Визначення фізико-хімічних показників паливних сумішей природного газу з воднем в газових мережах

Автор(и)

  • Юрій Йосипович Франчук Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0002-7910-8705
  • Володимир Волоимирович Косілов Акціонерне Товариство «Київгаз», Україна https://orcid.org/0009-0009-4949-4893
  • Юлія Ігорівна Ковальчук Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-2627-4459

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.318930

Ключові слова:

«зелений» водень, мережевий газ, теплота згоряння, число Воббе, межа спалаху

Анотація

Об'єктом дослідження є газова суміш природного газу з воднем.

Досліджено фізико-хімічні показники паливних сумішей природного газу з воднем з метою подальшого нормування вмісту водню в газотранспортній системі відповідно до державних стандартів України та Європейського Союзу. Вирішувалася проблема безпечного використання зеленого водню у суміші з природним газом.

 Визначено допустиму норму вмісту водню в міському мережевому газі на рівні 7 мольних %, що дозволить ефективно та безпечно використовувати існуючі газотранспортні системи. Наразі в умовах використання мережі низького тиску рекомендовано збільшення тиску на 4%. Це пояснюється тим, що теплота згорання природного газу регламентується кодексом газотранспортних і газорозподільчих систем, і повинна знаходитись в певних межах, дотримання саме такого вмісту водню в природному газі дозволяє утримувати цей показник у межах норми. Підвищення тиску на 4 % обумовлене збереженням теплової потужності газопальникових пристроїв за заміни одного газоподібного палива на інші.

Здійснено аналіз вмісту суміші горючих газів на нижній і верхній межі спалахування. Встановлено, що за 7 % вмісту водню діапазон спалахування знаходиться в межах 5,07–16,75 об’ємних відсотків, що перебуває в діапазоні допустимих значень 5–15 об.%. За умови збільшення вмісту водню в газі вибух може відбутися у більш широкому діапазоні концентрацій та потребуватиме додаткових заходів безпеки.

Визначена межа водню не впливає на показники вибуховості мережного газу і забезпечує безпечність його використання, оскільки нижня концентраційна межа займистості (за метаном) у суміші з повітрям в об’ємних відсотках складає 4,4, верхня – 17,0 об.% згідно з додатком 2 технічного регламенту

Біографії авторів

Юрій Йосипович Франчук, Київський національний університет будівництва і архітектури

Кандидат технічних наук

Кафедра теплогазопостачання і вентиляції

Володимир Волоимирович Косілов, Акціонерне Товариство «Київгаз»

Начальник

Лабораторія хроматографічного аналізу Управління аварійно-відновлювальних робіт

Юлія Ігорівна Ковальчук, Київський національний університет будівництва і архітектури

Кандидат технічних наук

Кафедра хімії

Посилання

  1. Zhan, X., Chen, Z., Qin, C. (2022). Effect of hydrogen-blended natural gas on combustion stability and emission of water heater burner. Case Studies in Thermal Engineering, 37, 102246. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.102246
  2. Zhou, D., Yan, S., Huang, D., Shao, T., Xiao, W., Hao, J. et al. (2022). Modeling and simulation of the hydrogen blended gas-electricity integrated energy system and influence analysis of hydrogen blending modes. Energy, 239, 121629. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121629
  3. Pylypenko, R. A., Smiyan, B. S., Tsvetkov, S. V., Pikashov, V. S., Melnikov, R. V., Logvinenko, D. M. (2022). Substitution of natural gas and mixtures of process gases. Energy Technologies & Resource Saving, 1, 24–32. https://doi.org/10.33070/etars.1.2022.03
  4. Volchyn, I. A., Yasynetskyi, A. O., Przybylski, W. (2022). Environmental aspects of green ammonia role in Ukrainian energy sector. Energy Technologies & Resource Saving, 2, 76–83. https://doi.org/10.33070/etars.2.2022.07
  5. Li, J., Lai, S., Chen, D., Wu, R., Kobayashi, N., Deng, L., Huang, H. (2021). A Review on Combustion Characteristics of Ammonia as a Carbon-Free Fuel. Frontiers in Energy Research, 9. https://doi.org/10.3389/fenrg.2021.760356
  6. Kyrychenko, V. I., Kyrychenko, V. V., Nezdorovin, V. P. (2022). The problem of hydrogen, hydrogen and atomic-hydrogen energy: physical, chemical and technological aspects, technical and economic analysis (review). Energy Technologies & Resource Saving, 3, 20–40. https://doi.org/10.33070/etars.3.2022.02
  7. Dolci, F., Thomas, D., Hilliard, S., Guerra, C. F., Hancke, R., Ito, H. et al. (2019). Incentives and legal barriers for power-to-hydrogen pathways: An international snapshot. International Journal of Hydrogen Energy, 44 (23), 11394–11401. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.045
  8. Kovač, A., Paranos, M., Marciuš, D. (2021). Hydrogen in energy transition: A review. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (16), 10016–10035. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.256
  9. Melaina, M. W., Antonia, O., Penev, M. (2013). Blending Hydrogen into Natural Gas Pipeline Networks: A Review of Key Issues. Office of Scientific and Technical Information (OSTI). https://doi.org/10.2172/1068610
  10. Samanta, S., Roy, D., Roy, S., Smallbone, A., Paul Roskilly, A. (2024). Modelling of hydrogen blending into the UK natural gas network driven by a solid oxide fuel cell for electricity and district heating system. Fuel, 355, 129411. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.129411
  11. Guandalini, G., Colbertaldo, P., Campanari, S. (2017). Dynamic modeling of natural gas quality within transport pipelines in presence of hydrogen injections. Applied Energy, 185, 1712–1723. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.03.006
  12. Mayrhofer, M., Koller, M., Seemann, P., Prieler, R., Hochenauer, C. (2021). Assessment of natural gas/hydrogen blends as an alternative fuel for industrial heat treatment furnaces. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (41), 21672–21686. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.228
  13. Nguyen, T. T., Park, J., Kim, W. S., Nahm, S. H., Beak, U. B. (2020). Effect of low partial hydrogen in a mixture with methane on the mechanical properties of X70 pipeline steel. International Journal of Hydrogen Energy, 45 (3), 2368–2381. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.11.013
  14. Patel, M., Roy, S., Roskilly, A. P., Smallbone, A. (2022). The techno-economics potential of hydrogen interconnectors for electrical energy transmission and storage. Journal of Cleaner Production, 335, 130045. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130045
  15. Kakoulaki, G., Kougias, I., Taylor, N., Dolci, F., Moya, J., Jäger-Waldau, A. (2021). Green hydrogen in Europe – A regional assessment: Substituting existing production with electrolysis powered by renewables. Energy Conversion and Management, 228, 113649. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113649
  16. Nykonorov, O. (2020). Rol hazotransportnoi infrastruktury Ukrainy v rozvytku vodnevoi enerhetyky. Netradytsiyni tekhnolohiyi ta enerhoefektyvnist, 5, 3–8.
  17. Soroka, B. S., Pianykh, K. Ye., Zghurskyi, V. O., Horupa, V. V., Kudriavtsev, V. S. (2020). Enerhetychni ta ekolohichni kharakterystyky pobutovykh hazovykh pryladiv pry vykorystanni metano-vodnevoi sumishi palyvnoho hazu. Netradytsiyni tekhnolohiyi ta enerhoefektyvnist, 6, 3–13.
  18. Iurzhenko, M. V., Kovalchuk, M. O., Kondratenko, V. Yu., Demchenko, V. L., Gusakova, K. G., Verbovskyi, V. S. et al. (2023). Influence of hydrogen-methane gas mixtures on the physical and chemical structure of polyethylene pipes of the operating gasdistribution networks of Ukraine. Technical Diagnostics and Non-Destructive Testing, 2, 41–46. https://doi.org/10.37434/tdnk2023.02.06
  19. Gondal, I. A. (2019). Hydrogen integration in power-to-gas networks. International Journal of Hydrogen Energy, 44 (3), 1803–1815. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.11.164
  20. Wahl, J., Kallo, J. (2020). Quantitative valuation of hydrogen blending in European gas grids and its impact on the combustion process of large-bore gas engines. International Journal of Hydrogen Energy, 45 (56), 32534–32546. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.08.184
  21. Kolienko, A. H. (2021). Vykorystannia sumishi pryrodnoho hazu i vodniu yak palyva v komunalno-pobutovykh promyslovykh palyvospaliuvadbnykh teploheneruiuchykh ustanovkakh. Naftova haluz Ukrainy. Netradytsiyni tekhnolohiyi, 4 (52), 25–30. Available at: https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/10188/1/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D1%96%D1%94%D0%BD%D0%BA%D0%BE.pdf
  22. Pro vnesennia zmin do deiakykh zakoniv Ukrainy shchodo zaprovadzhennia na rynku pryrodnoho hazu obliku ta rozrakhunkiv za obsiahom hazu v odynytsiakh enerhiyi. Available at: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1850-20#Text
  23. DBN V.2.5-20:2018. Gas Supply (2019). Kyiv. Available at: https://dreamdim.ua/wp-content/uploads/2019/04/DBN-V2520-18_Gas.pdf
Визначення фізико-хімічних показників паливних сумішей природного газу з воднем в газових мережах визначення

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-30

Як цитувати

Франчук, Ю. Й., Косілов, В. В., & Ковальчук, Ю. І. (2024). Визначення фізико-хімічних показників паливних сумішей природного газу з воднем в газових мережах . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (132), 49–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.318930

Номер

Том 6 № 6 (132) (2024): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Yuriі Franchuk, Volodymyr Kosilov, Yuliia Kovalchuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.