Měření hydraulických parametrů plynovodů za provozu

Odběr vzorku plynu z potrubí a detekce vodíkové značky

Proč měřit hydrauliku plynovodů?

Hydraulické vlastnosti potrubí, vyjádřené součinitelem tření při proudění, jsou jedním ze základních parametrů ovlivňujících jak projekci, tak ekonomiku provozu plynovodu.

Určení hodnoty součinitele tření při proudění je velmi důležité již v projekční fázi. Na jeho velikosti závisí za daných přepravních podmínek tlaková ztráta potrubí, na jejímž základě je určována jak dimenze potrubí, tak velikost kompresní práce potřebné k její eliminaci, a tedy stanovován potřebný pracovní výkon instalovaný na kompresorových stanicích. Uvážíme-li vysoké náklady na výstavbu plynovodů i kompresorových stanic, je zřejmé, jak důležité je stanovit potřebnou dimenzi potrubí a potřebný pracovní výkon na kompresorových stanicích správně.

Znalost hodnoty součinitele tření při proudění pro jednotlivé úseky potrubí je velmi užitečná také u již provozovaných plynovodů. Z velikosti a hlavně změn hodnoty součinitele tření lze usuzovat na stav vnitřního povrchu potrubí a jeho změny, například v souvislosti se stanovením účinnosti pravidelně prováděného provozního čištění plynovodu. Při provozním čištění plynovodu dochází k nevratným ztrátám relativně velkých množství plynu odfukem plynu do atmosféry při dojezdu ježka do komory, proto je účelné četnost čištění minimalizovat podle skutečné potřeby, kterou indikuje právě vzrůst součinitele tření přes přípustnou mez.

Výsledky měření hydraulických parametrů provozovaných plynovodů mohou být nejen základem stanovení pravděpodobného součinitele tření nově projektovaných potrubí, ale mohou umožnit i odhad změn hydraulického chování těchto plynovodů po jejich uvedení do provozu. Tyto znalosti pak významně ovlivňují spolehlivost určení potřebné kompresní práce a z ní vyplývající výši instalovaného výkonu.

Znalost skutečných hodnot hydraulického odporu konkrétních linií podstatně zpřesňuje modelování jejich provozu, což má klíčový význam při obchodu s kapacitou vysokotlakých plynovodů.

Princip měření hydraulických parametrů za provozu

Pro stanovení součinitele tření při proudění za provozu plynovodu se využívá metoda vyvinutá pracovníky CEPS speciálně pro tento účel, která je založena na měření všech fyzikálních členů základní průtokové rovnice. Průtoková rovnice vyjadřuje závislost mezi tlakovou ztrátou úseku plynovodu a průtokem plynu, délkou a průměrem plynovodu, stavovými a fyzikálně-chemickými parametry přepravovaného plynu a hydraulickými vlastnostmi potrubí.

Měření musí probíhat ve stacionárním nebo kvazistacionárním režimu provozu plynovodu na úsecích o délkách 10 až 100 km. Uvnitř měřených úseků plynovodu nesmí být odbočky nebo propoje s jinými plynovody.

Součinitel tření při proudění (λ) se stanoví podle následujícího vztahu

Tlak na koncích měřeného úseku (P₁, P₂ [MPa]) se snímá elektronickými záznamníky s přesností 0,05 % a reprodukovatelností měřené hodnoty 0,01 %.

Teplota plynu (T [K]) se měří elektronickými čidly s přesností ± 0,1 K buď v jímkách na potrubí ponorným čidlem, nebo příložným čidlem stejné přesnosti na té nadzemní části plynovodu, která má stejnou teplotu jako proudící plyn. Měřené hodnoty se ukládají ve volitelném intervalu, zpravidla každé 3 minuty.

Sonda pro měření teploty plynu

Údaje o délce úseků (L [km]) a nadmořských výškách koncových bodů, potřebné pro korekci hydrostatického rozdílu koncových tlaků, se převezmou z dokumentace provozovatele.

Průměr trub (D [mm]) a jeho tolerance se stanovují na základě technických dodacích podmínek uzavřených mezi objednatelem a dodavatelem trub pro stavbu.

Rychlost plynu se měří nepřímo – stanovením doby průtoku (τ [s]) označkovaného objemu plynu měřeným úsekem.

Nástřik vodíkové značky do plynu pro určení rychlosti plynu

Na začátku úseku se provede injekce vodíkové značky do plynu v potrubí a na konci úseku je z proudu plynu odebírán vzorek procházející speciálním detekčním přístrojem na bázi tepelněvodivostního detektoru (TCD). Množství vodíku, která se užívají ke značkování, jsou tak malá, že vůbec neovlivňují spalovací vlastnosti přepravovaného plynu, ale o to citlivější musí být detekční přístroj. Detektor byl proto přímo pro tato měření vyvinut i optimalizován, a to zejména z hlediska stability nulové hladiny signálu.

Měření a záznam tlaku na začátku měřeného úseku

Odběrní sonda zasunutá při plném tlaku do úrovně osy potrubí

---

Hodnoty hustoty plynu za standardních podmínek (ρ_₀ [kg/m³]) a kompresibilitního faktoru za provozních podmínek (z) i normálních podmínek (z_₀) se s dostatečnou přesností vypočtou běžnými termodynamickými vztahy na základě složení plynu, určeného z chromatografického rozboru prováděného na předávací stanici přilehlé měřeným úsekům, s přihlédnutím k době toku plynu mezi místem provádění analýzy plynu a místem měření součinitele tření. Pokud v cestě plynu není předávací stanice, z níž by mohly být hodnoty složení převzaty, odebere se v průběhu měření vzorek plynu pro samostatnou chromatografickou analýzu.

Reprodukovatelnost měření

Časová řada měření, která po několika letech měření hydraulických parametrů různých potrubí vznikla, umožnila zhodnotit vývoj hydrauliky potrubí během provozu a zpřesnit podklady pro projektování nových linií.