Jiří G.K. Ševčík

Značná pozornost věnovaná v současnosti plynným palivům má několik racionálních důvodů. Plynná paliva mohou být částečně vytvářena z obnovitelných zdrojů, např. bioplyn, skládkový plyn, apod., zásoby zemního plynu (těžitelné zásoby zemního plynu se odhadují na 164*10⁹ m³) převyšují zásoby ropy minimálně o 25 let, aniž by byly zvažovány potenciální zásoby plynových hydrátů pod dny oceánů (zásoby plynových hydrátů se odhadují na 21*10¹⁵ m³), významné zdroje zemního plynu se nacházejí mimo arabský svět, spalování plynných paliv je velmi účinné a nezatěžuje životní prostředí nespálenými uhlovodíky. Výše uvedené skutečnosti se odrážejí jak v politických rozhodnutích, tak i v nových technologiích zpracování průmyslových i komunálních odpadů.

Zemní plyn tvoří významnou komoditu českého hospodářství. Roční spotřeba zemního plynu v České republice je kolem 9,7 miliard m³ a transitním vedením je přes území ČR přepravováno kolem 55 miliard m³. Bez nadsázky lze řící, že zemní plyn tvoří největší objem sledovaného průmyslového produktu v ČR (kolem 65 km³). Jelikož veškeré výše uvedené objemy jsou řízeny odběratelsko dodavatelskými smluvními vztahy v celkové výši kolem 150 miliard CZK za rok, je zřejmé, že kontrole jakosti zemního plynu je věnována značná pozornost.

Plynná paliva jsou rozvíjející se technologií, která je podpořena závaznou směrnicí EU o snížení množství skládkovaného odpadu a jeho využití jako alternativní zdroj energie. S výrobou a využitím bioplynu a jejich mísením s jinými plyny bude narůstat množství záměnných plynů a tak i význam jejich správného vzorkování pro potřeby regulace průtoků plynů s definovanou hodnotou spalného tepla.

Vzorkování plynů se řídí stejnými pravidly jako kterékoli jiné skupenství. Proto primárním krokem je formulace zadání, pro které má vzorkování sloužit, specifikace výběrových kriterií posuzujících celek, vytvoření modelu časové a prostorové proměnlivosti vlastností posuzovaného celku, výběr vhodných nástrojů pro odběr dílčích vzorků a provozní požadavky na odběr a požadavky a instrukce týkající se metod a kriterií pro postup úpravy vzorku.

Celek hromadného materiálu zemního plynu je obecně heterogenní ve svém složení uhlovodíků (minimálně 85% methanu, maximálně 7% ethanu, 3% propanu, 2% sumy butanů a 0,5% ΣC₅+), vlhkosti a množství inertních plynů a sirných produktů. K této heterogenitě způsobené jak původem plynu (viz tabulka 1), tak technologií zpracování (obzvláště mísením různých plynných proudů), se může přidat kondenzace způsobená neideálním chováním fázových rovnovách uhlovodíkových směsí v závislosti na teplotě a tlaku zemního plynu.

Vzorkovací místo v plynovodech by mělo splňovat podmínku turbulentního proudění a přítomnosti pouze plynné fáze. Za těchto podmínek by měly být různé proudy dostatečně promíseny a neměly by být zatíženy kondensovanou kapalnou fází.

Objemy vedení plynů, spojek a regulátorů jsou nenulové a to znamená, že po jejich jednorázovém naplnění složení odebraného vzorku neodpovídá složení vzorkovaného celku. Pro dosažení shody mezi vzorkem a celkem musí proto dojít buď k časovému posunu (vyjádřen jako čas setrvání vzorku, angl. residence time t_rt), nebo k několikanásobné výměně objemu vzorkovacího zařízení (vyjádřen jako počet vyprázdnění vzorkovacího zařízení, angl. number of purge cycles n_pc), který je funkcí tlaku plynu p_in ve vzorkovnici.

Vytvoření schématu vzorkování je vždy podřízeno předem definovanému účelu. Pro stejný materiál se tedy bude schéma vzorkování lišit pro případ určení střední hodnoty znaku jakosti materiálu při malé dodávce (např. pro zúčtování dodaného množství zemního plynu domácnostem platí pololetní průměrné hodnoty), velkých dodávkách (např. dodávky pro elektrárnu, transitní dodávky, apod.) a pro regulaci znaku jakosti (spalného tepla) plynů na konstantní hodnotu Wobbeho čísla (např. záměnné plyny).

Vzorkování je vždy předmětem smluvních vztahů a je spojeno s náklady. Výše nákladů by přitom měla být v relaci k rizikům spojeným s různými variantami schématu vzorkování. Vzorkování, jehož výsledky nejsou použity pro snížení vyhodnocených rizik, není opodstatněné.

Je nesporné, že ve všech výše uvedených příkladech je ekonomické hledisko motivujícím kriteriem. Toto platí i pro vzorkování zemního plynu, kde zlepšení přesnosti regulace míchání plynů o pouhé 0,1% vede ke snížení tolerančních hranic v předávacích protokolech a představuje finanční objem větší než 300 milionů CZK za rok. I z těchto důvodů patří plynárenství (s výjimkou bankovnictví) k nejziskovějším odvětvím českého hospodářství.