|
Doc. Ing. Václav Koza, CSc. email: kozav@vscht.cz tel.: 721 366 285 Zemní plyn (c) V. Koza 2004. Citujte laskavě jako V. Koza (2004) http://zemniplyn.wz.cz |
|
Vlhkost v plynuŠkodlivé projevy vlhkosti Škodlivé projevy vlhkostiVlhkost škodí v potrubí zejména v kapalné podobě.KorozeNa mokrých vnitřních stěnách potrubí, armatur a přístrojů vlhkost vytváří příznivé podmínky pro korozi.ErozeKapky vody procházejí nejužšími místy ventilů a zejména regulátorů tlaku tak vysokou rychlostí, že tyto součástky mohou mechanicky poškodit.ZamrzáníVoda může, opět zejména v nejužších místech, i mrznout a led ucpává potrubí i armatury a blokuje pohyb součástek v armaturách a přístrojích. Za určitých podmínek se netvoří čistý led, ale tzv. hydráty, kterých vzniká na jednotku zmrzlé vody mnohem více než ledu. Ucpání průřezu a zablokování pohyblivých součástek je o to vydatnější. Kde se vlhkost v plynu bere?Vlhkost z výroby plynu - neměla by vaditVlhkost se v zemním plynu objeví už při těžbě, a to v podstatných množstvích. Zemní plyn vystupuje z těžebního vrtu nasycený vodní párou při teplotě v ložisku a vynáší z vrtu i kapalnou vodu v kapkách. Součástí prvotní úpravy plynu je jeho vysušení, takže v přepravním potrubí i distribučních sítích až ke spotřebičům u zákazníků by měl být plyn s tak nízkým obsahem vody, aby se voda škodlivě neprojevovala. Ostatní plyny se všeobecně vyrábějí a distribuují dostatečně suché. Problémy mohou nastat při přípravě stlačeného vzduchu na místě pro regulační obvody, pneumatické nářadí apod. Vnikání vody do zařízení - hlavní příčina škodVnitřek plynovodů i místních rozvodů se dostává do styku s vodou při stavbě a opravách, kdy se potrubí zkouší na tlak vodou, případně voda do potrubí vnikne neúmyslně při špatném zajištění pracoviště. Pokud se před uvedením do provozu nové nebo opravené potrubí i všechny ostatní díly jako armatury, přístroje, kompresory, výměníky tepla, tlakové zásobníky atd. úplně nevysuší, uzavřená voda cestuje s proudem plynu, po cestě podle podmínek kondenzuje a zase se odpařuje, a působí výše popsané škody. Škody nastanou vzhledem k migraci vody i úplně jinde, než v místě jejího vniknutí do soustavy. Kolik vody se do plynu vejde?Do 1 m3 plynu se vejde nejvýš určité množství vodní páry v závislosti na teplotě plynu. Např. při 20 °C se v 1 m3 plynu udrží nejvýše 17,3 g vody ve stavu páry.Vodní pára se do plynu odpaří, když je plyn v zařízení ve styku s kapalnou vodou. Když je plyn ve styku s vodou dlouho, např. jestliže stojí nad nějakou louží v zařízení nebo když proudí dlouhým kusem mokrého potrubí, nasytí se vodní párou na maximum odpovídající teplotě. Když je styk s vodou kratší, vodní páry bude v plynu méně než uvedené maximum. Kapacita plynu pro pohlcení vodní páry nezáleží na tlaku plynu. Je jedno, jestli je tlak plynu 0,1 MPa (barometrický tlak) nebo třeba 4 MPa (tlak ve vysokotlakém plynovodu), při 20 °C se pořád vejde 17,3 g páry do 1 m3 plynu a obdobně pro všechny teploty. To má zajímavé důsledky. Např. stlačíme plyn nasycený vodou při 20 °C na dvojnásobný tlak, čili na poloviční objem. Z každých 2 m3 , ve kterých bylo celkem 2x17,3=34,6 g vodní páry, dostaneme jenom 1 m3 , a v polovičním objemu se udrží jen polovina páry. Druhá polovina se v plynu neudrží a zkondenzuje. V zařízení najednou máme na každý m3 stlačeného plynu 17,3 g kapalné vody. Nebo vodou nasycený plyn ochladne z 20 na 15 °C. Po ochlazení plyn udrží jen 12,8 g páry v m3 a přebývajících 4,5 g vody musí opět zkondenzovat (a začít škodit). Oba uvedené příklady jsou velice zjednodušené,
ale popsané změny probíhají, jen při přesnějším
výpočtu (a ve skutečnosti) vyjdou o něco jiná čísla. Mechanické odloučení kapek z plynuPoužívají se různé typy lapačů kapek, nejběžněji buď cosi jako drátěnka na nádobí nebo rošt ze šikmých žaluzií v cestě plynu. Plyn musí v "drátěnce" nebo mezi žaluziemi měnit směr, což kapky nestačí a setrvačností narážejí a chytají se na materiál "drátěnky" nebo na žaluzie, odkud stékají. Další využívaná možnost je cyklon, ve kterém se proud plynu uvádí do rotace a kapky padají na stěny odstředivou silou. Jak mechanické lapače kapek, tak cyklony fungují jen pro správný průtok plynu a správnou velikost kapek (což může být cokoli od deště až po jemnou mlhu), takže se musejí umět používat. Namátková montáž čehosi prakticky nemá naději na úspěch. Kryogenní sušení plynuProud plynu se ochladí na tak nízkou teplotu, že jeho kapacita pojmout vodní páru se dostatečně sníží. Všechna nadbytečná voda se změní v kapalinu, odloučí se viz výše a sušší plyn se vede dál. Aby vyloučená voda nemrzla, do plynu se ještě před chlazením nastřikuje glykol a ten se pak musí z vody znovu regenerovat. Na potřebné chlazení plynu existuje řada systémů založených buď na strojním chlazení jako v ledničce nebo na snížení tlaku plynu (Jouleův-Thomsonův efekt nebo expanze v turbině). Stejně jako u odlučování kapek je odborně náročné navrhnout kryogenní systém, který dobře a ekonomicky pracuje pro konkrétní podmínky. Absorpční sušení plynuPlyn s obsahem vodní páry se vede proti proudu vhodné kapaliny (absorbentu), nejčastěji některého ethylenglykolu (di- nebo tri-). Vodní pára se z plynu pohlcuje v absorbentu, takže odchází sušší plyn a vodou zředěný absorbent. Z absorbentu se rozpuštěná voda odstraní prostým vyvařením a takto zahuštěný absorbent se vede zpátky, aby sušil další plyn. Zas tak jednoduché to není, protože plyn se suší za nízké teploty a vysokého tlaku a voda se z glykolu vyváří za vysoké teploty a nízkého tlaku. Proto se musí vyvařený glykol nejdřív ochladit a pak se musí z vyvářecího okruhu pumpovat proti daleko většímu tlaku v okruhu pro sušení plynu. Když jde mokrý glykol na vyváření, musí se naopak jeho vysoký tlak uvolnit a přitom se taky uvolní spousta rozpuštěného zemního plynu. Jde sice o tradiční technologii, ale existuje mnoho variant, které se hodí za jedněch podmínek a nehodí za druhých, a existuje mnoho chytáků, které brání správné funkci i vhodného zařízení. Adsorpční sušení plynuPlyn s obsahem vodní páry se vede vrstvou zrnitého materiálu (adsorbentu), např. silikagelu nebo tzv. molekulového síta. Vodní pára se pohlcuje v adsorbentu a vysušený plyn se vede dál. Adsorbent má omezenou kapacitu pro pohlcování vodní páry, takže obvykle jsou vedle sebe aspoň dvě nádoby s adsorbentem, přičemž jednou proudí sušený plyn a z adsorbentu v druhé se nachytaná vlhkost vyhání, tj. adsorbent se regeneruje. Nádoby s adsorbentem se v proudu sušeného plynu a v regeneraci střídají. Adsorpčním sušením lze dosáhnout velmi nízké vlhkosti plynu. Jak se vlhkost odstraňuje ze zařízení?Odstranění vody ze zařízení je pro spotřebitele plynů důležitější než sušení plynů, protože u spotřebitelů je většina potíží způsobená vniknutím vody do zařízení, ne obsahem vlhkosti v dodaném plynu. Sušení zařízení je tudíž skutečná léčba příčin, zatímco sušení plynu jen odstraňování následků vniknutí vody. Sušení zařízení není to, že zařízení necháme v létě několik dní "přemýšlet" a očekáváme, že voda, třeba i ze zařízení rozpáleného na slunci, nějak vyschne. Nevyschne! Vždy je nutno zvolit cílený technický způsob odstranění vlhkosti ze zařízení. Profukování zařízení vysušeným vzduchemJe třeba mít jako speciální vybavení aparaturu, která stlačuje vzduch na 0,5 MPa a vysušuje ho adsorpčně na velmi nízkou vlhkost odpovídající rosnému bodu -80 °C. Profukování vysušeným vzduchem je vhodné zejména pro úseky potrubí. Je výhodou, když je potrubí navíc upraveno pro čištění tzv. ježky, čili písty, které se protlačují potrubím tlakem plynu (vzduchu) v potrubí. Sušeným úsekem potrubí se protlačují molitanové čistící písty tlakem vysušeného vzduchu. Čisticí písty mají za úkol hlavně roztírat přítomnou vlhkost ze dna potrubí na co největší plochu. Rozetřená vlhkost se pak snáze odpaří do vzduchu. Na druhém konci sušeného úseku se měří vlhkost vystupujícího vzduchu. Když se tato vlhkost přiblíží vlhkosti vháněného vzduchu, je potrubí vysušené. Sušení zařízení vakuemK tomuto postupu je třeba mít vývěvu, která jednak v přiměřeně krátkém čase vyčerpá vzduch ze sušeného zařízení a jednak dosahuje nižšího pracovního tlaku, než je nasycený tlak vodní páry při teplotě ve vysušeném zařízení. Sušení vakuem je vhodné pro všechna zařízení, která vakuum vydrží bez deformace nebo jiné poruchy. Sušené zařízení se vyčerpává vývěvou. Jakmile tlak v zařízení dostatečně klesne, začne voda v zařízení vřít. Uvolňovaná pára se odčerpává vývěvou. Např. při teplotě 15 °C je třeba snížit absolutní tlak pod 1700 Pa (tj. 17 cm vodního sloupce, tj. 12 Torr), aby přítomná voda začala vřít. Když se všechna voda ze zařízení vyvaří, poklesne dále tlak udržovaný vývěvou ("stoupne vakuum") a to je příznakem, že je možno vysoušení ukončit. |