Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Analiza wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na szczelność połączeń mechanicznych wybranych elementów sieci i instalacji gazowych / Analysis of the effect of adding hydrogen to natural gas on the tightness of mechanical connections of selected elements of networks and gas installations

Autorzy: Piotr Szewczyk, Jacek Jaworski

Recenzenci:
dr hab. inż. Andrzej Barczyński
dr inż. Krystian Liszka

Streszczenie

Jednym ze sposobów wykorzystania energii elektrycznej pozyskiwanej z odnawialnych źródeł energii jest produkcja wodoru, który w wyniku spalania wytwarza jedynie parę wodną. Dodanie wodoru do gazu ziemnego, a następnie jego spalanie, będzie powodowało mniejszą emisję dwutlenku węgla, sprawiając, że paliwo to stanie się bardziej przyjazne środowisku.

Wodór dodawany do gazu ziemnego może być przesyłany gazociągami przesyłowymi, a następnie poprzez sieci dystrybucyjne docierać do odbiorców przemysłowych i indywidualnych. Ze względu na znacznie mniejszą gęstość wodoru od gazu ziemnego istotne jest zachowanie szczelności połączeń mechanicznych elementów sieci i instalacji gazowych. W publikacji przedstawiono wyniki prowadzonych w INiG-PIB badań wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na szczelność połączeń wybranych elementów instalacji i sieci gazowych. Według opracowanej metodyki przeprowadzono badania wybranych elementów sieci i instalacji gazowej, w których połączenia wykonywane były różnymi metodami oraz z zastosowaniem różnorodnych materiałów uszczelniających. W przypadku rur stalowych, stosowanych w instalacjach gazowych w budynkach, łączonych za pomocą połączeń gwintowych ze szczelnością uzyskiwaną na gwincie próbki do badań przygotowane zostały z zastosowaniem pakuł lnianych z pastą uszczelniającą, taśm i nici teflonowych oraz klejów anaerobowych. Próbki wykonane z rur miedzianych łączone były złączkami zaprasowywanymi. Inne elementy instalacji, takie jak elastyczne przewody rozciągliwe i nierozciągliwe oraz szybkozłącze gazowe z metalowym przewodem elastycznym, łączono między innymi za pomocą połączeń gwintowych ze szczelnością uzyskiwaną poza gwintem, gdzie materiałem uszczelniającym były uszczelki gumowe NBR oraz z klingerytu. Elementy sieci gazowych łączono za pomocą połączeń gwintowych z pakułami i pastą uszczelniającą, śrubunków oraz kołnierzy stalowych i polietylenowych (uszczelnienie uszczelką płaską z NBR i klingerytu). Badaniom poddano również połączenia PE/stal. Badania polegały na wykonaniu prób szczelności przygotowanych próbek z zastosowaniem metanu, a następnie metanu z dodatkiem 15% wodoru. Wykonano również badania na próbkach z symulowanymi nieszczelnościami. Na podstawie przeprowadzonych badań i analizy ich wyników stwierdzono, że dodanie 15% wodoru do metanu nie spowodowało nieszczelności łączonych elementów. Ponadto stwierdzono, że w przypadku wystąpienia nieszczelności w elementach instalacji czy sieci gazowej mieszanka metanu z wodorem będzie wypływała szybciej niż gaz ziemny i w zamkniętych pomieszczeniach może powodować osiągnięcie w krótszym czasie dolnej granicy wybuchowości.

Słowa kluczowe: wodór ze źródeł odnawialnych, gaz ziemny, gazociąg, domowa instalacja gazu, szczelność, połączenia mechaniczne

Abstract

One of the ways to use electrical energy obtained from renewable energy sources is hydrogen production, which produces only energy and water vapour when burned. Adding hydrogen to natural gas and burning it will lower carbon dioxide emission, making this fuel more eco-friendly.

Hydrogen added to natural gas can be transported using gas transmission pipelines and can then be provided to industrial and individual consumers via a distribution pipeline network. Due to the much lower density of hydrogen compared to natural gas, it is especially important to maintain the tightness of mechanical connections of network elements and gas installations. This publication presents the results of research carried out at the Oil and Gas Institute-National Research Institute on the influence that adding hydrogen to natural gas has on the tightness of connections of selected elements of gas installations and networks. According to the developed methodology, tests were performed on selected elements of gas networks and gas installations, in which joints were made using differing methods and using various sealing materials. In the case of steel pipes used in gas installations in buildings, joined by means of threaded connections with tightness obtained on the thread, the test samples were prepared with the use of linen hemp with sealing paste, Teflon tapes and threads, and anaerobic adhesives. Samples made of copper pipes were joined with press fittings. Other installation elements - such as flexible hoses, both extensible and non-extensible, and metal hose assemblies - were attached by means of threaded connections with tightness obtained beyond the thread; the sealing material was NBR rubber gaskets and klingerite. The gas network elements were connected by means of threaded connections with hemp and sealing paste, flare fittings, and steel and polyethylene flanges (sealing with a flat gasket made of NBR and klingerite). PE/Steel connectors where also tested. The tests included tightness tests of the prepared samples with the use of methane, and then a mix of 85% methane and 15% hydrogen. The tests on samples with simulated leaks were also performed. Based on the tests and the analysis of the results, it was found that adding the hydrogen to the methane did not cause leaks in the joined elements. In addition, it was found that in the case of leaks appearing in elements of installations or gas networks, the methane-hydrogen mixture flows out faster than methane alone, and in closed rooms this may result in the lower explosion limit being reached in a shorter time.

Keywords: hydrogen from renewable sources, natural gas, gas pipeline, domestic gas installation, tightness, mechanical connections

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.