowniczego. Nafta-Gaz, 75(10): 625–632. DOI: 10.18668/NG.2019.10.04.
• Milton M.J.T., Harris P.M., Smith I.M., Brown A.S., Goody B.A., 2006. Implementation of a generalized least-squares method for determining calibration curves from data with general uncertainty structures. Metrologia, 43: 291–298. DOI: 10.1088/0026-1394/43/ 4/S17.
• Pudlik W., 2011. Termodynamika. Podręcznik przeznaczony dla studiujących na kierunkach: Mechanika i Energetyka. Politechnika Gdańska, Gdańsk.
• Ramasamy D., Mahendran S., Kadirgama K., Noor M.M., 2010. Design of compressed natural gas mixer using computational fluid dynamics. National Conference in Mechanical Engineering Research and Postgraduate Students (1st NCMER 2010), FKM Conference Hall, UMP, Kuantan, Pahang, Malaysia: 614–620.
• Siuda T., 2011. Możliwości wykorzystania programu FLUENT w pracach realizowanych w Instytucie Nafty i Gazu. Nafta-Gaz,67(1): 53–63.
• Siuda T. (kier. zespołu), 2013. Modernizacja mieszalni gazów pod kątem pomiaru zużycia gazów płynnych. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Siuda T., 2014. Pomiar zużycia gazu płynnego termicznym przepływomierzem masowym i bębnowym gazomierzem mokrym. Nafta-Gaz, 70(7): 444–456.
• Siuda T., Wojtowicz R., 2016. Badania możliwości współspalania biogazu rolniczego i LNG lub LPG w urządzeniach użytku domowego oraz w urządzeniach do zastosowań przemysłowych. Nafta-Gaz, 72(9): 747–754. DOI: 10.18668/NG.2016.09.10.
• Tison S.A., 1995. A critical evaluation of thermal mass flow meters. 42nd National Symposium of the American Vacuum Society, Minneapolis.
• Valentine W., Pewsey S., 2016. A New Class of MFCs with Embedded Flow Diagnostics. Brooks Instrument, Hatfield.
• Wakeham W.A., 2019. Amagat’s Law. A-to-Z Guide to Thermodynamics, Heat & Mass Transfer, and Fluids Engineering. Thermopedia. DOI: 10.1615/AtoZ.a.amagat_s_law.
• Wojtowicz R., 2010. Wpływ składu gazu ziemnego na jakość jego spalania – krytyczna analiza metod oceny wymienności paliw gazowych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu, 173: 53–68.
• Wojtowicz R., 2013. Ocena gazu granicznego G21 pod kątem jego przydatności do określenia jakości spalania gazów ziemnych wysokometanowych pochodzących z regazyfikacji LNG w urządzeniach użytku domowego. Nafta-Gaz, 69(8): 599–612.
• Wojtowicz R., 2016. Analiza przyczyn rozbieżności określania wymienności paliw gazowych za pomocą metod teoretycznych oraz na drodze eksperymentalnej. Nafta-Gaz, 72(6): 422–430. DOI:10.18668/NG.2016.06.05.
• Wojtowicz R., 2019. Analiza wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na pracę urządzeń gazowych. Nafta-Gaz, 75(8): 465–473. DOI: 10.18668/NG.2019.08.03.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• PN-EN 437 Gazy do badań – Ciśnienia próbne – Kategorie urządzeń.
• PN-EN-ISO 6145-1 Analiza gazu – Sporządzanie gazowych mieszanin wzorcowych z zastosowaniem dynamicznych metod objętościowych – Część 1: Metody wzorcowania.
• PN-EN-ISO 6145-4 Analiza gazu – Sporządzanie gazowych mieszanin wzorcowych z zastosowaniem dynamicznych metod objętościowych – Część 4: Metoda ciągłego wstrzykiwania z użyciem strzykawki.
• PN-EN-ISO 6145-5 Analiza gazu – Sporządzanie gazowych mieszanin wzorcowych z zastosowaniem dynamicznych metod objętościowych – Część 5: Kapilarne urządzenia do wzorcowania.
• PN-EN-ISO 6145-6 Analiza gazu – Sporządzanie gazowych mieszanin wzorcowych z zastosowaniem dynamicznych metod objętościowych – Część 6: Kryzy o przepływie krytycznym.
• PN-EN-ISO 6145-7 Analiza gazu – Sporządzanie gazowych mieszanin wzorcowych z zastosowaniem dynamicznych metod objętościowych – Część 7: Termiczne regulatory strumienia masy.
• PN-EN-ISO 6145-8 Analiza gazu – Sporządzanie gazowych mieszanin wzorcowych z zastosowaniem dynamicznych metod objętościowych – Część 8: Metoda dyfuzji.
• PN-EN-ISO 6145-9 Analiza gazu – Sporządzanie gazowych mieszanin wzorcowych z zastosowaniem dynamicznych metod objętościowych – Część 9: Metoda nasyceniowa.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).