Budowa mobilnego stanowiska badawczego

Podczas prac nad Mobilną Stacją powstało 7 różnych koncepcji systemu dystrybucji bio-gazu w zbiornikach wysokociśnieniowych. Wersje różniły się między sobą przede wszystkim liczbą użytych komponentów (głównie zaworów), sposobem spełnienia wy-magań określonych powyżej oraz przede wszystkim funkcjonalnością gotowego obiektu. Dokumentacja procesowa w formie diagramów oprzyrządowania i orurowania dla dwóch wybranych testowych wiązek butlowych przedstawiono w dalszej części rozdziału. Schemat orurowania i oprzyrządowania szerzej znany w praktyce jako P&ID – jest sche-matem w procesie produkcyjnym pokazującym orurowanie pojedynczego systemu, jego części lub detalu wraz z urządzeniami i oprzyrządowaniem. W inżynierii procesu P&ID jest używane do przedstawienia procesu w postaci graficznej. Schematycznie ukazane jest wyposażenie, wiązki rurowe i funkcje kontrolne. Diagram P&ID jest pomocny pod-czas procesu konstrukcyjnego, gdy trudno jest w początkowej fazie przedstawić sekwen-cję zdarzeń i funksekwen-cję poszczególnych komponentów.

W projektowaniu rozproszonych systemów dystrybucji biogazu, P&ID w formie dia-gramu jest również niezbędne do budowy modeli CAD 3D prototypów oraz finalnych produktów oraz dokumentacji ewentualnych zmian w procesie zasilania i opróżniania bu-tli ciśnieniowych biogazem. Zaletą diagramów OO (P&ID) jest ich uniwersalność wyni-kająca z zastosowania określonego zbioru symbolów. Wybrane z nich wraz z wyjaśnie-niem przedstawiono na rysunku 58.

Do prawidłowego stworzenia P&ID, konieczne jest zdefiniowanie wymagań technicz-nych dla potrzeb konstrukcji rozproszotechnicz-nych systemów dystrybucji biogazu. W przypadku przyjęcia formy transportu biogazu skompresowanego w zbiornikach, klasyfikuje się ta-kie systemy jako MEGC, tj. wieloelementowe kontenery do gazu.

Wymogi postawione takim obiektom, np. mobilność, modułowość i elementy takie jak np. wiązki butlowe, butle z kompozytów, definiują stację jako konstrukcję rozpoznawaną pod nazwą MEGC.

Rysunek 58. Symbole komponentów użyte w P&ID Najważniejsze wymagania techniczne przedstawiono poniżej:

• Każdy otwór do napełniania i rozładunku MEGC powinien być wyposażony w zlokalizowane w dostępnym miejscu, dwa zawory umieszczone kolejno jeden za drugim na każdym przewodzie rurowym do napełniania i rozładunku. Jeden z zaworów może być zaworem zwrotnym.

• Sekcje przewodów rurowych, które mogą być zamykane z obu końców i gdzie może być zatrzymany ciekły produkt, powinny mieć zawór obniżający ciśnienie, zapobiegający jego nadmiernemu wzrostowi.

• Główny zawór odcinający w MEGC powinien być wyraźnie zaznaczony ze wskazaniem kierunków jego zamykania.

• Wszystkie zawory odcinające powinny być zaprojektowane i umieszczone w taki sposób, aby uniemożliwiały przypadkowe otwarcie.

• Do produkcji zaworów lub akcesoriów powinny być użyte metale ciągliwe. • Jeżeli jest to wymagane przez właściwą władzę kraju użytkowania, to MEGC

dla innych gazów powinny być zaopatrzone w urządzenia obniżające ciśnienie dopuszczone przez tę właściwą władzę.

• Jeżeli zastosowane są urządzenia obniżające ciśnienie, to każdy element lub grupa elementów w MEGC, które mogą być odcinane, powinny być zaopatrzone w jedno lub więcej urządzeń obniżających ciśnienie.

• Całkowita przepustowość urządzenia obniżającego ciśnienie, jeżeli jest zamon-towane, powinna być dostateczna aby, w przypadku całkowitego objęcia MEGC pożarem, ciśnienie (uwzględniając jego wzrost) wewnątrz elementów nie prze-kraczało 120% nastawionego ciśnienia otwarcia urządzenia obniżającego ciśnie-nie.

W dalszej części rozdziału przedstawiono wybrane koncepcje testowej wiązki butlowej. Zawór kulowy Zakres: 0-400 bar I-1 Zawór nadmiarowy-bepieczeństwa Zawór zwrotny Zawór kulowy 3-drogowy Zawór odcinający Manometr Manometr względny

Koncepcja oparta na dwóch zbiornikach

Jedno z opracowanych rozwiązań cechowało się zastosowaniem dwóch zbiorników o róż-nych ciśnieniach tankowania każdy, jednym stalowym i jednym kompozytowym, które były połączone wspólnym orurowaniem. Dzięki odpowiedniemu doborowi komponen-tów, możliwe było zapewnienie wielu trybów pracy takiego układu, pozwalając tym sa-mym na jednoczesne składowanie gazu pod różnym ciśnieniem bez konieczności demon-tażu zbiorników. P&ID tego rozwiązania przedstawiono na rysunku 59. Wadą tego roz-wiązania jest wysoki koszt jego wykonania z uwagi na zastosowanie zbiornika kompo-zytowego oraz dużej ilości oprzyrządowania w postaci zaworów. Dodatkowe uwzględ-nienie kompresora w zaprojektowanej testowej wiązce butlowej znacząco wpłynęło na gabaryty tego rozwiązania. Jest to niekorzystne z punktu widzenia mobilności testowej wiązki.

Koncepcja oparta na ramie ze stopów lekkich

W wyniku konsultacji z wykonawcą prototypu oraz ograniczonych środków na jego bu-dowę dokonano modyfikacji projektu stanowiska badawczego w postaci testowej wiązki butlowej. Oprzyrządowanie i orurowanie umożliwiało zatankowanie i roztankowanie gazu oraz pomiar ciśnienia sprężanego medium za pomocą manometru. Modyfikacja ta nie wpłynęła na zakres przeprowadzonych badań. Niemniej jednak nie zastosowano w nowej instalacji przemiennego tankowania bezpośrednio do wiązki kompozytowej lub stalowej. Stworzony prototyp cechował się zastosowaniem jednego zbiornika, co miało na celu zmniejszenie czasu trwania procesu tankowania oraz roztankowania z uwagi na mniejszą pojemność wodną instalacji. Tankowanie gazu do wiązki kompozytowej po uprzednim tankowaniu do zbiornika stalowego wymaga opróżnienia układu oraz manu-alnej wymianie zbiornika na stanowisku badawczym. Zmiana ta wymaga także przepro-wadzenia dodatkowego badania szczelności układu po zamianie zbiorników.

Prototyp, na bazie którego dokonano badania procesu sprężania na przykładzie gazu ziemnego składał się z ramy wykonanej ze stopów lekkich umieszczonej na europalecie, zbiornika stalowego przeznaczonego do składowania CNG oraz oprzyrządowania i oru-rowania umożliwiającego wielokrotne tankowanie i roztankowanie gazu. Masa całego prototypu wynosiła około 100 kg a dzięki zastosowaniu standardowej europalety moż-liwy był łatwy transport opracowanego rozwiązania. Schemat układu nowego rozwiąza-nia prototypu przedstawiono na rysunku 60, a zdjęcie kompletnego prototypu na rysunku 61.

Opracowany i wykonany prototyp posiadał standardowe przyłącze do tankowania gazu zgodne z wymogami dla pojazdów zasilanych skompresowanym gazem ziemnym. Zasto-sowanie reduktora na wyjściu z instalacji umożliwiło roztankowanie stacji przy ciśnieniu wyjściowym na poziomie 6 barów. Zrezygnowano natomiast z zastosowania układu dwóch zbiorników z przemiennym sposobem tankowania, gdyż nie występuje on w kon-cepcji pełnowymiarowej stacji biogazu i stanowił jedynie ułatwienie w procesie przepro-wadzania pomiarów.

Rysunek 60: Schemat P&ID wybranego wariantu testowej wiązki butlowej, wersja 2.