Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Základní fyzikální vlastnosti ZP (I)

Soubor fyzikálních vlastností jako je spalné teplo, hustota, kompresibilita, viskozita, tepelná vodivost a další jsou první částí souboru technických informací o zemním plynu, kterými budeme doplňovat a obohacovat informace o tomto plynném palivu na TZB-info.

Složení zemních plynů

Zemní plyn H (high - vysoký) je plyn, jehož spalné teplo Hos (0°C, 101 325 Pa) leží v rozmezí 40 až 46 MJ.m-3 (11,1 až 12,8 kWh.m-3).
Podíl nehořlavých složek (N2 + CO2) je nižší než 5%.

Zemní plyn L (low - nízký) je plyn, jehož spalné teplo Hos (0°C, 101 325 Pa) leží v rozmezí 33 až 38 MJ.m-3 (9,15 až 10,5 kWh.m-3).
Podíl nehořlavých složek je obvykle vyšší než 10%.

V tab. 1 jsou v objemových procentech uvedena složení vybraných zemních plynů používaných v zemích EU a zemního plynu těženého v ČR (jižní Morava).

Složky
zemního
plynu
Tranzitní
ZP
[%]
Norský
ZP
(Ekofisk)
[%]
Alžírský
ZP
(Hassi R Mel)
[%]
Jihomoravský
ZP
[%]
Holandský
ZP
(Groningen)
[%]
Metan CH4 98,39 85,80 86,90 97,70 81,31
Etan C2H6 0,44 8,49 9,0 1,20 2,85
Propan C3H8 0,16 2,30 2,60 0,50 0,37
Butan C4H1O 0,07 0,70 1,20 - 0,14
Pentan C5H12 0,03 0,25 - - 0,09
Dusík N2 0,84 0,96 0,30 0,60 14,35
Oxid uhličitý CO2 0,07 1,50 - - 0,89
Tab. 1

Hustota zemních plynů

Hustota zemního plynu ρ
je hmotnost jednoho m3 zemního plynu v kilogramech

Poměrná hustota zemního plynu d
je poměr hustot zemního plynu a vzduchu, při stejné teplotě a tlaku.

Hustota zemního plynu se stanoví výpočtem ze složení zemního plynu podle rovnice 1:

           

[kg.m-3]


ρni - hustoty jednotlivých složek zemního plynu (0°C, 101 325 Pa)    [kg.m-3]
ri - procentuální objemové podíly jednotlivých složek zemního plynu    [%]

V tab. 2 jsou uvedeny hodnoty hustot zemních plynů [kg.m-3] v závislosti na teplotě, při 101 325 Pa.

Teplota
[°C]
Tranzitní
ZP
Norský
ZP
Alžírský
ZP
Holandský
ZP
- 30 0,820 0,950 0,937 0,936
- 20 0,788 0,913 0,900 0,899
- 10 0,758 0,878 0,866 0,865
0 0,730 0,846 0,834 0,833
10 0,704 0,816 0,804 0,803
15 0,692 0,802 0,790 0,790
20 0,680 0,788 0,777 0,776
30 0,658 0,762 0,751 0,750
40 0,637 0,737 0,727 0,726
50 0,617 0,715 0,705 0,704
60 0,598 0,694 0,684 0,682
70 0,581 0,673 0,664 0,662
80 0,565 0,654 0,645 0,644
90 0,549 0,636 0,627 0,626
100 0,534 0,619 0,610 0,610
200 0,421 0,488 0,481 0,480
300 0,348 0,403 0,397 0,396
400 0,296 0,343 0,338 0,337
500 0,258 0,299 0,294 0,293
Tab. 2

Poměrná hustota zemního plynu se stanoví z rovnice

           

[-]


V tab. 3 jsou uvedeny poměrné hustoty d tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu

Tranzitní
ZP
Norský
ZP
Alžírský
ZP
Holandský
ZP
0,5646 0,6543 0,6450 0,6442
Tab. 3

Kompresibilita zemních plynů

Kompresibilita zemního plynu vyjadřuje odchylky chování reálného plynu od stavové rovnice ideálních plynů.
Kompresibilitní faktor z koriguje stavovou rovnici ideálních plynů tak, aby vyhovovala chování reálných plynů.

Přepočet objemů a objemových průtoků zemního plynu s přetlaky vyššími než 0,1 MPa (100 kPa) se provádí podle upravených stavových rovnic:

z1 - kompresibilitní faktor při tlaku p1 a teplotě T1     [-]
z2 - kompresibilitní faktor při tlaku p2 a teplotě T2     [-]

Měrná tepelná kapacita zemních plynů

Měrná tepelná kapacita c zemního plynu je množství tepla, potřebné k ohřátí 1 m3 zemního plynu o 1 K.

V tab. 4 jsou uvedeny hodnoty skutečných měrných tepelných kapacit ct [kJ.m-3.K-1] tranzitního, norského a holandského zemního plynu v závislosti na teplotě, při 101 325 Pa.
Složení zemních plynů viz tab. 1

Teplota
[°C]
Tranzitní
ZP
Norský
ZP
Holandský
ZP
-30 1,547 1,592 1,523
-20 1,559 1,608 1,535
-10 1,572 1,625 1,548
0 1,586 1,643 1,561
10 1,601 1,662 1,576
15 1,609 1,672 1,584
20 1,617 1,682 1,591
30 1,634 1,703 1,606
40 1,652 1,725 1,623
50 1,670 1,748 1,640
60 1,690 1,772 1,658
70 1,711 1,796 1,677
80 1,732 1,822 1,697
90 1,754 1,848 1,717
100 1,777 1,875 1,738
200 2,048 2,487 2,234
300 2,317 2,487 2,243
400 2,572 2,769 2,469
500 2,813 3,031 2,689
Tab. 4

Tepelná vodivost zemních plynů

Tepelná vodivost zemního plynu λ je množství tepla, které proteče jedním čtverečním metrem vrstvy zemního plynu o tlouštce 1 m, při teplotním spádu 1 K, za hodinu.

V tab. 5 jsou uvedeny hodnoty tepelných vodivosti λ [103.J.m-1.s-1.K-1] tranzitního, norského a holandského zemního plynu v závislosti na teplotě, při 101 325 Pa.

Teplota
[°C]
Tranzitní
ZP
Norský
ZP
Holandský
ZP
- 30 27,3 24,8 26,2
- 20 28,3 25,7 27,1
- 10 29,4 26,7 28,1
0 30,5 27,7 29,1
10 31,7 28,8 30,2
15 32,2 29,4 30,7
20 32,8 29,9 31,2
30 34,0 31,1 32,3
40 35,2 32,2 33,5
50 36,4 33,4 34,6
60 37,7 34,7 35,8
70 39,0 35,9 37,0
80 40,3 37,2 38,2
90 41,6 38,5 39,4
100 43,0 39,8 40,7
200 58,6 55,0 55,0
300 75,8 71,6 70,6
400 94,0 89,1 87,2
500 113,0 107,3 104,3
Tab. 5

Pro získání skutečných hodnot tepelných vodivostí zemních plynů v J.m-1.s-1.K-1( W.m-1.K-1) je nutno hodnoty odečtené z tab. 5 dělit 103.

Viskozita zemních plynů

Dynamická viskozita zemního plynu η vyjadřuje míru vnitřního pnutí a odporů při proudění zemního plynu.
Kinematická viskozita zemního plynu ν vyjadřuje viskozitu zemního plynu se zřetelem na jeho hustotu.

V tab. 6 jsou uvedeny hodnoty dynamických viskozit η
[106.kg.m-1.s-1] tranzitního, norského a holandského zemního plynu v závislosti na teplotě, při 101 325 Pa.

Teplota
[°C]
Tranzitní
ZP
Norský
ZP
Holandský
ZP
- 30 9,65 9,49 10,22
- 20 9,94 9,78 10,52
- 10 10,24 10,08 10,84
0 10,54 10,38 11,16
10 10,83 10,67 11,47
15 10,98 10,82 11,63
20 11,12 10,96 11,78
30 11,41 11,25 12,08
40 11,70 11,53 12,38
50 11,98 11,81 12,68
60 12,26 12,09 12,98
70 12,54 12,37 13,27
80 12,81 12,64 13,56
90 13,09 12,91 13,84
100 13,36 13,18 14,13
200 15,93 15,74 16,84
300 18,33 18,13 19,36
400 20,59 20,38 21,73
500 22,73 22,51 23,98
Tab. 6

Poznámka:
Pro získání skutečných hodnot dynamické viskozity η zemních plynů v kg.m-1.s-1 je nutno hodnoty odečtené z tab. 6 dělit 106.

Hodnoty kinematické viskozity zemních plynů v m2.s-1 se stanoví z rovnice

η hodnoty dynamické viskozity, odečtené pro danou teplotu z tab. 6
ρ hodnota hustoty zemního plynu, odečtená pro danou teplotu z tab. 2

 
 
Reklama