1. Proszę podać skład gazu ziemnego i jego zanieczyszczenia oraz dopuszczalną ich zawartości w systemie gazowym

Gazem ziemnym nazywa się surowiec mineralny znajdujący się w skorupie ziemskiej w fazie gazowej. Gaz ten spotyka się w postaci oddzielnych skupień (złóż), albo w postaci rozpuszczonej w podziemnych wodach i ropie naftowej.

Skład: metan CH₄, w nieznacznych ilościach etan, propan, butan a także dwutlenek węgla CO₂, tlenek węgla CO, siarkowodór H₂S, azot N₂, wodór H₂ oraz gazy szlachetne – hel i argon.

Zanieczyszczenia i ich dopuszczalna zawartość: Zanieczyszczenia w gazie dzielimy na trzy grupy:

- stałe(cząstki złoża, rdza) – nie więcej niż 1mg

- ciekłe(solanka, kondensat) –

- występujące w fazie gazowej: siarkowodór(7mg/m³), para wodna(powinna odpowiadać punktowi rosy +3,7°C w okresie letnim i -5°C w okresie zimowym przy ciśnieniu 5,5 MPa), dwutlenek węgla (0,2g/mol) i azot(zależy od przeznaczenia gazu), tlenek rtęci(30µg/m³), węglowodory powyżej C₃(30mg/m³)

2. Scharakteryzuj ilościowy pomiar gazu (rodzaje gazomierzy i układy pomiarowe)

Rodzaje gazomierzy:

- zwężkowy – podstawowym elementem jest zwężka pomiarowa

- turbinowy – zbudowany jest z zespołu pomiarowego, z zespołu przeniesienia napędu i z zespołu liczydła

- rotorowy – stosowane tam, gdzie potrzebne są duża dokładność pomiaru, średni zakres pomiarowy i solidna konstrukcja

- miechowy – spełnia najwyższe wymagania odnośnie dokładności pomiaru i bezpieczeństwa

- ultradźwiękowy – do pomiarów objętościowych przepływających cieczy i gazów

- działający przy wykorzystanie siły Coriolisa – polega na zjawisku opisanym przez Coriolisa w 1835 roku

Układy pomiarowe:

Założenia: pomiar w stacjach rozdzielczych gazu realizowany jest przy wysokim ciśnieniu oraz na wszystkich gazociągach wlotowych i wylotowych ze stacji.

Układ U-1: stosowany do przepływów do 5000m³/h. Posiada jeden odcinek pomiarowy z bajpasem a w odcinku pomiarowym może być zainstalowany dowolny gazomierz z pośród turbinowych.

Układ U-2: Stosowany do przepływów od 5000 do 50000 m³/h. powinien posiadać jeden lub kilka odcinków pomiarowych użytkowych oraz jeden odcinek kontrolny. Zarówno gazomierz kontrolny jak i pomiarowy może być gazomierzem zwężkowym lub turbinowym.

Układ U-3: Stosowany do przepływów od 50000 do 250000m³/h. Posiada jeden lub kilka odcinków pomiarowych użytkowych oraz jeden odcinek pomiarowy rezerwowy. W każdym z tych odcinków znajduje się gazomierz roboczy oraz włączony szeregowo gazomierz kontrolny. Przy czym zaleca się aby gazomierz kontrolny był innego rodzaju od gazomierza pomiarowego.

3. Zdefinowac wydobycie potencjalne i dozwolone z odwiertu gazowego oraz wymienić czynniki decydujące o jego wielkości.

Wydobycie potencjalne – jest to ilość gazu która wydobywamy ze złoża, gdyby na to złoże oddziaływało tylko przeciwciśnienie atmosferyczne

Dozwolone wydobycie - z odwiertu gazowego przyjmuje się jako max. 10% wydobycia potencjalnego lub 5% spadku ciśnienia dennego statycznego w skali rocznej.

Czynniki decydujące o jego wielkości – wykładnik erozji i wykładnik wodny.

Prowadzi się dwoma metodami

Metoda na wolny wypływ przez zwężkę krytyczną wprost do atmosfery

Metoda na przeciwciśnienie; gaz wypływa przez zwężkę pomiarową do sieci

Niezależnie na sposób pomiaru obliczenia wydobycia potencjalnego prowadzi się metodą jednoczłonową lub dwuczłonową

4. Opisać absorpcyjna metodę osuszania gazu za pomocą glikoli

Glikole(TEG, DEG, GE) – są stosowane jako absorbenty w instalacjach osuszania gazu. Są one bardzo skutecznymi inhibitorami działającymi silniej od metanolu i roztworów chlorku wapniowego. Ich cena jest wyższa co narzuca konieczność regeneracji glikoli wprowadzonych do strumienia gazu. Z tego względu w roli inhibitora stosuje się raczej metanol. Gaz wilgotny przepływa przez półkową kolumnę absorbującą z dołu do góry w przeciwprądzie do zregenerowanego absorbentu, doprowadzanego u góry absorbera i opuszcza kolumnę u góry, jako gaz osuszony. Nasycony absorbent, odprowadzany u dołu kolumny absorpcyjnej, przepływa przez wymiennik ciepła, w którym podgrzewa się gorącym absorbentem po regeneracji. Następnie przez zbiornik ekspansyjny i filtr dopływa do półkowej kolumny regeneracyjnej, gdzie następuje wydzielanie z niego pary wodnej. Roztwór glikolu ścieka z kolumny regeneracyjnej do kotła destylacyjnego, gdzie następuje ostateczne odparowanie wody. Gorący, zregenerowany absorbent przechodzi przez wymiennik ciepła, w którym ochładza się wstępnie zimnym absorbentem nasyconym i kolumny absorpcyjnej i przez chłodnicę wodną, gdzie ostatecznie się schładza i wpływa do górnej części kolumny absorpcyjnej.

5. Podać wzory z objaśnieniami na obliczenie oporów przepływu w gazociągu i wykreślić krzywa spadku ciśnienia

Współczynnik liniowego oporu przepływu:

Oznaczenia:

λ - współczynnik oporu liniowego

Re - liczba Reynoldsa,

K - chropowatość bezwzględna,

d - średnica gazociągu

• Strefa przepływu laminarnego

• Strefa przepływu przejściowego

• Strefa przepływu turbulentnego w rurach hydraulicznie gładkich

Wzór Blasiusa

Wzór Nikuradse

Wzór Prandtla-Karmana

• Strefa przepływu turbulentnego przejściowego

Wzór Colebrooka i White

Inna postać wzoru

Równanie Waldena dla gazociągów wysokoprężnych

• Strefa przepływu turbulentnego rozwiniętego

6. Wymienic elementy systemu gazowniczego ze szczególnym uwzględnieniem gazociągów i PMG

• 17 tys km gazociągów z czego

• 15 tys km zasilane jest gazem wysoko metanowym

• 100tys km sieci dystrybucyjnej18 tłoczni

• Stacje gazowe wysokiego ciśnienia

• Stacje redukcyjno-pomiarowe

• 6 podziemnych magazynow gazu: Mogilno, Wierzchowice, Swarzów, Brzeźnica, Husów, Daszewo

7. Charaktersytyka sprężania gazu i wyznaczanie miejsce lokalizacji tłoczni na trasie gazociągu 

Sprężanie gazów może odbywać się według jednej z przemian: adiabatycznej, politropowej lub izotermicznej. Praca sprężania gazu jest najmniejsza przy izotermicznym procesie sprężania, w którym następuje proces idealnego chłodzenia gazu, natomiast największa wartość pracy sprężania następuje w procesie adiabatycznym, gdzie nie zachodzi wymiana ciepła z otoczeniem. Rzeczywisty proces sprężania gazu przebiega przy częściowej wymianie ciepła, stąd sprężanie przebiega według przemiany politropowej. Przemiana ta jest odwracalną przemianą termodynamiczną gazu, dla której związek miedzy ciśnieniem p i obętością V jest dany równaniem pVn=const, gdzie n jest wykładnikiem stałym dla danego procesu. 
  
Miejsce lokalizacji tłoczni na trasie gazociągu: 

Tłocznie przesyłowe pośrednie buduje się wzdłuż trasy gazociągów przesyłowych w przypadku, gdy ciśnienie złożowe lub ciśnienie wytworzone w tłoczni złożowej nie wystarcza do przetłoczenia gazu do odbiorcy. Liczbę tłoczni, odległości między nimi oraz moc zainstalowanych sprężarek dobiera się na podstawie wartości ciśnienia maksymalnego oraz maksymalnego spadku ciśnienia. Tłocznie gazu rozmieszczane są wzdłuż trasy gazociągu dalekosiężnego zazwyczaj w regularnych odstępach wynoszących od kilkudziesięciu do klikuset kilometrów (80 do 200km)

8. Podac podstawy teoretyczne procesu NTS w odniesieniu do odgazolinowania i NTR dla odazotowania gazu ziemnego

NTS - niskotemperaturowa separacja umiarkowanie niska – 20 stopni C na początku ciągu technologicznego przeróbki gazów kondensatowych.

Proces umożliwia głębsze wstępne osuszenie i odgazolinowanie gazu , niż jest to możliwe w procesie separacji prowadzonej w temp. strumienia gazu wydobywanego z odwiertu.

NTS - można usprawnić stosując dodatkowe przeponowe chłodzenie czynnikiem odparowującym .

NTR- (-160) do(-200) ^oC

Metoda kriogeniczna polega na rozfrakcjonowaniu gazu w niskich temperaturach. Rozdział ten jest możliwy dzięki dużym różnicom temp. wrzenia CH₄ -161,5 ^o C i N₂ -191,8 ^o C, charakteryzuje się wysokim stopniem odzysku metanu, wadą jest konieczność głębokiego oczyszczania gazu ziemnego przed wprowadzeniem go do kolumny rektyfikacyjnej. Wydajność 260 000 nm³

Proces ten przebiega w dwóch etapach:

- część ciepła (z kilku sekcji):

Sekcja separacji zanieczyszczeń stałych zanieczyszczeń i ciekłych

Sekcja oczyszczania CO₂ i ewentualnie H₂S metoda absorpcyjną przy użyciu amin

Osuszanie gazu (głębokie) metodą adsorpcyjną na sitach molekularnych do temp. punktu rosy – 80^oC

Odgazolinowanie metodą adsorpcyjną na węglu aktywnym

Sekcja usuwania rtęci metodą adsorpcyjną na węglu aktywnym impregnowanym siarką

- część zimna:

Wymiennik zimna

Sekcja rektyfikacyjna: rektyfikowanie oczyszczonego gazu ziemnego na strumienie metanu, azotu i kondensatu helu (85% He resztę stanowi N i H )

Kolumna rektyfikacyjna składa się z dwóch cześci:

- dolna – kolumna średniociśnieniowa rzędu 2,1 – 2,7 MPa temperatury do -122 ^oC

- górna – ciśnienie od 0,12 – 0,17 MPa temp. -160 do -200^oC

Różnica ciśnień w dwóch kolumnach powinna być tak dobrana aby powodować skraplanie azotu w części dolnej i odparowanie metanu w części górnej. Pomiędzy tymi kolumnami znajduje się wymiennik ciepła, który spełnia podwójna rolę. W stosunku do kolumny górnej jest parownikiem, do dolnej – skraplaczem.

9. Opisac technologie odsiarczania gazu ziemnego w procesie aminowym i chelatowym (wypunktować zasadnicze różnice procesu)

Procesy absorpcji w wodnych roztworach amin:

Prosesy absorpcji chemicznej prowadzone w środowisku wodnych rozworów amin, szczególnie w środowisku monoetyloaminy (MEA).

Wodne roztwory o koncentracji ~ 10 – 20%. Nie stosuje się większych koncentracji gdyż grozi to korozją.

Maxymalna temperatura 30^oC

Przy wyborze odpowiednich amin musimy uwzględnić:

• zdolność sorbcyjną, która decyduje o natężenia sorbentu

• łatwość rozpadu powstałych związków amin, co decyduje o kosztach regeneracji sorbentu

• lotność roztworu która powoduje straty sorbenta

• korozyjne działanie na instalację co podraża koszty inwestycyjne

MEA, DEA, DGA – absorbuje równocześnie H₂S i CO₂

Do absorbcji stosuje się roztwory wodne o różnej koncentracji przy czym dla MEA 10% wagowych dla amin wyższego rzędu nawet 50%.

Istota tzw. procesów chelatowych
Począwszy od lat sześćdziesiątych w wielu patentach zastrzegano kompleksy chelatowe metali wielowartościowych jako katalizatory procesów odsiarczania gazów. W praktyce przemysłowej znaczenie uzyskały właściwie jedynie procesy, w których zastosowano chelatowe kompleksy żelaza, zawierające jako ligandy organiczne kwasy NTA i EDTA (nitrylotrioctowy; etylenodiaminotetraoctowy, zwany wersenowym). Ligandy organiczne uczestniczą w tworzeniu chelatów z jonami metali, jeśli występuje w nich kilka (do sześciu) elektronodonorowych grup funkcyjnych lub wolnych par elektronów. Roztwór wodny utlenionej postaci kompleksu chelatowego Fe3+ styka się w reaktorze kontaktowym ze strumieniem gazu zasiarczonego. Otrzymuje się siarkę (najczęściej koloidalną) i zredukowaną postać chelatu Fe2+. Chelat w postaci utlenionej jest następnie uzyskiwany ponownie przez utlenianie chelatu Fe2+ za pomocą powietrza. Zdecydowanie najbardziej efektywnym ligandem organicznym w chelatowych kompleksach żelaza stosowanych w procesach odsiarczania gazów jest kwas wersenowy (EDTA). W niektórych przypadkach można jednak wybrać związek tańszy i skompensować jego mniejszą efektywność zastosowaniem większego stężenia roztworu.

10. Przedstwic wielkości charakteryzujące własności palne gazu oraz sposób nawaniania gazu systemowego.

Własności palne gazu:

Ciepło spalania Cs – jest to ciepło które wydziela się przy całkowitym spaleniu 1 normalnego m³ gazu przy czym woda w produktach spalania występuje w postaci cieczy a temperatura spalania gazu jest równa temperaturze przed spaleniem.

$$H_{s} = \frac{c*m(t_{2} - t_{1})}{V_{n}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\text{MJ}/nm^{3}$$

gdzie:

c – ciepło właściwe wody

m – masa wody, która przepłynęła przez kalorymetr podczas pomiaru

t₁, t₂ – temperatura wody

V_n – objętość gazu, która uległa spaleniu podczas pomiaru w przeliczeniu na nm³

Wartość opałowa gazu – jest to ilość ciepła jaką otrzymuje się podczas całkowitego spalania 1nm³ gazu przy czym woda w produktach spalania występuje w postaci pary a temp produktów spalania = temp gazu przed spaleniem.

H_i = H_s − 2, 454 w MJ/nm³

gdzie:

w – ilość kondensatu kg/m³

2,454 – ciepło parowania wody w temp. 20^oC

Liczba Wobbego - jest miara ilości ciepła dostarczonego przez palnik w jednostce czasu przy zachowaniu stałego ciśnienia.

$$W = \frac{H_{s}}{\sqrt{d}}$$

Sposoby nawaniania:

1. System centralny – polega na wprowadzeniu do sieci przesyłowej środka nawaniającego na poziomie punktów wejścia gazu na danym terenie. Nawanianie centralne jest przeprowadzane na stacjach rozdzielczych – nawaniających – na gazociągach wysokiego ciśnienia którymi paliwo gazowe jest transportowane do odbiorców położonych w odległości przekraczającej nawet 100km. Powoduje zmniejszenie potrzebnych instalacji i urządzeń do nawaniania, lecz także polepsza niezawodność działania urządzeń i jakości nawonienia, dzięki kontroli i regulacji poniżej wtrysku odorantu. Podstawowe typy urządzeń: nawanialnie wtryskowe, nawanialnie absorpcyjne-barbotażowo-kontaktowe.

2. System lokalny – zainstalowanie urządzenia dozującego odorant powyżej każdego punktu dystrybucyjnego. System ten jest realizowany w stacjach redukcyjno pomiarowych pierwszego i drugiego stopnia, na gazociągach wyjściowych ze stacji redukcyjnej zasilających lokalne rozdzielcze sieci gazowe średniego i niskiego ciśnienia gdzie odległość stacji od najdalej położonych odbiorców nie przekracza zwykle kilku kilometrów o ciśnieniu 0,4 MPa.