3.5. Kütteväärtuse/koostise määramine

3.5. Kütteväärtuse/koostise määramine

Kütteväärtus ehk kütuse eripõlemissoojus on soojushulk, mis eraldub ühe massi või mahuühiku tahke-, vedel- või gaaskütuse täielikul põlemisel. Tänaseni on kütuste iseloomustamiseks kasutusel mõisted alumine kütteväärtus ja ülemine kütteväärtus. Ülemise kütteväärtuse juures arvestatakse, et põlemisel tekkiv vee aur kondenseerub ja kondenseerumisel eralduvat soojust on võimalik edastada soojuskandjale. Alumise kütteväärtuse juures arvestatakse, et põlemisel tekkiva veeauru kondenseerumisest eralduvat soojust ei edastata soojuskandjale. Gaasi ülemine kütteväärtus on gaasi kui kauba mahu või massiühiku põletamisel maksimaalselt saadav soojushulk, mille kasutamise määr sõltub tarbija kasutavast tehnoloogiast. Euroopa Liidu regulatsioonides lähtutakse turuosaliste võrgugaasi koguste (energia) määramisel gaasi ülemist kütteväärtusest. Võrgugaasi kütteväärtuse määramiseks on olemas erinevaid meetodeid.

3.5.1. Otsene põletamine

3.5.1. Otsene põletamine

Gaasi põletamisega kütteväärtuse määramisel kasutatakse gaaskalorimeetrit, kus siseneva gaasi kogus mõõdetakse või toimub kindla vooga pidev gaasi sisse voolamine ja seejärel gaas juhitakse põletusseadmesse. Selles põletatakse võrgugaas õhu lisamisega, põlemisproduktid läbivad soojusvaheti, kus põlemisel tekkinud soojus antakse üle kindla kiirusega voolavale soojuskandjale, milleks on vesi või õhk. Soojuskandjas on temperatuuri tõus võrdeline gaasi kütteväärtusega. Kalibreerimist viiakse läbi etalonainega, milleks on suure puhtusastmega metaan või sertifitseeritud kütteväärtusega etalongaas. Kalorimeeter töötab reeglina pidevalt ja väljastab pidevalt kütteväärtuse andmeid, sealjuures on võimalik kasutada andmetöötlust, mis annab keskmise kütteväärtuse mingi ajavahemiku kohta, näiteks tunni või päeva kohta. Täpsuse tagamiseks vajavad kalorimeetrid kontrollitavat ümbritsevat keskkonda.

3.5.2. Koostisest arvutatud kütteväärtus

3.5.2. Koostisest arvutatud kütteväärtus

Gaasi koostis määratakse gaaskromatograafiga. Gaaskromatograaf on analüsaator, mis eraldab maagaasist üksiku mõõdetava komponendi või komponentide grupi. Võrreldes detektori signaale sobiva, hästi määratletud kalibreerimisgaasiga saab selle alusel määrata gaasi koostise. Saadud koostise põhjal arvutatakse gaasi kütteväärtused ja teised füüsikalised omadused.

3.5.3. Korrelatsioonimeetod

3.5.3. Korrelatsioonimeetod

Korrelatsioonimeetodiga määratakse võrgugaasi üks või mitu füüsikalist või keemilist omadust ja kütteväärtus määratakse nende omaduste ning kütteväärtuse tuntud seoste kaudu. Näiteks kütteväärtuse saab määrata gaasi kahe omaduse alusel, milledeks on gaasi tihedus ja heli levimise kiirus gaasis. Ülekandevõrku sisestatud gaasi mõõtmine Karksi ja Värska GMJ-s.

Eesti ülekandevõrgul on järgnevad sisendid:

  • Värska GMJ kaudu ühendus Venemaa ülekandevõrguga (Irboska –Tartu – Rakvere, DN 500) võimsusega kuni 4 miljonit m3/ööpäevas.
  • Karksi GMJ kaudu Läti ülekandevõrguga (Vireži –Tallinn, DN 700) ülekandetorustiku ja - võimsusega kuni 7 miljonit m3/ööpäevas.
  • Venemaa ülekandevõrguga lisaühendus (DN400) Narva jõe düükri juures, mis normaalses olukorras on suletud. Erikokkuleppe alusel Loode-Venemaa maagaasi ülekandesüsteemi halduriga (OAO Gazprom Transgaz Sankt-Peterburg) on võimalik importida gaasi läbi Narva ühenduse.
  • Misso GMJ kaudu ühendus Läti ülekandevõrguga (Valdai-Pihkva-Riia ja Izborsk-Riia, kaks paralleel-torustikku DN 700) Misso piirkonna gaasiga varustamiseks (jaotusvõrk 3,7 km, 110 tarbijat, võimsus kuni 1000 m3/h). Misso ühendusel puudub ühendus Eesti ülekandevõrguga.

Mõlemas GMJ-s gaasi energia määramise mõõtesüsteem koosneb neljast põhifunktsioonist:

  • mõõtetingimustes gaasikoguse mõõtmine;
  • mõõtetingimustel mõõdetud gaasikoguse teisendamine leppetingimustele;
  • gaasi koostise ja parameetrite (sh kütteväärtuse) määramine;
  • leppetingimustele teisendatud gaasikoguse (mahu) teisendamine energiaks.

Lisaks energia määramisele on jaamades väljaehitatud gaasi kvaliteedi määramise süsteem. Kokkuvõtvalt on tabelis 3 esitatud Värska ja Karksi gaasimõõtejaamade kogu funktsionaalsus.

Tabel 3 Värska ja Karksi gaasimõõtejaamade funktsionaalsus

 

Karksi

Värska

PTZ teisendus

*

*

Lisaks PTZ tiheduste kaudu teisendus

*

*

Z arvutusmeetod AGA-NX19 (online)

*

*

Arvesti veakõvera korrektsioon

*

*

Kohapeal gaasi kütteväärtuse (CV) ja koostise määramine

*

*

Tingimused mõõtesüsteemi kohapeal kalibreerimiseks

osaliselt

osaliselt

Koguste mõõtetulemuste salvestamine ja talletamine

*

*

Veeauru kastepunkti määramine

*

*

Hapniku osamahu määramine

-

*

Vesiniku osamahu määramine

-

*

Süsivesinike kastepunkti määramine

-

*

Väävliühendite määramine

-

*

Energia määramise täpsusklass

A

A

Energia määramise laiendmääramatus U(k=2)

U ≤ 1,2 %

U ≤ 1,2 %

 

 

3.5.4. Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmine

3.5.4. Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmine

Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmiseks on kolm mõõteliini läbimõõduga DN300. Mõõteliinid on varustatud turbiinarvestitega, mis edastavad info mõõtetingimustes mõõdetud mahu kohta kõrge sagedusega impulsside kujul leppekoguse mõõturitesse. Mõõteliine juhitakse vastavalt jaama läbivale gaasivoole kontrolleri abil selliselt, et turbiinarvestid töötaksid neile määratletud mõõtepiirkonnas. Turbiinarvestid on kalibreeritud tegelikule käitamise rõhule lähedase rõhuga ja gaasiga standardi EVS-EN 17025 20 kohaselt akrediteeritud laboris. Kalibreerimisel saadud mõõtetulemuste laiendmääramatus (k=2) ei ületa 0,15%.

Karksi GMJ kavandatud rekonstrueerimisel nähakse ette gaasi mahu mõõtmine reversiivsena kasutades ultraheli arvesteid. Kokku on ettenähtud neli mõõteliini, igal mõõteliinil on kavandatud kaks järjestikku ühendatud ultraheli arvestit, mis võimaldab pidevalt jälgida mõõtmise täpsust ja kiiresti avastada mõõtmise kõrvalekalded.

 

20 General requirements for the competence of testing and calibration laboratories

3.5.5. Gaasi koostise ja parameetrite määramine

3.5.5. Gaasi koostise ja parameetrite määramine

Gaasi parameetrid määratakse automaatse protsessi gaaskromatograafiga. Gaaskromatograaf eraldab maagaasist üksikud komponendid või komponentide grupid ja määrab nende komponentide suhtelise sisalduse alusel maagaasi koostise. Meetodi kirjeldus ja juhised on toodud standardis EVS-EN-ISO 6974.21 Olemasolevad kromatograafid on võimelised määrama lämmastiku, süsihappegaasi ja süsivesinike kuni C6 osamahtusid. Lähtudes saadud maagaasi koostisest ja üksikkomponentide kohta standardis EVS-EN-ISO 697622 toodud füüsikalistest omadustest ja arvutuseeskirjadest arvutatakse kromatograafi kontrolleris maagaasi olulised parameetrid nagu gaasi tihedus, suhteline tihedus, kütteväärtus ja Wobbe arv.

Lisaks on igas mõõteliinis mõõtemuundurid gaasi tiheduse mõõtmiseks mõõtetingimustes ja GMJ väljundis mõõtemuundur leppetingimustes gaasi tiheduse mõõtmiseks.

Värska  GMJ rekonstrueerimise käigus 2017. aastal paigaldati uued gaaskromatograafid, mis võimaldavad gaasi laiendatud analüüsi (lisaks määrata ka hapniku ja vesiniku osamahtusid) ning lisati mõõtevahendid:

  • süsivesinike ja veeauru kastepunkti määramiseks;
  • väävliühendite määramiseks;
  • hapniku osamahu kiireks määramiseks;
  • lämmastiku osamahu kiireks määramiseks.

 


21Natural gas - Determination of composition and associated uncertainty by gas chromatography

22Natural gas - Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe indices from composition

3.5.6. Mõõtetingimustel mõõdetud gaasikoguse teisendamine leppetingimustele

3.5.6. Mõõtetingimustel mõõdetud gaasikoguse teisendamine leppetingimustele

Mõõteliinides mõõtetingimustes mõõdetud gaasi mahud teisendatakse leppetingimustele kasutades leppekoguse mõõtureid. Leppekoguse mõõturi põhifunktsioon on tsükliliselt arvutada teisendamise tegur ja korrutada gaasiarvestilt edastatud gaasi maht teisendusteguriga.

Karksi ja Värska GMJ-de leppekoguse mõõturites arvutatakse teisendustegur kahe erineva meetodiga teineteisest sõltumatute sisendsuuruste alusel, mis annab teavet sisendsuuruste võimalikest kõrvalekalletest.

  • Esimese meetodi (PTZ meetodi) kohaselt teisendusteguri arvutamise sisendsuurusteks on gaasiarvestis mõõdetud gaasi temperatuur ja rõhk ning gaaskromatograafi alusel saadud gaasi koostis Z arvutamiseks.
  • Teise meetodi (gaasi tiheduste kaudu teisendus) kohaselt teisendusteguri arvutamise sisendsuurusteks on gaasiarvestit läbinud mõõdetud gaasi tihedus mõõtetingimustes ja GMJ väljundis leppetingimustes mõõdetud gaasi tihedus.

Eelseadistusega on määratud lubatud erinevus ja kumb teisendustegur on leppetingimustele teisendamise aluseks.

Lisaks põhifunktsioonina teostavad leppekoguse mõõturid gaasiarvestite veakõverate korrigeerimist, mis võimaldab kompenseerida gaasiarvestite süstemaatilisi vigu ja vähendada mõõtetingimustes mõõdetud gaasi mahtude mõõtemääramatusi.

 

3.5.7. Leppetingimustele teisendatud gaasikoguse (mahu) teisendamine energiaks

3.5.7. Leppetingimustele teisendatud gaasikoguse (mahu) teisendamine energiaks

Leppetingimustele teisendatud maht arvutatakse energiaks LKMis, tsükliliselt korrutatades leppetingimustele teisendatud mahtu kromatograafist saadud kütteväärtusega. LKMis on energia nagu ka mõõte-ja leppetingimustel mahu arvestamiseks eraldi loendur, mille alusel saadud näidud fikseeritakse LKMi arhiivis ja jaama serveri andmebaasis.