Фізико-хімічні параметри природного газу

ЯКІСТЬ ПРИРОДНОГО ГАЗУ, ЩО ПОДАЄТЬСЯ СПОЖИВАЧАМ

Якість природного газу – це відповідність значень його фізико-хімічних показників встановленим нормативними документами.

Згідно з міждержавним ГОСТ 5542-87 «ГАЗЫ ГОРЮЧИЕ ПРИРОДНЫЕ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ. Технические условия» за фізико-хімічними показниками природні горючі гази повинні відповідати вимогам та нормам, що наведені у таблиці.

Наименование показателя	Норма	Метод испытания
1. Теплота сгорания низшая, МДж/м3 (ккал/м3), при 20°С 101,325 кПа, не менее	31,8 (7600)	ГОСТ 27193-86 ГОСТ 22667-82 ГОСТ 10062-75
2. Область значений числа Воббе (высшего), МДж/м3 (ккал/м3)	41,2-54,5 (9850-13000)	ГОСТ 22667-82
3. Допустимое отклонение числа Воббе от номинального значения, %, не более	5	–
4. Массовая концентрация сероводорода, г/м3, не более	0,02	ГОСТ 22387.2-83
5. Массовая концентрация меркаптановой серы, г/м3, не более	0,036	ГОСТ 22387.2-83 ГОСТ 22387.3-77
6. Объемная доля кислорода, %, не более	1,0	ГОСТ 23781-83
7. Масса механических примесей в 1 м3, г, не более	0,001	ГОСТ 22387.4-77
8. Интенсивность запаха газа при объемной доле 1% в воздухе, балл, не менее	3	ГОСТ 22387.5-77

Визначення якісних показників природного газу, що надходить в Україну, тобто визначення відповідності його фізико-хімічних показників (далі – ФХП) тим, що обумовлені контрактами, здійснюється на газовимірювальних станціях та пунктах вимірювання витрати газу (ГВС та ПВВГ), які розташовані на вході магістральних газопроводів в Україну. ГВС та ПВВГ оснащені сучасними основними і дублюючими автоматизованими комплексами обліку газу з фіскальним енергонезалежним архівом кількості та компонентного складу газу, а також втручань. Визначення ФХП газу, що надходить на територію України, проводиться щодобово в хіміко-аналітичних лабораторіях та за допомогою потокових хроматографів, встановлених на ГВС.

Контроль за роботою вимірювальних комплексів та надходженням газу в українську ГТС здійснюється представниками Національної акціонерної компанії «Нафтогаз України», які постійно знаходяться на кожній ГВС. ФХП газу, що надходить з газотранспортної системи до газорозподільних мереж, вимірюються та контролюються на газорозподільних станціях (ГРС), які встановлені на виході з газотранспортної системи. Для проведення аналізу якості газу в ДК «Укртрансгаз» створено 69 хіміко-аналітичних лабораторій, які акредитовані та атестовані Держспоживстандартом. Всі хіміко-аналітичні лабораторії відповідають санітарним нормам, правилам та вимогам охорони праці й протипожежної безпеки, оснащені сучасним обладнанням – хроматографами, фотокалориметрами, вологомірами, гігрометрами, вагами аналітичними тощо.

Перевірка якості газу, що надходить з газотранспортної системи до газорозподільних мереж проводиться один раз на тиждень. Результати аналізу ФХП газу оформлюються у вигляді протоколу якості газу, який затверджується керівником лінійно-виробничого управління ДК «Укртрансгаз», один екземпляр якого надається підприємствам, що здійснюють експлуатацію газорозподільних мереж.

Перевірку якості (калорійності) природного газу, що використовує населення, може бути здійснено за заявою громадян, на умовах передбачених постановою КМУ від 9 грудня 1999р. №2246 та постановою НКРЕ України від 29 грудня 2003 року №476 «Про затвердження Порядку відшкодування збитків, завданих споживачеві природного газу внаслідок порушення газопостачальною або газотранспортною організацією «Правил надання населенню послуг з газопостачання».

Тобто, у разі виникнення сумнівів, споживач може самостійно замовити проведення додаткового аналізу ФХП газу.

Крім того, аналіз якості природного газу в нафтогазовій галузі України протягом майже 20 років виконує УкрНДІгаз, на який з 1999 року було покладено функції галузевого Центру з контролю якості газу Національної акціонерної компанії «Нафтогаз України».

За результатами аналізів цього Центру теплота згоряння нижча (калорійність) природного газу на території України змінюється в межах 8 000-8250 ккал/м³, що перевищує значення калорійності газу, встановлені ГОСТ 5542-87 – не нижче 7600 ккал/м³.

ЯКІСТЬ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ДЛЯ СПОЖИВАЧІВ В УКРАЇНІ ВІДПОВІДАЄ ЯКОСТІ ГАЗУ У КРАЇНІХ ЄВРОПИ

В Україні фізики-хімічні показники (далі – ФХП) природного газу регламентуються чинним стандартом ГОСТ 5542 “Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия”. Цим стандартом встановлено, що нижча теплота згоряння природного газу повинна бути не нижчою за 31,8 МДж/м³ (7600 ккал/м³) при стандартних умовах, які встановлено чинним ГОСТ 2939-63 “Газы. Условия для определения объема”:

а) температура 20 ⁰С (293,15 К);

б) тиск 760 мм вод. ст. (101,325 кПа).

В Польщі, Німеччині та Австрії за стандартної температури 0 ⁰С у одному кубічному метрі знаходиться на 7,2% більше природного газу, ніж в Україні (стандартна температура 20 ⁰С). В Угорщині ті Італії стандартна температура становить 15 ⁰С, тобто кількість природного газу в одному кубічному метрі на 1,7% більша.

При визначенні теплоти згоряння природного газу (калорійності) в європейських країнах використовуються різні значення кінцевої температури продуктів згоряння, беруться значення вищої або нижчої теплоти згоряння.

У цілому це зумовлює відмінність до 19% значення теплоти згоряння природного газу одного і того ж складу в залежності від встановлених у конкретній країні стандартних умов.

Як показує аналіз норм, за якими працюють газотранспортні компанії Європи, мінімальні допустимі значення теплоти згоряння природного газу (з приведенням до стандартних умов України), зокрема в Угорщині (6528 ккал/м³), Словаччині (7326 ккал/м³) та Італії (7387 ккал/м³) є меншими, ніж допустимі значення стандарту ГОСТ 5542. У той же час, у Польщі, Австрії, Болгарії та Німеччині вони більші ніж у ГОСТ 5542. Тобто цей стандарт встановлює вимоги до ФХП природного газу, які в основному не суперечать європейським.

Якість природного газу у країнах Європи

Slovakia	http://www.eustream.sk
Romania	http://www.transgaz.ro
Bulgaria	http://www.bulgartransgaz.bg
Poland	http://en.gaz-system.pl
Hungary	http://fgsz.hu
Italy	http://www.snamretegas.it
Germany	https://www.grtgaz-deutschland.de

Надана інформація свідчить, що один і той самий газ у різних країнах характеризується різними значеннями об’єму та питомим вмістом енергії.

Кодексом газотранспортної системи, затвердженим постановою НКРЕКП від 30.09.15 №2493, встановлюються норми якості, фізико-хімічні показники та інші характеристики природного газу, що допускається до транспортування в газотранспортній системі. Однак при цьому ним не регламентується допустиме значення числа Воббе.

Реально за останні десять років нижча теплота згоряння природного газу в Україні становить 8300 ± 300 ккал/м³ (максимальне відхилення становить ±3,6%).

Діапазон допустимих значень надлишкового тиску природного газу, що постачається населенню, визначається нормативними документами.

Згідно з п.3. (таблиця 1) ДБН В.2.5-20-2001 “Інженерне обладнання будинків і споруд. Зовнішні мережі та споруди. Газопостачання”, затверджені Наказом Держбуду України від 23.04.01 №101 і введені в дію з 1 серпня 2001 р., в газопроводах максимальна різниця тиску всередині труби і зовні (надлишковий тиск), що подається до газовикористовуючого обладнання у житлових будинках, становить 306 мм вод. ст. (3 кПа).

Згідно з п. 2.5 Правил безпеки систем газопостачання, затверджених наказом Міненерговугілля від 15.05.15 №285, для систем газопостачання низького тиску до 306 мм вод. ст. (300 даПа) нижня межа встановлюється газорозподільним підприємством так, щоб перед газовикористовуючим обладнанням споживача, яке приєднане до газопроводу у найбільш віддаленій від газорегуляторного пункту (далі – ГРП) точці, надлишковий тиск був не менше ніж 71 мм вод. ст. (70 даПа).

Чинними в Україні національними стандартами на прилади або водогрійні котли, що працюють на газоподібному паливі, встановлюються вимоги до допустимих діапазонів (надлишкового) тиску та концентрації компонентів природного газу, у межах яких повинне забезпечуватись безпечне та ефективне згоряння палива. Зокрема конструкція газових плит, які випускаються згідно з ДСТУ 2204-93 (ГОСТ 10798-93) “Плити газові побутові. Загальні технічні умови”, повинна забезпечувати повне безпечне спалювання природного газу (без відриву полум’я, за відсутності язиків жовтого полум’я та без проскакування полум’я всередину пальника) при роботі за двох значень номінального (надлишкового) тиску: 130 мм вод. ст. (1,274 кПа) або 200 мм вод. ст. (1,960 кПа). Визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) плит газових номінального (надлишкового) тиску 130 мм вод. ст. проводиться за граничних значень тиску 65 та 180 мм вод. ст. (0,640 та 1,764 кПа), а для плит номінального (надлишкового) тиску 200 мм вод. ст. – за 150 та 280 мм вод. ст. (1,470 та 2,744 кПа). Варто зазначити, що максимальна ефективність використання палива забезпечується за номінального тиску. При відхиленні тиску від номінального значення суттєво знижується ККД газовикористовуючого обладнання. Відповідно, це зумовлює збільшення необхідного обсягу використання природного газу, що відображається у показах лічильника газу.

Згідно з вимогами стандарту ДСТУ 2204-93 при випуску з виробництва ККД пальників газових плит з номінальною тепловою потужністю понад 1,05 кВт повинен становити не менше 59%.

Більшість плит вітчизняного виробництва потребують надлишкового тиску перед пальником 130 мм вод. ст. Натомість закордонні плити розраховані на роботу з тиском 200 мм вод. ст. Оскільки при меншому надлишковому тиску швидкість витікання газу з сопла пальника зменшується, то щоб отримати необхідну кількість газу потрібно більше часу. При експлуатації в умовах газорозподільних мереж України за тиску 130 мм вод. ст. плит, які призначені для роботи за тиску 200 мм вод. ст., витрата природного газу і відповідно потужність кожного пальника плити буде знижена майже на чверть. Тому час закипання одного і того ж чайника на однакових плитах в Україні за тиску 130 мм вод. ст. і Італії за тиску 200 мм вод. ст. буде суттєво відрізнятися. А при надлишковому тиску, меншому за 100 мм вод. ст., взагалі говорити про будь-який прийнятний ККД газових плит марно.

Протягом доби в розподільних мережах України через нерівномірне використання споживачами природного газу відбувається значна зміна тиску. Як правило населення використовує в основному природний газ (для приготування їжі та підігрівання води) у ранкові та вечірні години. У цей час тиск у мережах знижується. Тому час закипання чайника о четвертій години дня у порівнянні з четвертою годиною ночі може відрізнятись більше ніж на 50 відсотків. Надлишковий тиск у трубопроводі знижується при збільшенні витрати газу, у тому числі особливо перед газовикористовуючим обладнанням споживача, яке приєднане до газопроводу у найбільш віддаленій від ГРП точці. Таке збільшення витрати зокрема відбувається зі зниженням температури навколишнього повітря в зимовий період, коли газ починає інтенсивно використовуватися для опалення. Надлишковий тиск залежить від висоти розташування газопроводу і зростає при збільшенні висоти точки відбору газу. Так, якщо від ГРП, що знаходиться в низині, відходить трубопровід низького тиску, то на узвишші висотою 100 м надлишковий тиск у трубі додатково зростає приблизно на 40 мм вод. ст.

Випробування газовикористовуючих приладів попередньо проводять за номінального тиску, визначаюючи їх теплову потужність, яку перевіряють з використанням еталонного газу G20 (що відповідає природному газу, до складу якого входить лише метан). У подальшому прилади випробують згідно з національним стандартом України ДСТУ ГОСТ EN 437:2014 “Випробувальні гази. Випробувальний тиск. Категорії приладів”, який ідентичний до відповідного європейського стандарту за максимальних та мінімальних значень тиску, а також з використанням випробувальних газів G21, G22 та G23 (які відповідають природному газу зі збільшеним вмістом азоту, важких вуглеводнів, водню тощо).

Зокрема, перевірку роботи газових плит щодо умов повного згоряння палива (за відсутності жовтих язиків полум’я) виконують з використанням газової суміші з 87% метану та 13% пропану. Перевірку за умови відсутності відриву полум’я виконують з використанням газової суміші з 92,5% метану та 7,5% азоту. Вміст зазначених складових газу відповідає граничним значенням, за яких забезпечується безпечна робота газових плит.

Таким чином, якщо конструкція газових плит відповідає вимогам стандарту ДСТУ 2204-93, а на спалювання подається природний газ, збагачений азотом з вмістом азоту понад 7,5%, то виникає реальна загроза зриву полум’я, що за найменшого поруху повітря може призвести до затухання горіння та утворення у приміщенні вибухонебезпечної суміші. Як правило, кількість азоту у природному газу складає кілька відсотків. З врахуванням вартості видобутку азоту його підмішування до природного газу в допустимих з точки безпеки межах (до 7,5%) є економічно недоцільним.

Якщо ж на спалювання подається природний газ, який містить важкі вуглеводні, зокрема, коли у суміші вміст пропану перевищує 13%, то виникає реальна загроза утворення та накопичення продуктів неповного згоряння у вигляді шкідливих речовин (чадного газу, вільних радикалів тощо).

При цьому підмішування до природного газу додаткової кількості азоту у жодному разу не може призвести до виникнення червоних язиків полум’я (лише може мати місце відрив полум’я від пальника). Для утворення червоних язиків полум’я у природний газ потрібно ввести важкі вуглеводні, що однозначно зумовить збільшення теплоти згоряння суміші у порівнянні з теплотою згоряння початкового газу.

Одночасно варто врахувати, що горіння газу на газовому пальнику з утворенням жовтих або червоних язиків полум’я може бути викликане недостатньою кількістю повітря, яке надходить для горіння газу:

– через забруднення інжектора пальника;

– через встановлення на плиті громіздких кухонних або побутових засобів (великих каструль, виварок тощо);

– у зв’язку з недостатньою циркуляцією свіжого повітря (кратність годинної циркуляції має перевищувати 3);

– через використання газової плити з соплами для природного газу для спалювання зрідженого (скрапленого) газу (пропан-бутанової суміші).

Крім того, забруднення природного газу твердими частками, через порушення режимів роботи фільтрів (при різкому збільшенні витрати газу у періоди різких похолодань), а також утворення краплинок конденсату води чи важких вуглеводнів (під час значних похолодань), можуть також призвести до згоряння природного газу з жовтими чи червоним язиками в полум’ї.

Зниження потужності газової плити може бути зумовлене:

– зниженням тиску природного газу менше номінального значення;

– подаванням до газової плити з номінальним тиском 200 мм вод. ст. з розподільної мережі газу з номінальним тиском 130 мм вод. ст.;

– забрудненням газового сопла пальника;

– використанням газової плити з соплами для зрідженого (скрапленого) газу (пропан-бутанової суміші) для спалювання природного газу.

Зниження ефективності роботи (ККД) газової плити може бути викликане:

– забрудненням газового сопла пальника або інжектора;

– невідповідністю тиску природного газу номінальному значенню;

– недостатньою циркуляцією свіжого повітря (кратність годинної циркуляції має перевищувати 3);

– недостатньою відстанню верхнього краю решітки столу газової плити (дна каструлі) від полум’я пальника;

– малою площею дна каструлі, яка контактує з полум’ям пальника.

Таким чином, перед купівлею газовикористовуючого обладнання необхідно погодити його встановлення з газорозподільним підприємством, що транспортує природний газ до вашої оселі.

При виявленні порушень роботи газовикористовуючих приладів (відповідно до Кодексу газорозподільних систем, затвердженого постановою НКРЕКП від 30.09.15, №2494 далі – Кодекс) споживачу газу необхідно письмовою заявою звернутись до відповідного газорозподільного підприємства стосовно контролю тиску та теплоти згоряння природного газу в розподільних мережах. Газорозподільне підприємство (як оператор газорозподільної мережі) протягом п’яти робочих днів з дня надходження такої заяви надає споживачу копії паспорта фізико-хімічних показників природного газу за останній календарний місяць, погодженого з Оператором газотранспортної системи. У разі надходження відповідної заяви Оператор газорозподільної мережі зобов’язаний направити свого представника для перевірки тиску газу та/або фізико-хімічних показників газу, що надходить споживачеві, за місцем виклику протягом двох робочих днів у містах і п’яти календарних днів у сільській місцевості в узгоджений із споживачем час. Якщо за результатами перевірки величини тиску та/або фізико-хімічних показників газу Оператором газорозподільної мережі буде підтверджено факт їх невідповідності вимогам Кодексу, Оператор газорозподільної мережі здійснює перерахунок об’ємів (обсягів) розподіленого/спожитого природного газу по об’єкту споживача відповідно до вимог Кодексу, а споживач отримує від Оператора газорозподільної мережі компенсацію, яка розраховується відповідно до глави 3 розділу 2 Кодексу. В іншому випадку споживач повинен компенсувати Оператору газорозподільної мережі витрати, понесені ним на перевірку якості та тиску газу.

Варто розрізняти якість природного газу та якість послуг з розподілу природного газу. Якість природного газу – відповідність ФХП вимогам нормативних документів, які залежать від джерел надходження газу, і на які газорозподільні підприємства реального пливу не мають. Натомість якість послуг з розподілу природного газу – відповідність вимогам нормативних документів величин тиску, вмісту вологи та твердих часток у природному газі, який надходить до споживача. Вона визначається якістю експлуатації газорозподільних мереж та якістю послуг з технічного обслуговування обладнання, правильності вибору режиму роботи (режимних карт) ГРП (особливо в умовах осінньо-зимового періоду), стану регуляторів тиску, фільтрів, збірників конденсату води та важких вуглеводнів тощо.

Та не менш важливим для якісного використання природного газу є правильність експлуатації користувачем побутового газового обладнання (відчинена кватирка, чистий вентиляційний канал, правильно вибраний розмір кухонного посуду, висота решітки на плиті тощо). Крім того, ефективність та безпечність використання газу забезпечується якісним, кваліфікованим та своєчасним обслуговуванням газовикористовуючих приладів у споживача (правильний монтаж, налаштування, перевірка герметичності та періодичне очищення від забруднення під час експлуатації тощо) працівниками спеціалізованих сервісних центрів.