Zmiany parametrów energetycznych i składu mieszanin gazowych w trakcie eksploatacji komór magazynowych

• Autorzy: Budak Paweł , Szpunar Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.01.04

Warianty tytułu

EN

Changes in the energetic parameters and composition of gas mixtures during exploitation of the gas stores

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł poświęcony jest zagadnieniu zmian składu i parametrów energetycznych mieszanin gazów węglowodorowych magazynowanych w komorze wykonanej w soli. W trakcie eksploatacji komory występuje okresowe dotłaczanie oraz pobór porcji gazów o odmiennych parametrach energetycznych i odmiennym składzie, różniącym się od składu gazu obecnego aktualnie w komorze. Również objętość poszczególnych porcji gazu dotłaczanego lub pobieranego z komory jest za każdym razem inna, ponieważ wynika ona z bieżącego zapotrzebowania na gaz, który na ogół jest pobierany w miesiącach zimowych, a dotłaczany do komory w lecie. Taka sytuacja powoduje, że skład mieszaniny w komorze solnej ulega ciągłym zmianom, a zatem zmieniają się również parametry energetyczne mieszaniny. W załączonym algorytmie obliczeniowym uwzględniono obecność w mieszaninie składników niepalnych i wodoru, które wpływają zarówno na parametry energetyczne, jak i na temperaturę spalania mieszaniny. W każdym momencie eksploatacji komory obliczana jest aktualna zawartość procentowa poszczególnych składników mieszaniny, temperatura jej spalania, wartość opałowa, ciepło spalania oraz liczba Wobbego, która również ulega zmianom w funkcji składu mieszaniny. Z powodu braku danych przemysłowych obliczenia według opracowanego algorytmu obliczeniowego wykonano, przyjmując dane hipotetyczne dotyczące składu początkowego mieszaniny gazów w komorze oraz składu porcji mieszaniny gazów zatłaczanych sukcesywnie do komory. Wyniki obliczeń zaprezentowano w formie tabelarycznej i graficznej. Sporządzone wykresy pozwalają wizualnie prześledzić zmiany zawartości poszczególnych składników mieszaniny oraz wszystkie pozostałe obliczane parametry, to jest ciepło spalania, wartość opałową i temperaturę spalania. Zmiany wymienionych parametrów pokazano na wykresach w funkcji czasu eksploatacji komory lub w funkcji ilości gazu w komorze.

EN

The authors discussed the problems related to fluctuation of the gas mixture composition during exploitation of gas store caverns which are leached in the salt sediments or in the salt dome. Periodical injection or withdrawal of the new portions of gas mixtures with different composition and different volume causes the changes in gas mixture content and energetic parameters when compared to initial values. The enclosed calculation algorithm allows the Operator to calculate the actual composition of the gas mixture as well as the gas parameters at every moment of cavern exploitation including temperature of flame, heat of combustion, calorific value, content of individual components and the Wobbe number. The changes of above mentioned parameters are caused by fluctuations of composition of the gas portions injected into gas caverns during subsequent injection cycles. The most frequently occurring inflammable components of a gas mixture are included in calculations and their impact on energetic parameters is demonstrated. The problem of gas mixture flammability is discussed but calculations are not included here because of its minor technical importance for the situation being analyzed. Because no real-world data were available to us, the hypothetical data were used to demonstrate the capabilities of the calculation algorithm. The results are presented as figures and in a graphical form. The presented curves allows for visual examination of changes of mixture composition as well as changes of calorific value, heat of combustion, temperature of flame and the Wobbe number. All parameters specified above are presented versus time or versus volume of gas mixture stored in the cavern.

Słowa kluczowe

PL

komora magazynowa; mieszanina gazu ziemnego z wodorem; gaz ziemny; wodór; ciepło spalania; wartość opałowa; liczba Wobbego

EN

gas storage cavern; natural gas/hydrogen mixture; natural gas; hydrogen; heating value; net calorific value; Wobbe number

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 1
• Strony: 31--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Budak Paweł

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Szpunar Tadeusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Atkins P., De Paula J., 2006. Physical Chemistry. 8th ed. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-8700-2.
• Bertolino A., Stagnic A. Cuoci A., Faravelli T., Parente A., Frassoldati A., 2019. Prediction of flammable range for pure fuels and mixtures using detailed kinetics. Combustion and Flame, 207: 120–133. DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.05.036.
• Budak P., Szpunar T., 2020. Zmiany parametrów mieszaniny gazu ziemnego z wodorem w trakcie eksploatacji komory magazynowej w kawernie solnej. Nafta-Gaz, 76(11): 799–806. DOI: 10.18668/NG.2020.11.05.
• Budak P., Szpunar T., 2021. Dobór wydajności gazów propan-butan dodawanych w celu wspomagania efektywnego spalania gazu ziemnego niskometanowego z użyciem flary. Nafta-Gaz, 77(1): 26–32. DOI: 10.18668/NG.2021.01.04.
• EIGA, 2014. Hydrogen pipeline systems. European Industrial Gas Association. IGC Doc 121/14.
• Engineering Toolbox. <https://www.engineeringtoolbox.com> (dostęp: 08.2021).
• Melaina M.W., Antonia O., Penev M., 2013. Blending hydrogen into natural gas pipeline networks: A review of key issues. National Laboratory of US Department of Energy. DOI: 10.2172/1219920.
• Molnarne M., Mizsey P., Schröder V., 2005. Flammability of gas mixtures: Part 2: Influence of inert gases. Journal of Hazardous Materials, 121(1–3): 45–49. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.01.033.
• Uehara I., 2009. Hydrogen and natural gas mixtures. [W:] Ohta T. (ed.). Energy Carriers and Conversion Systems with Emphasis on Hydrogen. Volume 1. EOLSS Publications: 283–289.
• Van den Schoor F., Hermanns R.T., Van Oijen J.A., Verplaetsen F., De Goey L.P., 2008. Comparison and evaluation of methods for the determination of flammability limits, applied to methane/hydrogen/air mixtures. Journal of Hazardous Materials, 150(3): 573–581. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.05.006.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• ISO 10156:2010 Gases and gas mixtures – Determination of fire potential and oxidizing ability for the selection of cylinder valve outlets.