MMEE cv Určení energetického obsahu zboží plynná paliva

Transkript

1 MMEE c Určení energetického obsahu zboží lynná alia Cíl: Procičit ýočtu energetického obsahu lynných ali 1. Proč je nutné řeočítáat energetický obsah (ýhřenost, salné telo) lynných ali? 2. Jak řejít u řeočtu energetického obsahu lynných ali z objemoého měření na energetické. V rním cičení bylo robrána roblematika energetického zboží jakožto obchodoatelné jednotky tržním energetickém hosodářstí. Vlastností energetického zboží je schonost konat ráci. Tato jednotka musí být měřitelná a očitatelná, aby mohlo dojít k rocesu směny mezi zákazníkem a dodaatelem. Pro energetické zboží dodáané hmotnostních jednotkách [h.j.], nebo objemoých jednotkách [o.j.] se zjišťuje energetická hodnota obsažená těchto jednotkách tj.: Salné telo alia - Q s, H s (s - suerior horní energetický obsah) [J/h.j, J/o.j] Aby mohla být určena hodnota salného tela u lynných ali, je třeba nejre znát složení lynu. Obecně je každý lyn směs lynných uhloodíků a nehořlaých složek, ředeším dusíku a oxidu uhličitého a w ody = lhkost lynu. Hlaní složka energetických lynů jsou tzn. nasycené uhloodíky alkany mající obecný zorec: CnH2n+2 okud je n = 1-4, je to lyn, 5-15 kaaliny, ýše jsou tuhé látky Pak jedmotlié nejdůležitější alkany jsou:

2 Metan - CH 4 Etan C 2 H 6 V ČR je běžně oužíané jako lynné alio zemní lyn tyu H (e složkách lynu má řeahu H nad C), který je složen íce než 90 % metanu (ruský lyn má růměru 98,4 % metanu, 0,8 % ostatních uhloodíků a 0,8 % nehořlaých látek; u norského lynu je oměr 93 %, 4,9 % a 2,1 %). K zjištění složení lynu se obykle roádí omocí lynoých chromatografů. V lynoém chromatografu se nejre odebere zorek lynu o stanoeném objemu (obr.). Ten je solu s nosným lynem řieden do kolony, kde se ři růchodu absorbentem dělí odle rychlosti růchodu kolonou na jednotlié složky. Ty ostuně ystuují z kolony a jsou řiedeny na detektor (nejčastěji teelněodiostní). Výstuní naětí detektoru toří charakteristické rcholy. Poloha rcholu určuje druh analyzoané látky; současně lze integrací lochy od křikou získat množstí této látky e zorku. Aktuální údaje o kalitě lynu jsou získáány ětšinou lynofikační síti hodinoých interalech a archioány řídicím a telemetrickém systému měřicí stanice o dobu minimálně ěti dnů. Přehled řenášených hodnot je tab. Řídicí systém také yočítáá denní růměry dat, archiuje je o dobu minimálně čtyřiceti dnů a zajišťuje jejich distribuci. Denní růměry jsou z chromatografu řenášeny ždy na začátku lynárenského dne. Vzhledem k archiaci nemohou být data ztracena ani ři ýadku komunikačních sítí. V takoém říadě o obnoení roozu telemetrický systém chybějící data dolní. Zároeň jsou archioány změnoé a oruchoé stay celé měřicí stanice (okles tlaku nosného lynu, signalizace sdružené oruchy), oatřené časoými údaji jejich zniku.

3 Údaje z měřicích stanic je nutné ředáat na disečink lynofikační soustay (Transgas), regionálním distribučním solečnostem a ředáacím stanicím. Pro řenos dat na disečink je yužíána řenosoá síť býalého roozoatele řenosoé lynofikační soustay (tranzitní lynoody) Transgas nyní NET4GAS atřící RWE, linky Telecomu nebo mobilní síť systému GSM. V ražském disečinku je umístěn samostatný komunikační serer (PEP), jehož funkcí je oboláat stanice s chromatografy a ukládat sejmuté datoé soubory na stanici NT Serer. PEP každém okamžiku komunikuje s jednou měřicí stanicí. Stanice jsou oboláány ořadí odle seznamu, který se ytáří automaticky. Pořadí stanic seznamu lze změnit okynem Žádost o data z oládacího zobrazení SCADA InTouch. Požádá-li obsluha o data z konkrétní stanice, je tato stanice automaticky řesunuta na rní místo seznamu. Změna energetického obsahu záislosti na odmínkách ředání lyného alia U lynných ali lze stanoit energetický obsah rodáané o.j. = m 3, ale je třeba určit ři jakým nějších odmínkách je lyn rodáán (telota, tlak). Objem lynu se bude měnit, odle tlaku a teloty který na něj ůsobí z nějšku, tj. energetický obsah naměřené o.j., se bude lišit odle nadmořské ýšky odběroého místa a teloty ři odběru - obr. Definují se tedy jmenoité (základní, ztažné) odmínky ři kterých se určuje salné telo lynu.

4 Tyto standardní odmínky jsou. 15 C, 101,325 Pa, nuloý obsah ody w = nuloá lhkost. V říojném odběroém místě (POM) se naměřené množstí (V) objemoých jednotek ynásobí salným telem ři normáloých odmínkách (H sn ) a konstantou (k) yočtenou na základě ideální staoé ronice lynů s nějšími hodnotami = arametry ředáajícím místě. Každé odběrné místo má yočten konkrétní koeficient dle sého umístění, kterému odoídá tlak a telota lynu ři měření. Q = V * k * H sn [Ws] [1] Staoá ronice ideálních lynů Staoou ronicí se termodynamice označuje ronice, která určuje ztah mezi jednotliými staoými eličinami charakterizujícími daný termodynamický systém. Staoá ronice tedy oisuje sta dané látky za určitých fyzikálních odmínek yjadřuje zájemnou záislost staoých eličin,, T ři termodynamických dějích ideálním lynu. Vzájemná záislost těchto tří staoých eličin je ořád konstantní: T konst nr Kde: R = molární lynoá konstanta n látkoé množstí Staoá ronice lynu je založena na dou fyzikálních zákonech Boyle Moriettoa: Změna tlaku ři konstantní telotě je úměrná řerácené hodnotě objemu: Ronice ronoosé hyerboly / 0 = 0 / = konst a Gay Lussacoa (Charlesů): Změna objemu ři konstantním tlaku je římo úměrná absolutní telotě:

5 / 0 = T/T 0 = / 0 Proedeme změnu stau ideálního lynu ze stau 1 do stau 2. Nejdříe budeme měnit tlak z 1 na 2 ři konstantní telotě (Boyleů zákon), o dosažení tlaku 2 = konst. budeme měnit objem z teloty T 1 na T 2 (Gay-Lussaců zákon) ak oměr objemů jednotliých staů: ak oměr objemů jednotliých staů: Poměr staoých eličin je ždy konstantní, roný lynoé konstantě. Znamená to, že okud zjistíme energetický obsah lynu ři určitých odmínkách 1, T 1 ři kterých máme 1, změní se objem ři odmínkách 2, T 2 na hodnotu 2. Ukážeme si řeočet staoýh arametrů odle staoé ronice ideálního lynu na říkladech. Př: Pneumatiky osobního ozu jsou ři telotě -10 C nahuštěny na tlak 180 kpa. Za ředokladu konstantního objemu yočítejte, jak se změní tlak o dosažení teloty 15 C. Řešení: Při konstantním objemu lynu lze oužít zákon Charlesů 1 / T 1 = 2 / T 2 Zadáno: V = konst T 1 = 273,15 + (-10) = 263,15 K 1 = 1,8.105 Pa T 2 = 273, = 288,15 K 2 =? o dosazení: 2 = 1. T 2 / T 1 = 1, ,15 / 263,15 = 1, Pa ýočet rozdílu tlaků: 1 = 180 kpa a 2 = 197,1 kpa = 2-1 = 197,1-180 = 17,1 kpa Tlak lynu neumatikách zroste o 17,1 kpa. Př: O kolik % se zětší objem 100 cm 3 kyslíku, zýší-li se za stálého tlaku jeho telota z 20 C na 80 C?

6 Řešení: Za konstantního tlaku latí zákon Gay-Lussaců: V 1 / T 1 = V 2 / T 2 Zadáno: = konst T 1 = 273, = 293,15 K V 1 = m 3 T 2 = 273, = 353,15 K V 2 =? o dosazení: V 2 = V 1. T 2 / T 1 = ,15 / 293,15 = 1, m 3 ýočet rozdílu objemů: V 1 = 100 cm 3 = 100% V 2 = 120,5 cm 3 = 120,5% V = V2 - V1 = 120,5-100 = 20,5 cm 3 = 20,5% Př: Určité množstí lynu zaujímá ři telotě 30 C a tlaku 109,3 kpa objem 270 cm 3. Jaký je objem tohoto množstí lynu ři normálních odmínkách? Řešení: Normáloé odmínky jsou t 0 = 15 o C a atmosférický tlak 0 = 0,1 MPa Použijeme staoou ronici e taru: 1. V 1 / T 1 = 2. V 2 / T 2 Zadáno: T 1 = 273, = 303,15 K 1 = Pa V 1 = 270 cm 3 T 2 = 273,15 K 2 = Pa V 2 =? o dosazení: V 2 = 1. V 1. T 2 / 2. T 1 = ,15 / ,15 = 262,43 cm 3 Odchylka reálných lynů od ideálního Reálné lyny, mj. zemní lyny, se odchylují sým choáním od staoé ronice ronice ideálních lynů V(,T )= nrt, oříadě ji slňují řibližně ouze ři nízkých tlacích. Tato odchylka se do konstanty k ronici [1] ři ýočtu dodaného energetického zboží zaádí tzn. korekčním faktorem faktor komresibility (Z ). Pak staoá ronice nabýá honoty: P*V( T x)=z( T x)*nrt [2] Pro čisté lyny je komresibilní faktor záislý ouze na telotě a tlaku [Z(,T )], ro směsi lynů záisí naíc i na složení [Z(,T,x)] kde x je ektor složení lynné směsi, jenž ředstauje soubor molárních zlomků směsi o n složkách x 1, x 2,, x n.

7 Přeočet objemu za roozních odmínek V na objem ři odmínkách ztažných V n a obráceně se roádí odle ronice která má tar: V n Tn Z V [3] V T Z n Stueň komresibility je oměr faktorů komresibility a yjadřuje se ronicí, která má tar: Z K [4] Z Stueň komresibility je tedy funkcí roozních i ztažných odmínek (telot a tlaků) a složení[k= f (, T,, T, x)] Pomocí ronice: T 1 V n n V T K [5] n Lze z naměřených hodnot POM (roozních hodnot) a stanoeného nebo yočteného stuně komresibility K yočte objem lynu ři ztažných odmínkách V n. Pro ideální lyn je Z =1; ro reálný lyn je Z funkcí tlaku lynu, teloty lynu a složení lynu. Odchylka faktoru komresibility Z od hodnoty 1 je ři nízkých tlacích neatrná, takže se dá řibližně alikoat zákon ideálního lynu. Nyní už můžeme řeočítat energetický obsah objemu lynných ali z normáloých odmínek na jmenoité ři ředání alia odběroém místě: Př: Sočítejte dodanou ráci (telo) lynárenskou solečností RWE - ZČP. Salné telo lynu je 10, 5 kwh/m3, jestliže na lynoměru byla odečtena sotřeba 5000 m3, Plynoměr je umístěn enku. řetlak lynu je 2 kpa, a odběroé místo je nadmořské ýšce 220 m.n.m. Řešení: - nejre se sočte řeočtoý objemoý koeficient. Vzhledem k tomu, že tlak lynu není yšší nebo roný tlaku 0,1 MPa, není třeba do ýočtu zahrnoat tz. stueň komresibility, res. jeho hodnota je 1. (S komresibilitou lynu se totiž uažuje u reálných lynů tere ři yšších tlacích, ři menších tlacích je možno ji zanedbat.). Podle tabulky (Technická raidla lyn (gas)) - TPG (růměrná roční hodnota atmosférického tlaku ro jednotlié obce ČR) je atmosférický tlak ro nadmořskou ýšku b = 98,9 kpa. Průměrná roční Nadmořská ýška místa odběru [m] hodnota barometrického tlaku [kpa] , , , , , ,3

8 350 97, , , , , , , , ,0 Pro lynoměry umístěné e ytáěných a temeroaných rostorách se ro maloodběratele oužíá ztah ro k do ronice [1]: k b 2,0 b 101,325 [ ] Není otřeba roádět řeočet na telotu, rotože se uažuje růměrná celoroční telota 15 C. Pro lynoměry umístěné mimo ytáěné a temeroané rostory se musí ale roést ještě řeočet na skutečnou telotu: Průměrná enkoní telota je 10 o C, a ak celý řeočetní ztah je: k T T * b Z * Z 288,15 2,0 b * [ ] 273, ,325 Výočet množstí dodané ráce (tela=q) kilowatthodinách je ak dán součinem: Q = V. k. H s = , ,50 = kwh Nyní umíme šechnu druhy energetického zboží očítat, měřit jejich směné hodnotě energetických jednotkách (schonost konat ráci). Můžeme tedy realizoat roces směny, který lze kantifikoat. Stačí ak yčíslit cenu za jednotku zboží a směna může být realizoána. Roněž tak lze roádět energetické bilance energetických systémech a energetických zařízeních.