Высокое давление газа: Газовые сети низкого, высокого и среднего давления
Газопроводы низкого, высокого и среднего давления
Система газоснабжения представляет собой сложный комплекс сооружений, предназначенный для транспортировки, обработки и распределения газа потребителям.
В систему газоснабжения входят:
— газовые сети (газопроводы) низкого, среднего и высокого давления;
— газораспределительные станции, газорегуляторные пункты и установки;
— службы и вспомогательные сооружения, предназначенные для нормальной работы системы.
Система должна быть надежной, бесперебойной и безопасной в эксплуатации, удобной и простой в обслуживании, а также должна предусматривать возможность отключения отдельных элементов или участков для производства ремонтных работ.
Основным элементом газовых сетей являются газопроводы, которые классифицируются по следующим признакам:
по давлению: газопроводы низкого давления — до 5кПа;
газопроводы среднего давления — 5кПа — 0,3МПа;
газопроводы высокого давления — 0,3 — 1,2МПа.
высокого давления I категории 0,6 МПа – 1,2 МПа;
высокого давления II категории 0,3-0,6Мпа.
Газопроводы низкого давления служат для снабжения газом бытовых потребителей, предприятий общественного питания, небольших отопительных котельных.
Газопроводы среднего давления и газопроводы высокого давления служат для подвода газа к городским распределительным сетям низкого и среднего давления через газораспределительные пункты (ГРП), а также для подачи газа через ГРП и газорегуляторные установки (ГРУ) к промышленным и коммунальным предприятиям.
Из городских газопроводов высокого давления природный газ через ГРП и ГРУ поступает всем потребителям города. Обычно городские газопроводы высокого давления сооружаются в виде колец, полуколец или лучей. Связь между газопроводами с различным давлением газа осуществляется только через ГРП.
По местоположению относительно отметки земли газопроводы подразделяются на подземные (подводные) и наземные (надводные).
По назначению в системе газоснабжения — на городские магистральные (от газораспределительной станции (ГРС) до головных ГРП), распределительные (от ГРП до вводов в здание, включая отключающее устройство на вводе в здание), импульсные (от газового оборудования до контрольно измерительных приборов) и продувочные (газопроводы для удаления воздуха из системы газоснабжения).
По расположению в системе газоснабжения потребителей — наружные (уличные, квартальные, дворовые, межцеховые, межпоселковые) и внутренние (внутрицеховые, внутридомовые — от ввода в здание до потребителя).
По конфигурации — на кольцевые, полукольцевые, тупиковые и смешанные.
По материалу труб — на стальные, полиэтиленовые (обозначение Пэ), резинотканевые (к плите, например).
Трассы газопроводов обычно проектируются по кратчайшему расстоянию до потребителя. Обычно газопроводы прокладываются в населенных пунктах по свободным от строительных сооружений местам — проездам, улицам.
При разработке систем газоснабжения учитываются естественные и искусственные препятствия. Число переходов через них должно сводиться к минимуму. Так, подводные переходы осуществляют несколькими нитками. Газопроводы при подводной прокладке покрываются изоляцией весьма усиленного типа.
Природный газ от городских распределительных сетей поступает на территорию промышленного предприятия через главное отключающее устройство, которое расположено вне территории предприятия в доступном и удобном для обслуживания месте. На вводе газопровода в цех отключающее устройство может устанавливаться либо снаружи, либо внутри здания. Внутри здания (цеха) газопроводы прокладываются по стенам или колоннам в виде тупиковых линий (кольцевые газопроводы сооружаются только в особо ответственных цехах). Отключающие устройства устанавливаются также перед каждым потребителем газа. С целью освобождения газопроводов от воздуха (перед пуском газопровода в эксплуатацию) или газа (при выполнении ремонтных работ) газопроводы промышленных предприятий оборудуются продувочными трубопроводами. Отводы к продувочным трубопроводам предусматриваются в конце каждого тупикового участка и перед последним отключающим устройством потребителя газа.
Расстояния между газопроводами и различными коммуникациями регламентируются правилами безопасности в газовом хозяйстве и называется охранной зоной газопровода .
Для распределения природного газа промышленным предприятиям применяются следующие системы газоснабжения:
— одноступенчатые, состоящие из газопровода низкого или среднего или высокого давления;
— двухступенчатые, состоящие из сетей среднего и низкого или высокого и низкого давления;
— трехступенчатые, состоящие из сетей высокого, среднего и низкого давления;
Многоступенчатые, включающие газопроводы низкого, среднего и высокого давления .
В небольших городах и населенных пунктов обычно принимают двухступенчатую систему. При невозможности прокладки газопровода высокого давления (в местах наибольшего скопления населения) проектируют газопроводы среднего давления или применяют трехступенчатую систему.
Многоступенчатые системы газоснабжения с газопроводами высокого давления применяют только в крупных населенных пунктах. Кольцевые системы газоснабжения обычно прокладываются в крупных и средних населенных пунктах, а небольших городах используются тупиковые системы газоснабжения.
Крупные потребители природного газа (например, ТЭЦ, крупные заводы, химические комбинаты) могут подключаться через специальные газопроводы к ГРС или магистральным газопроводам .
Высокое давление | Мнения | Известия
Воскресным вечером в Москве случилась удивительная по своей нелепости авария. В одном из самых престижных районов города, около столичного Сити, в бытовой газопровод низкого давления попал газ высокого давления.
В результате зажженные в этот момент конфорки на кухнях москвичей на некоторое время превратились в гудящие факелы. В 18 квартирах начался пожар, 11 квартир выгорели до необходимости капитального ремонта. В ходе тушения пожаров залили еще несколько десятков квартир. Кроме того, во всех квартирах, которые оказались в зоне высокого давления, теперь требуется проверка газовых плит — не повреждены ли они. А это больше 2 тыс. квартир.
В общем, столичным властям и газовому хозяйству Москвы вся эта история встанет в копеечку. И слава Богу, что никто не погиб и даже серьезно не пострадал — двое пожилых людей надышались продуктами горения, ожогов никто не получил. Благодаря этому счастливому обстоятельству мы можем обсуждать случившееся без необходимости поддерживать нужный уровень трагизма.
Потому что, если посмотреть на всё это без трагизма, — становится, честно говоря, стыдновато.
Описанный многочисленными экспертами в разнообразных эфирах механизм, в котором произошел сбой, такой примитивный, что даже известный случай на перегоне «Парк Победы» – «Славянский бульвар» и снегоуборочная машина на взлетно-посадочной полосе аэропорта Внуково кажутся более похожими на промысел Божий.
Тут же мы имеем дело с банальной трубой. С одной стороны трубы подается магистральный газ высокого давления, с другой стороны трубы выходит газ низкого давления, пригодный для газовых плит. Давление в трубе понижается с помощью регулятора давления, называемого также «редуктор». Эта штуковина устроена проще пистолета Макарова: заслонка, присоединенная к мембране, которая регулирует положение заслонки в зависимости от давления газа на выходе. Если потребителей много и давление на выходе падает — мембрана приоткрывает заслонку. И наоборот. То есть регулятор давления, как говорят инженеры, «нормально закрытый». Он закрыт в нормальном, нерабочем положении. И если он сломается, то заслонка просто упадет и перекроет газ.
Более того, за самим редуктором ставится клапан высокого давления. Это еще более простое устройство, подобное паровому клапану на скороварке. Если давление выше нужного — он просто открывается и газ выходит из трубы в атмосферу.
Ломаться, как вы понимаете, тут попросту нечему. Однако сломаться однажды может и лом, поэтому лично мне, как человеку с инженерным образованием, в подобном устройстве отечественного газового хозяйства кажутся странными две вещи.
Во-первых, если выход из строя газового регулятора приводит к попаданию газа высокого давления в трубопровод низкого давления, то почему тогда газовый регулятор только один, понижающий давление с очень высокого до очень низкого? Логичным кажется поставить последовательно, скажем, три или пять подобных редукторов, чтобы каждый из них понижал давление на чуть-чуть. Тогда, если выйдет из строя один, давление на выходе не будет сильно отличаться от необходимого.
А во-вторых, довольно странным кажется то, что от одного газового регулятора зависит давление газа трех десятках многоквартирных домов. Хозяйственный человек поставил бы такие регуляторы в каждом доме. А из опасений, что подавать газ высокого давления к каждому дому может быть рискованно, подавал бы к каждому дому газ уже пониженного давления — как раз на той самой газораспределительной станции, которая сейчас понижает газ до низкого давления для всех домов сразу.
У военных, летчиков и космонавтов это называется «резервирование», и довольно странно, что резервирование отсутствует в такой, казалось бы, потенциально опасной отрасли, как газовое хозяйство.
Впрочем, все эти мои измышления не объясняют, как так получилось, что одновременно не сработали и газовый регулятор, и предохранительный клапан. Вероятность одновременного отказа двух разных по природе устройств очень низка. А это естественным образом подводит нас к мысли о том, что без рук человеческих эта авария не обошлась.
И Следственный комитет скоро обязательно задержит каких-нибудь людей с гаечными ключами.
И вот это пугает больше всего. Как говорят по телевизору, «кажется, что-то пошло не так». Вопиющая ситуация с привязанной проволокой стрелкой в метро. Свалили на обходчика.
Катастрофа во Внуково, после которой выяснилось, что оборудование правительственного аэропорта дышит на ладан. Свалили на диспетчера и стажерку (!).
Колоссальный выброс сероводорода, источник которого не могли найти целые сутки! И теперь не знают, на кого и свалить. И теперь вот эта история с газом, которую свалят на человека с гаечным ключом.
Всё это происходит на фоне красивых разговоров столичных чиновников о повышении эффективности, оптимизации управления и совершенствовании инфраструктуры.
И я вот смотрю на всё это и думаю: может, черт с ней, с эффективностью? Может, ну ее, оптимизацию эту? Как-то без эффективности было надежнее. А без оптимизации было спокойнее.
Да и инфраструктура, хоть и была несовершенная, — но была.
Как избежать распространенных ошибок, связанных с системами отбора проб жидкости и газа | Справочно-информационный ресурс
Как избежать распространенных ошибок, связанных с системами отбора проб жидкости и газа
24 апреля 2019 г. | Карим Махраз (Karim Mahraz), менеджер по продукции Swagelok, аналитическое оборудование
Проектировка системы отбора проб — это деликатный процесс. Даже небольшая ошибка может привести к ненадежной работе системы. Со многими ошибками, которые возникают сегодня, проектировщики сталкивались и раньше. Пора узнать, как избежать ошибок, связанных с системами отбора проб жидкости и газа.
Повышение эффективности отбора проб газа
Колебания давления и температуры, которые часто происходят в системе отбора проб, влияют на состояние газа. Эти колебания могут привести к конденсату или задержкам и повлиять на результаты анализа. Чтобы избежать подобных проблем, попробуйте снизить давление в пробе газа как можно скорее и как можно сильнее. Это позволит снизить температуру пробы и свести к минимуму вероятность образования конденсата при прохождении газа через систему отбора проб. Снижение давления также уменьшает необходимость нагрева линии. Вы можете снизить давление в пробе газа на регуляторах и ограничителях, таких как игольчатые клапаны, условные проходы или капиллярные трубки. Образование конденсата более вероятно со стороны высокого давления данных компоненетов.
При проектировке систем отбора проб газа не следует:
- Транспортировать газ при температуре точки росы. Газ при температуре точки росы насыщен, и вероятность образования конденсата в любой момент высока. Снизьте давление или нагрейте линию. Рекомендуется нагреть линию: снижение давления может не остановить дальнейшее образование конденсата, если газ остынет где-то дальше по линии.
- Предполагать, что изоляция сохранит тепло в газовой линии. Изоляция может помочь, однако любое снижение давления в системе уменьшит температуру газа. Со временем температура газа может достигнуть точки росы, что приведет к образованию конденсата. Поэтому следует использовать теплоспутник, чтобы обеспечить равномерный подогрев линии.
- Использовать трубу без подогрева перед точкой снижения давления, если вы нагрели сторону после этой точки. Помните, что температура пробы газа снизится в точке снижения давления. Перепад температур в этом случае будет еще выше, что повышает вероятность образования конденсата.
- Забывать о нагреве регулятора при снижении давления более чем на 20 бар. При резком снижении давления газа также происходит резкое снижение температуры. Оно настолько сильное, что регулятор может покрыться льдом. Это связано с эффектом Джоуля – Томсона. Этот эффект можно устранить путем нагрева регулятора, а также близлежащих труб и других компонентов.
- Прокладывать трубы без подогрева в помещении с кондиционером, если в наружных трубах используется теплоспутник. Резкое снижение температуры с теплой до прохладной повысит вероятность образования нежелательного конденсата, а также приведет к снижению давления. В трубе, которая находится в помещении, также следует использовать теплоспутник.
Повышение эффективности отбора проб жидкости
В то время как пробы газа требуют значительного снижения давления, пробы жидкости, напротив, требуют увеличения давления в течение как можно более длительного периода времени. Это связано с тем, что давление жидкости снижается при прохождении через длинные трубы или ограничители расхода. Повышенное давление на внешнем интерфейсе позволит увеличить давление при прохождении жидкости через трубопроводную систему, обойтись без насоса и уменьшить задержки.
При проектировке систем отбора проб жидкости не следует:
- Транспортировать жидкость при температуре кипения. Температура кипения — это первоначальная точка кипения жидкости, которая может быть намного ниже ожидаемой, особенно если жидкость содержит растворенный газ. Давление на всем пути прохождения через анализатор должно быть как можно выше.
- Снижать давление жидкости в точке отбора. Снижение давления жидкости в точке отбора может привести к значительным задержкам или необходимости установки насоса после этой точки. Помните, что следует поддерживать достаточное давление на всем пути от точки отбора до анализатора через промежуточные компоненты.
- Устанавливать игольчатый клапан перед анализатором или расходомером.
- Устанавливать игольчатый клапан перед испарителем. Задержки являются распространенным явлением во многих частях системы отбора проб жидкости, но чаще всего они встречаются во входной линии испарителя. Тяжело достичь пятиминутного времени отклика анализатора, когда присутствует испаритель. Установка игольчатого клапана перед испарителем еще больше замедлит анализ.
Как обеспечить успех
Проектировка системы отбора проб — это тонкое искусство, поскольку каждая система уникальна. Вышеуказанные советы помогут вам повысить эффективность отбора проб и упростят жизнь проектировщика, который будет использовать ваш проект в дальнейшем.
Хотите еще больше отточить свои навыки проектировки систем отбора проб? Запишитесь на практическое обучение по системам отбора проб, чтобы помочь себе и вашей команде проектировать эффективные и точные системы. За дополнительной информацией обращайтесь в местный центр торговли и сервисного обслуживания компании Swagelok. Вы также можете посетить раздел справочно-информационного ресурса Swagelok, посвященный аналитическим контрольно-измерительным системам, чтобы получить больше советов по системам отбора проб от инструкторов и технических инженеров компании Swagelok.
ЗАПИСЬ НА УЧЕБНЫЙ КУРС ПО СИСТЕМАМ ОТБОРА ПРОБ
Статьи по Теме
10 рекомендаций по усовершенствованию пробоотборных систем
Управление работой аналитической контрольно-измерительной системы — нелегкая задача. Получение стабильных результатов может представлять сложность даже для самых опытных инженеров. Мы можем предложить несколько простых рекомендаций по усовершенствованию пробоотборной системы на вашем предприятии.
Газопровод
Газопровод – это инженерное сооружение, которое служит для транспортировки газа от места его добычи до конечного потребителя при помощи металлических или пластиковых труб, под специальным избыточным давлением. Газопроводы подразделяются на две категории. Первая – магистральные газопроводы. По ним перемещают газ на большие расстояния, для чего используют высокое давление, для поддержания которого вдоль магистрали через определенные интервалы устанавливаются газокомпрессорные станции. Второй тип – газопроводы распределительных сетей, по которым доставляют газ от газораспределительных станций (где давление газа в трубах понижается до необходимого уровня) к конечному потребителю.
Справка. Проектирование и строительство сетей газоснабжения
Первый магистральный газопровод связал Саратов и Москву.
В 1950-60 годах в стране началась массовая газификация. Это время совпало с жилищным строительным бумом в Москве. Для комплексного проектирования подземных коммуникаций, в том числе газопроводов, в институте «Мосинжпроект» создана мастерская №2. Проектные решения сотрудников мастерской позволили увязать газопроводы столицы в единую систему с прочими коммуникациями, метрополитеном, другими подземными сооружениями. Работы по проектированию линий газопроводов и при необходимости переносу данных коммуникаций не теряют своей актуальности и сегодня, когда в городе реализуются масштабные программы дорожно-транспортного строительства.
В числе крупных проектов института можно отметить вынос газопроводов с территории летного поля аэропорта «Внуково»: проектирование велось по территории, на которой располагается жилая застройка, промышленные предприятия, сооружения и коммуникации аэропорта «Внуково». Также мастерская вела проектирование коммуникаций при реконструкции ВЗУ «Аэропорт» со строительством новых резервуаров, когда для выноса газопроводов с территории необходимо было проложить магистральный газопровод высокого давления по жилой застройке поселка «Внуково».
Активную роль мастерская играет в проектах переустройства инженерных коммуникаций на объектах строительства метрополитена, дорожной инфраструктуры, реконструкции вылетных магистралей.
Свой вклад сотрудники мастерской внесли, например, в проекты реконструкции Каширского шоссе на участке от МКАД до Варшавского шоссе, Варшавского шоссе от МКАД до Садового кольца, Волгоградского проспекта от Садового кольца до границы с Московской областью, проспекта Вернадского от Садового кольца до Ленинского проспекта. В связи с реконструкцией магистралей, строительством эстакад, тоннелей, пешеходных переходов, устройством боковых проездов и пр. требовалось разработать проекты перекладки газовых и водопроводных сетей, усиления существующих коммуникаций. Проектирование, как правило, ведется в условиях плотной жилой застройки, коммуникации необходимо увязать с линиями метро и железной дороги, что зачастую требует необходимости применения нестандартных способов производства работ.
В «Джалильнефти» снижают давление газа в затрубном пространстве благодаря изолирующим входным устройствам | Технологии
Суточный прирост нефти на скважину составил 1,2 тонны.
На ряде скважин нефтегазодобывающего управления (НГДУ) «Джалильнефть» ПАО «Татнефть» внедрены экспериментальные входные устройства. Они позволяют снизить давление газа в затрубном пространстве скважины и увеличить отбор жидкости путем оптимизации параметров наземного привода. Об этом сообщают «Нефтяные вести» (ведущий специалист группы ГГС ПРС Дмитрий ЕПИФАНОВ).
На данных объектах «Татнефти» также удалось довести забойное давление до нужной величины. Средний суточный прирост нефти на одну скважину составил 1,2 тонны.
Высокое давление газа в затрубном пространстве возникает при эксплуатации ряда скважин. Из-за скопления газа в затрубном пространстве скважины и последующего повышения его давления снижается динамический уровень жидкости. Это отрицательно сказывается и на работе глубинно-насосного оборудования (ГНО), снижая производительность установки штанговых глубинных насосов (ШГН).
При значительном скоплении попутно добываемого газа в затрубном пространстве в ряде случаев невозможна эксплуатация скважин с оптимальным значением забойного давления. Для решения этой задачи группа специалистов «Татнефти» разработала специальное входное устройство. Оно является частью компоновки ГНО. Принцип его работы основан на изоляции затрубного пространства от выделяемого из добываемой жидкости газа при помощи пакера. При этом сохраняется гидравлическая связь жидкости над пакером и под ним.
В июле 2018 года на одной из скважин «Джалильнефти» было установлено первое такое входное устройство с лабиринтным сепаратором. В данной компоновке оборудования хвостовик из 48-миллиметровой НКТ спускается на 20–30 м ниже интервала перфорации, в зависимости от имеющегося зумпфа в скважине. Это позволяет пластовой жидкости, находящейся ниже интервала перфорации, сообщаться с затрубным пространством скважины.
При этом попутный газ поступает на прием насоса через перфорированный патрубок, где откачивается насосом по колонне НКТ. Пакер, в свою очередь, препятствует выделению растворенного газа в затрубное пространство скважины.
Определение забойного и пластового давления в скважине при наличии этого оборудования производится традиционным методом — отбивкой уровня жидкости в скважине. Это значительно повышает практическую ценность новшества.
Ранее ИА Девон сообщал, что в «Джалильнефти» были успешно испытаны штанги из стеклопластика. Они внедрены на осложненных скважинах с высокими нагрузками на ГНО.
Технологии производства и особенности строения газовых редукторов
Горючие и негорючие газы находятся в баллонах в сжатом состоянии под высоким давлением — чрезмерным для работы сварочного оборудования или резаков. Поэтому для обеспечения нормального функционирования горелки необходимо выравнивание давление до рабочего уровня. Именно для этих целей используется газовый редуктор – относительно простое устройство, которое не просто понижает, но и позволяет поддерживать на определенном уровне давление подающегося в горелку газа.Устройство газовых редукторов
Существует два типа редукторов: однокамерные и двухкамерные. Разница состоит лишь в том, что в первом случае используется только одна камера для выравнивания давления, а во втором случае есть еще одна – промежуточная камера, что позволяет поддерживать давление максимально постоянным, а также снижает риск замерзания газа. Так или иначе, редуктор состоит из следующих элементов:-
Корпус, объединяющий все отдельные элементы
-
Камера высокого давления – в нее поступает газ непосредственно из баллона
-
Манометр высокого давления – показывает давление в первой камере
-
Пружина и запорный клапан – регулирует подачу газа во вторую – выравнивающую (рабочую) камеру
-
Камера низкого давления (рабочая) – из нее газ поступает непосредственно в горелку
-
Мембрана камеры низкого давления – обеспечивает ход регулирующего вентиля
-
Регулирующий вентиль – позволяет управлять объемами подачи газа и рабочим давлением
-
Клапан аварийного сброса – предотвращает повреждение мембраны в случае пропускания клапана высокого давления
-
Манометр низкого (рабочего) давления
Материалы, используемые при изготовлении редукторов
При производстве газовых редукторов используются цветные металлы, которые не подвергаются коррозионным процессам и способны выдерживать высокое давление. Также для облегчения определения назначения редукторов, крышки их корпусов окрашиваются в разные цвета. Кроме того, определить назначение редуктора можно по направлению резьбы подсоединения, а также по его типу. Некоторые редукторы оснащаются расходомерами, однако их можно устанавливать отдельно в качестве дополнительных элементов. Ключевое значение, определяющее качество редуктора, имеют материалы, из которых он изготавливается. Это и прочность металлов, эластичность мембран, долговечность клапанов и пружин, точность манометров. Выбор редуктора определяется его назначением, пропускной способностью, максимальным поступающим и рабочим давлением. Компетентные специалисты способны подобрать оптимальные модификации редукторов для любых видов газов, основываясь на типах оборудования, которые планируется использовать, и ориентировочных объемах и интенсивности работ.Регуляторы давления газа | Газтех Сербия. Представительство в России
Каталог разделен на следующие категории(серии):
120 – регуляторы давления газа давления прямого действия, 130 – пилотные регуляторы давления газа низкого и среднего давления, 140 – пилотные регуляторы давления газа высокого давления, 129 – малые и пилотные регуляторы давления газа
Регулятор: серия 120
Регулятор 122-BVВходное давление: p1 = max 12 bar
Выходное давление: p2 = 0,01÷0,5 (1) bar Регулятор 125-BV
Входное давление: p1 = max 19 (100) bar
Выходное давление: p2 = 0,3÷6 (16) bar
Регулятор 126-юниор
Входное давление: p1 = max 250 bar
Выходное давление: p2 = 2÷50 bar Регулятор 126-АХ
Входное давление: p1 = max 100 bar
Выходное давление: p2 = 0,15÷16 bar Регулятор 127-BV
Входное давление: p1 = max 4 (12) bar
Выходное давление: p2 = 0,01 ÷ 0,5 bar Регулятор 128-GO
Входное давление: p1 = max 250 bar
Выходное давление: p2 = 2 ÷ 100 bar Регулятор 128-P
Входное давление: p1 = max 250 bar
Выходное давление: p2 = 2 ÷ 100 bar
Регулятор: серия 130
Регулятор 135-BVВходное давление: p1 = max 25 bar
Выходное давление: p2 = 0,02 ÷ 8 bar Регулятор 135-AX
Входное давление: p1 = max 20 bar
Выходное давление: p2 = 0,02 ÷ 12 bar Регулятор 137-BV
Входное давление: p1 = max 12 bar
Выходное давление: p2 = 0,01 ÷ 4 bar Регулятор 139-BV
Входное давление: p1 = max 25 bar
Выходное давление: p2 = 0,02 ÷ 12 bar
Регулятор: серия 140
Регулятор 143-BVВходное давление: p1 = max 100 bar
Выходное давление: p2 = 1 ÷ 40 bar Регулятор 149-AX
Входное давление: р1 = max 100 bar
Выходное давление: p2 = 0,5 – 75 bar Регулятор 149-BV
Входное давление: p1 = max 100 bar
Выходное давление: p2 = 1 ÷ 40 bar
Регулятор давления газа: серия 129
Регулятор давления газа 129-NPВходное давление: p 1 = max 19 bar
Выходное давление: p 2 = 0,2 ÷ 10 bar Регулятор давления газа 129-SP
Входное давление: p1 = max 100 (160) bar
Выходное давление: p2 = 2 ÷ 22 bar Регулятор давления газа 129-VP
Входное давление: p1 = max 250 bar
Выходное давление: p2 = 3 ÷ 30 bar
Регулятор давления газа – это устройство для редуцирования(снижения) рабочего давления в трубопроводе до заданного потребителем значения. Регуляторы GasTeh соответствуют межгосударственному стандарту ГОСТ 12.2.063-2015. Продукция включена в единый реестр материально-технических ресурсов, допущенных к применению на объектах соответствующих требованиям ПАО «Газпром».
Немного о регуляторах давления газа GasTeh
К основным характеристикам регуляторов можно отнести: номинальное давление, принцип работы, класс точности (%), климатическое исполнение, рабочая среда и пропускная способность (KG, м³/ч).
Типы регулируемых давлений GasTeh: среднее (5 кПа — 0,3 мПа), высокое 1 и 2 категории (0,3 мПа – 1,2 мПа), высокое 1-а категории (свыше 1,2 мПа), магистральное 2-го класса (1,2 мПа – 2,5 мПа), магистральное 1-го класса (2,5 мПа – 10 мПа), магистральное свыше 10 мПа (до 25мПа).
Регуляторы могу работать практически на всех типах очищенного и осушенного газа, таких как: природный газ (ПГ), сжиженный углеводородный газ (СУГ), компримированный природный газ (КПГ), сжиженный природный газ (СПГ), синтетический газ (СУГ-воздух), азот, попутный нефтяной газ(ПНГ) и другие технические газы.
Оборудование GasTeh уже более 10 лет эксплуатируются в умеренных (до -40° С) и холодных (до -60 °С) климатических условиях на территории России и стран СНГ.
Возможна работа регуляторов в системе «регулятор + регулятор-монитор«, когда один из регуляторов является аварийно-открытым, а другой аварийно-закрытым и в случае аварии, один из них берет на себя работу основного для непрерывной подачи газа потребителю. Эта система может также называться: «модуль спаренных регуляторов», «модуль регуляторов на базе …», «модуль редуцирования», «модуль сдвоенных регуляторов» и т.д.
Система «Регулятор + регулятор-монитор» Презентация компании ООО «ГАЗТЕХ РУС» Основы давления газа— Установка и эксплуатация HPC Fire Inspired
Давление газа очень важно для установки и работы пожарных устройств HPC Fire Inspired. Если давление, подаваемое на наши устройства, неправильное, они не будут работать правильно. Если давление в газовой линии слишком высокое, это может привести к повреждению устройства, а если давление слишком низкое, это может вызвать небольшое пламя и нежелательные выбросы. Сегодня мы поговорим об основах давления газа.
Давление газа — это сила, которую газ оказывает на стенки своего резервуара, например на газопровод.Мы измеряем давление в газовой линии с помощью монометра, который будет определять давление в дюймах водяного столба (дюймы водяного столба) или в миллибарах (МБ). Большинство поставок бытового газа доставляют газ к счетчику под высоким давлением. Затем измеритель снизит давление до 1/2 фунта для подачи питания на все приборы в здании. Системы пропана во многом аналогичны тем, что газ, выходящий из резервуара, находится под очень высоким давлением, регулятор на резервуаре снижает давление примерно до 2 фунтов или 56 дюймов водяного столба, что все еще слишком высоко для обычных приборов.В этом сценарии перед устройством будет еще один регулятор, который снова снизит давление до 1/2 фунта 14-дюймового водяного столба. Один фунт давления газа составляет 28 дюймов водяного столба. В то время как пропановая система работает при истинном давлении 1/2 фунта или 14 дюймов водяного столба, природный газ, с другой стороны, фактически работает при давлении 1/4 фунта или 7 дюймов водяного столба, но по-прежнему обозначается как 1/2 фунта
ПриборыHPC Fire Inspired рассчитаны на работу при давлении ½ дюйма с максимальной подачей к очагу пожара, составляющим 7 дюймов для природного газа и 14 дюймов для пропановой системы. Слишком высокое давление в любой из систем, это может привести к повреждению газового клапана, вызвать гудение или стук клапана, вызвать очень высокое пламя и издать шум, похожий на реактивный двигатель. С другой стороны, слишком низкое давление вызовет очень слабое пламя, усадку пилотного пламени, что приведет к выпадению пламени. Если давление природного газа или пропана слишком высокое, перед устройством пожаротушения необходимо установить регулятор для правильной работы агрегата. Эти регуляторы могут использоваться с природным газом или пропаном, и большинство из них являются регулируемыми, что означает, что после установки давление в линии можно регулировать вверх и вниз на выходе регулятора.Ниже приведены технические характеристики рабочего давления HPC Fire Inspired
.Номинальное рабочее давление природного газа:
- Унитаз от 3,5 дюймов (минимум) до 7 дюймов (максимум) Унитаз 6 дюймов, рекомендуемый для оптимальной работы
Пропан Номинальное рабочее давление:
- 11 дюймов (минимум) до 14 дюймов (максимум) 11 дюймов, рекомендуемый для оптимальной работы
Надеюсь, это поможет понять, насколько важно давление газа для установки, работы и безопасности устройств HPC Fire Inspired. Помните, что измерение давления в газовой линии является важной частью правильной установки любого газового прибора и должно быть проверено перед подключением любого прибора к какой-либо газовой линии. Если у вас есть вопросы по этой теме, звоните нам.
Отопительный сезон — Давление газа
В моем последнем посте я сказал, что нам нужно вернуться к работе с подогревом. один из пунктов, на который необходимо обратить внимание, — это давление газа — давление как на входе, так и в коллекторе.Важно понимать, что эти настройки могут существенно повлиять на то, как эта нагревательная секция будет работать. Это касается как бытовых печей, так и блочных крышных агрегатов, одноступенчатого и многоступенчатого оборудования.
Неправильное давление газа на стороне газовой рампы может привести к перегреву агрегата, если оно будет слишком высоким. Низкое давление газа может вызвать нежелательные блокировки датчика пламени. Аналогичным образом, слишком много на впускной стороне клапана вызовет отказ газового клапана или отсутствие нагрева, потому что клапан не может открыться при «высоких давлениях». Низкое давление на входе может вызвать образование сажи в теплообменнике и вызвать нежелательные блокировки.
Итак, каковы нормативы давления на входе и в коллекторе? Какой должен быть входной рабочий диапазон давления газовой линии, чтобы печь работала безопасно. Давление в газовой линии ДОЛЖНО БЫТЬ минимум:
., чтобы получить входное значение BTU, указанное на паспортной табличке, и / или номинальное давление в коллекторе, указанное на паспортной табличке, и для безопасной работы.
Давление в коллекторе теперь может помочь установить правильную скорость стрельбы. На одноступенчатых установках большинство значений давления в коллекторе установлено на
.Вы всегда должны уточнять у производителя, поскольку некоторые из них различаются, но, как «практическое правило», большинство производителей устанавливают максимальное давление пламени. Это основано на фактических отверстиях горелок, требующих этого давления для обеспечения номинальной мощности. На многоступенчатых установках также есть настройка на слабый огонь, и это также необходимо проверить.
Итак, надеюсь, теперь вы понимаете, почему давление газа на входе и в коллекторе важно для правильной работы системы газового отопления. Так как же это проверить?
Как вы можете видеть на картинке выше, вам нужно что-то, что вы можете прочитать в дюймах водяного столба (IWC), чтобы проверить правильность давления. Это может быть простой манометр с U-образной трубкой (как показано) или цифровой манометр, может быть магнегелик, может быть простой манометр — все, что может показывать дюйм водяного столба. Затем вы можете настроить устройство с надлежащим давлением в коллекторе или проверить, где входное давление попадает в клапан, в зависимости от того, к какой стороне вы подключаетесь.
Следует помнить, что на 2-ступенчатых газовых клапанах обычно есть 2 регулятора давления — один для ВЫСОКОГО ПОЖАРА и один для НИЗКОГО ПОЖАРА (см. Пример ниже). Убедитесь, что вы знаете спецификации производителя для их настройки. Самая высокая мощность будет составлять 3,5 IWC, но минимальная мощность может отличаться в зависимости от производителя. Некоторые используют 50% -ную слабую пламя, некоторые 60% -ную слабую пламени и некоторые до 80% -ную слабую пламя, поэтому важно проверить либо на бирке данных на устройстве, либо у производителя, где они должны быть установлены.
Один хороший способ проверки — всегда оставлять манометр подключенным к впускной стороне, а затем наблюдать за его работой. Это особенно важно для систем подачи «газа высокого давления» и пропана. Часто вы можете наблюдать падение давления на входе, возможно, из-за неисправного регулятора, когда открывается главный клапан. Многие специалисты подключают глюкометр, проверяют, есть ли у них хорошее давление, а затем снимают глюкометр. Затем они видят проблему на стороне коллектора и осуждают газовый клапан, если с ним все в порядке.
Давление газа на входе и выходе важно для правильной работы любой системы отопления. В следующем посте мы обсудим повышение температуры, , как это проверить и почему это важная диагностика.
Нравится:
Нравится Загрузка …
СвязанныеО yorkcentraltechtalk
Я проработал в сфере HVAC большую часть своей жизни.Я проработал 25 лет на подрядчиков по всему, от бытовых котлов до больших коммерческих котлов и электрических горелок. Последние 23 с лишним года я работал в York International UPG Division (подразделение Johnson Controls) в качестве менеджера службы технической поддержки / обслуживания, но сейчас я на пенсии. Одной из моих целей всегда было «обучить» дилеров и подрядчиков. Причина создания этого блога заключалась в том, чтобы поделиться некоторыми знаниями, мыслями, идеями и т. Д. Со всеми, кто найдет время, чтобы их прочитать. Содержание этого блога является моим собственным мнением, мыслями, опытом и никоим образом не должно толковаться как содержание Johnson Controls York UPG. Я надеюсь, ты найдешь здесь помощь. Я всегда приветствую комментарии и предложения для публикаций и сделаю все возможное, чтобы ответить на любые мысли, вопросы или темы, о которых вы, возможно, захотите услышать. Спасибо, что нашли время прочитать мои сообщения! Майк БишопГазовые системы высокого и низкого давления в нефтегазовой отрасли | Марли Роуз
Многие скважины добывают некоторое количество природного газа вместе с сырой нефтью. Другие могут производить в основном или только природный газ. Когда из скважины поступает достаточно газа, чтобы его можно было собирать и продавать, необходимо добавить дополнительное оборудование и емкости в резервуарную батарею и на устье скважины.Все оборудование, предназначенное для совместной добычи газа, называется газовой системой. Он начинается в сепараторе, где происходит выброс газа из жидких продуктов скважины.
Рисунок 1. Схема аккумуляторной батареи. Газовая система имеет маркировку G.Давление газа
Давление является важным фактором в любой резервуарной батарее. Он пропускает жидкость и газ через разные сосуды и помогает предотвратить потери из-за испарения. Давление регулируется клапанами как в линии выхода газа, так и в линиях выхода воды и масла.В масляных и водяных линиях используются клапаны с диафрагменным управлением для поддержания противодавления. В газовой линии также будет использоваться мембранный обратный клапан. Мембранные клапаны имеют конструкцию, в которой сверху используются пружина и болт для регулировки давления сброса.
Рис. 2. Обратный клапан в разрезе. (любезно предоставлено Kimray, Inc.)Жидкости могут течь только из резервуара с более высоким давлением в резервуар с более низким давлением, поэтому в сепараторе будет самое высокое давление среди всех резервуаров в батарее резервуаров, а в резервуарах для хранения будет самое низкое давление. .Этот баланс давления контролируется газовой системой.
Рисунок 3. Измеритель давления газа.Скважины обычно проверяются регулярно каждый месяц. Частью этого тестирования является измерение давления и объема производимого газа. Скважина обычно проходит через резервуарную батарею, чтобы измерения можно было проводить с помощью метра, как показано на , рис. 3, .
Система высокого давления
Газовую систему можно условно разделить на систему высокого давления и систему низкого давления.Система высокого давления действительно не находится под высоким давлением, особенно по сравнению с давлением в скважине; сепаратор может быть единственным сосудом, который является частью системы высокого давления. Однако сепаратор может иметь давление от 20 до 50 фунтов на квадратный дюйм, что достаточно, чтобы потребовать осторожности.
В некоторых случаях, особенно с малопродуктивными скважинами, добываемого газа может быть очень мало. Кожух можно просто оставить открытым, чтобы выпускать газ. Однако в жидкости может оставаться достаточно газа, поэтому сепаратор все же может потребоваться.Другие сосуды, которые можно рассматривать как часть системы высокого давления, включают любые нагреватели-очистители или промывочные резервуары, которые могут находиться под давлением более нескольких фунтов.
Система низкого давления
Система низкого давления в основном состоит из резервуаров с атмосферным давлением, таких как резервуары для хранения. Резервуары для хранения обычно имеют противодавление от нескольких унций до нескольких фунтов, что помогает предотвратить потери из-за испарения. Газ обычно выходит из газовых отверстий резервуаров и оттуда в блок улавливания паров с небольшим давлением, поддерживаемым клапаном.Несмотря на то, что давление довольно низкое, предохранительный клапан все равно необходим. Популярный простой вариант — использование трубы L-образной формы. Его можно использовать с диафрагменным клапаном в качестве предохранительного клапана, если в резервуаре должно повыситься давление.
Рисунок 4. Схема обратного клапана. Он поддерживает противодавление в одну унцию и предназначен для использования с атмосферными сосудами. (любезно предоставлено Sivalls, Inc.)Блок улавливания паров также считается частью системы низкого давления. Он размещается между сосудами высокого давления и резервуарами для атмосферного сырья и используется для регенерации жидких углеводородов, обычно конденсатов с низким весом, которые испарились. Они конденсируются из газа и направляются обратно в сборные резервуары. Установки улавливания паров чаще всего требуются при расположении скважин в населенных пунктах. Один из них также может быть полезен, когда в аккумуляторной батарее используется нагреватель-очиститель, поскольку тепло может увеличивать потери из-за испарения.
Рисунок 5. Пример установки улавливания паров.Чаще всего агрегат монтируется на салазках. Базовый агрегат состоит из компрессора и своего рода скруббера для удаления паров. Затем газ сжимается; Важно удалить как можно больше жидкости, поскольку компрессор обычно предназначен только для газа. Жидкость в компрессоре может повредить его. Компрессор необходим, так как газ закачивается обратно в сепаратор; газ должен быть под более высоким давлением, чем в сепараторе. Уровень жидкости в компрессоре следует регулярно проверять.И наоборот, эти насосы необходимо смазывать, так как сухой газ может вызвать трение между компонентами компрессора.
Система сбыта газа
Газ собирается со всех резервуаров, включая сепаратор, нагреватель-очиститель, резервуары для хранения и любые другие резервуары. Перед тем, как газ поступит в трубопровод, газовая компания будет измерять его объем с помощью газового счетчика. Также будет обратный клапан и обратный клапан для предотвращения потери газа.
Давление в трубопроводе часто устанавливается довольно низким, ниже рабочего давления емкостей в резервуарной батарее.Это позволяет газу течь от батареи к трубопроводу. Далее по линии будет установлен компрессор, повышающий давление в трубопроводе до 500 фунтов на квадратный дюйм для транспортировки на большие расстояния.
Возможно, что газа добывается и отправляется по трубопроводу больше, чем продает газовая компания. Когда это произойдет, давление в трубопроводе вырастет. В результате добыча на скважине замедляется, возможно, совсем немного. Все по-прежнему работает нормально, но давление такое, что новый добытый газ направляется на газовый факел для сброса, а не по трубопроводу.Единственный вариант в этих случаях — закрыть скважину на короткое время.
Было бы полезно для оператора получать более своевременные, описательные и точные отчеты о производстве ваших насосов в полевых условиях?
Pumpers, после завершения маршрута вы устали составлять отчеты о производстве и отправлять эти билеты на продажу и обслуживание?
Если да, загляните в GreaseBook, чтобы узнать, как сотни операторов (и тысячи насосов) используют простое мобильное приложение, чтобы упростить свою отчетность!
www.greasebook.com
08 Регулятор давления газа и предохранительный механизм
Без измерения, С контролем давления, С контролем герметичности, С SSV / RV, Не калибруемый, 1 поток, 2 клапана
Блок-схема №: 1.2.2.2.2
№ | Описание компонента | Стандартыи Docuthek |
---|---|---|
010 | Ручной запорный клапан, например ручной клапан AKT | |
020 | Фильтр, эл. г. газовый фильтр ГФК Наш совет: при максимальном расходе фильтры должны показывать потерю давления не более 10 мбар. | |
030-040 | Манометр, например манометр с капсульным элементом KFM или манометр с трубкой Бурдона RFM с манометрическим клапаном DH или MH | |
050 | Запорное устройство высокого давления, например предохранительный запорный клапан JSAV Наш совет: используйте тот же номинальный диаметр, что и для регулятора давления газа, чтобы не было необходимости в уменьшении диаметра трубы. | |
060 | Регулятор давления газа, например регулятор давления для газа ВГБФ Регуляторы давления должны быть как можно меньше по размеру. | |
070 | Запорный вентиль, эл.г. ручной клапан AKT Во время работы клапан должен быть заблокирован открытым. Наш совет: снимите рычаг ручного клапана, чтобы предотвратить неправильную работу. | |
080 | Предохранительный клапан, например предохранительный клапан VSBV Предохранительные клапаны предназначены для снятия пиков давления в трубопроводных системах, что предотвращает непреднамеренное срабатывание предохранительного запорного клапана. | |
090 | Отсечка низкого давления, e.г. реле давления для газа ДГ Мин. Регулируемые уставки реле давления зависят от места установки и условий процесса. Наш совет: реле давления следует устанавливать предпочтительно с горизонтальной или вертикальной диафрагмой. Следите за тем, чтобы грязь или влага не попадали в открытые вентиляционные отверстия. | |
100 | Защита от высокого давления газа, например реле давления для газа ДГ Макс.Регулируемые уставки реле давления зависят от места установки и условий процесса.
Наш совет: реле давления следует устанавливать предпочтительно с горизонтальной или вертикальной диафрагмой. Следите за тем, чтобы грязь или влага не попадали в открытые вентиляционные отверстия. | |
110 | Автоматический запорный клапан, например электромагнитные клапаны для газа VAS | |
120 | Реле давления газа, эл.г. Тип DG
Наш совет: установите реле давления на половину входного давления, чтобы гарантировать правильную работу контроля герметичности. | |
130 | Система проверки клапана, например контроль герметичности TC 410 Стандарт EN 746-2 предусматривает контроль герметичности для мощностей более 1200 кВт. |
Приложение
Магистральная газовая рампа согласно EN 746-2.Это часть газораспределительной системы промышленного термообрабатывающего оборудования (ИТХЭ), например для последующих систем с одной горелкой.
Функция
Если главный запорный клапан (010) открыт, давление и количество, необходимые для IThE, регулируются регулятором давления газа (060). Любая грязь в газовой или трубопроводной системе сначала удаляется фильтром (020). В случае неисправности регулятора давления газа (060) (например, поломки диафрагмы) подача газа будет безопасно прекращена запорным устройством высокого давления (050).Предписанный здесь предохранительный клапан (080) обеспечивает отвод малой утечки запорного устройства высокого давления и предотвращает непреднамеренное срабатывание в случае скачков давления. Таким образом обеспечивается высокая надежность поставки IThE.
Автоматические запорные клапаны (110) являются частью защитной системы, как и отсечка низкого давления (090), устройство защиты от высокого давления газа (100) и система проверки клапана (130). Эти обязательные предохранительные устройства приводятся в действие отдельно системой управления технологическим процессом.В случае недостаточного или чрезмерно высокого расхода газа система управления технологическим процессом получит сигнал и безопасно отключит подачу газа, закрыв оба клапана (110). Перед каждым вводом в эксплуатацию или после выключения системы система контроля клапанов (130) проверяет работу этих клапанов.
Давление на входе и выходе будет отображаться на манометрах (030/040).
Примечание
Необходимо соблюдать соответствующие группы точности агрегатов, классы давления блокировки и классы точности, чтобы обеспечить оптимальную настройку регулятора давления газа, запорного устройства высокого давления и предохранительного клапана.Мы рекомендуем создать диаграмму масштабирования давления, чтобы исключить помехи настроек, связанные с допусками.
Давление газа
Важное свойство любого газа это его давление . У нас есть опыт работы с газом давление, которого у нас нет с такими свойствами, как вязкость и сжимаемость. Каждый день мы слышим, как метеоролог по телевизору дает значение барометрического давления атмосфера (29,8 дюйма ртуть, например).И большинство из нас надували воздушный шар или использовали насос для накачки велосипедной шины или баскетбольного мяча.
Потому что понимание того, что такое давление и как оно работает, так фундаментальные для понимания аэродинамики, мы включаем несколько слайдов о давлении газа в Руководстве для начинающих. An интерактивный симулятор атмосферы позволяет учиться как статическое давление воздуха меняется с высотой. В Программа FoilSim показывает, как изменяется давление вокруг подъемного крыла, а Программа EngineSim показывает, как давление изменяется в газотурбинном двигателе.Другой тренажер поможет вам изучить, как изменяется давление в ударные волны, возникающие на высоких скоростях. Есть два способа взглянуть на давление: (1) мелкомасштабное действие. отдельных молекул воздуха или (2) крупномасштабное действие большого количество молекул.
Молекулярное определение давления
От кинетическая теория газов, газ составлен большого количества молекул, которые очень малы по сравнению с расстояние между молекулами.Молекулы газ находятся в постоянном, случайном движения и часто сталкиваются друг с другом и со стенками любой контейнер. Молекулы обладают физическими свойствами массы, импульс и энергия. Импульс отдельной молекулы равен произведение его массы и скорости, а кинетическая энергия равна единице. половина массы, умноженная на квадрат скорости. Поскольку молекулы газа сталкиваются со стенками контейнер, как показано слева на рисунке, молекулы передают импульс к стенам, создающий силу перпендикулярно стене .Сумма сил всех молекул, ударяющихся о стенку, деленная на площадь стенка определяется как давление . Давление газа равно затем мера среднего количества движения движущихся молекул газа. Давление действует перпендикулярно (перпендикулярно) стене; тангенциальный (сдвиг) составляющая силы связана с вязкость газа.
Скалярная величина
Давайте посмотрим на статический газ; тот, который, кажется, не движется или не течет.Хотя газ в целом не движется, отдельные молекулы газа, которые мы не видим, находятся в постоянном случайном движение. Поскольку мы имеем дело с почти бесконечным числом молекул и поскольку движение отдельных молекул случайным образом во всех направлениях, мы не обнаруживаем никакого движения. Если мы заключаем газ в контейнер, мы обнаруживаем давление в газ из молекул, сталкивающихся со стенками нашего контейнера. Мы может поставить стенки нашего контейнера где угодно внутри газа, а силы на площадь (давление) то же самое.Мы можем уменьшить размер нашего «контейнера» до бесконечно малая точка, а давление имеет единственное значение в таком случае. Следовательно, давление — это скаляр количество, а не векторное количество. Он имеет величину, но не направление, связанное с Это. В точке внутри газа давление действует во всех направлениях. На поверхности газа сила давления действует перпендикулярно поверхность.
Если газ в целом движется, измеренное давление отличается в направление движения.Упорядоченное движение газа производит упорядоченную составляющую импульса в направление движения. Мы связываем дополнительное давление компонент, называемый динамическое давление с этим движением жидкости. Давление, измеренное в направлении движения, называется полное давление и равно сумме статического и динамического давления, описываемого уравнением Бернулли.
Макромасштаб Определение давления
В более крупном масштабе давление — это переменная состояния газа, как температура и плотность.Изменение давления во время любого процесса регулируется законами термодинамика. Вы можете изучить влияние давления на другие параметры газа. в анимационной газовой лаборатории. Хотя само давление является скаляром, мы можем определить сила давления быть равным давлению (сила / площадь), умноженному на поверхность площадь в направлении, перпендикулярном поверхности. Сила давления — это вектор , величина .
Силы давления обладают некоторыми уникальными качествами по сравнению с гравитационными. или механические силы.На рисунке, показанном выше справа, у нас есть красный газ. который заключен в коробку. Механическая сила прилагается к верхней части коробка. Сила давления внутри коробки противостоит приложенной силе согласно Ньютону Третий закон движения. Скалярное давление равно внешней силе, деленной на площадь вершины. коробки. Внутри газа давление действует во всех направлениях. Так давление давит на дно коробки и на стороны. Это отличается от простой механики твердого тела. Если красный газ был твердым телом, не было бы сил, приложенных к бокам коробки; приложенная сила будет просто передана на Нижний. Но в газе, потому что молекулы могут свободно перемещаться и сталкиваются друг с другом, сила, приложенная по вертикали Направление вызывает силы в горизонтальном направлении.
Деятельность:
Экскурсии с гидом
Навигация. .
- Руководство для начинающих Домашняя страница
Границы | Система для инкубации при высоком парциальном давлении газа
Введение
Инкубация глубоко подповерхностных микроорганизмов в условиях высокого давления необходима, потому что в условиях, отличных от in situ (особенно при низком давлении), метаболические процессы и выживание микроорганизмов, адаптированных к высокому гидростатическому давлению, подвергаются отрицательному воздействию (Yayanos and Dietz, 1983; Fang и другие., 2010). С момента первого выделения адаптированной к давлению бактерии Yayanos et al. (1979) были проведены многочисленные исследования влияния повышенного давления на генетические, метаболические и физиологические аспекты микроорганизмов. Наблюдались множественные биологические эффекты давления на организмы: сдвиги в метаболической активности (Abe et al., 1999; Bothun et al., 2004), профили транскрипции (например, Boonyaratanakornkit et al. , 2007) и диссоциация рибосом (например, , Schulz et al., 1976), изменения темпов роста (Yayanos, 1986; Boonyaratanakornkit et al., 2006; Takai et al., 2009), регуляция генов (Bartlett et al., 1989), стабилизация белков (Hei and Clark, 1994; Sun and Clark, 2001) и состав мембранных липидов (Delong and Yayanos, 1985; Kaneshiro и Кларк, 1995). Обзоры воздействия давления на биологические процессы см. В Jaenicke (1983) и Bartlett (2002). На биохимические процессы также влияют физические последствия высокого гидростатического давления, поскольку коэффициент теплового расширения (Франк, 1970), а также вязкость и текучесть воды (Хорн и Курант, 1965) влияют на химические реакции и клеточные процессы.
Идея построить и использовать сосуд высокого давления для изучения глубоководной жизни довольно давняя. Зобелл и Оппенгеймер (1950) описали простой сосуд высокого давления для приложения высокого гидростатического давления к микроорганизмам. Давление прикладывали к культуральной пробирке с неопреновой пробкой, работающей как поршень для передачи давления на образец. Этот тип приложения давления используется до сих пор (Orcutt et al., 2008). Яянос (1969), а позже Тейлор и Джаннаш (1976) представили методы частичного отбора проб сред и бактерий и определения скорости реакции без декомпрессии, тем самым исключив повторяющуюся и трудоемкую декомпрессию.Использование стеклянных шприцев или гибкого тефлонового контейнера вместо герметичной культуральной пробирки (Schmid et al., 1978) имело преимущество инертной реакционной камеры. Однако утечка газов из среды в жидкость под давлением или наоборот требовала газонепроницаемой инкубационной камеры. Бернхардт и др. (1987) использовали гибкие никелевые трубки для инкубации метаногенных микроорганизмов с водородом. Также в качестве реакционной камеры высокого давления использовались гибкие ячейки из золота (Seyfried, 1979) или титана (Seyfried, Janecky, 1985).Однако такие устройства были разработаны для изучения гидротермальных изменений базальта и поэтому созданы для работы при гораздо более высоких температурах, чем те, которые необходимы для биологических инкубаций. Все описанные техники все еще используются. Недавно Parkes et al. (2009) представили систему высокого давления, которая может принимать керны, взятые с помощью керна высокого давления без декомпрессии. Система также позволяет выполнять подвыборку без декомпрессии.
Температура также влияет на скорость роста и другие физиологические характеристики всех микроорганизмов.Термофильные и термотолерантные микроорганизмы можно найти в гидротермальных источниках, наземных горячих источниках и внутриземных местообитаниях (Pedersen, 2000), таких как соляные шахты (Vreeland et al., 1998), подземных водах глубоко внутри Земли (Lin et al., 2006; Chivian et al. ., 2008) или нефтяных пластов (например, L’Haridon et al., 1995).
Используются несколько методов инкубации этих термофильных микроорганизмов: термисторы (например, Bernhardt et al., 1987), сушильные шкафы (Miller et al., 1988; Takai et al., 2008) и водяные бани (например, Jannasch et al., 1996). Инкубаторы и водяные бани стали наиболее часто используемыми методами поддержания желаемой температуры в сосудах под давлением.
Применение повышенной концентрации газа в инкубации под высоким давлением началось около 25 лет назад. Газы подавались в сосуды высокого давления для поддержания анаэробных условий при инкубации гипертермофильных архей (например, Raven et al., 1992), чтобы получить более высокую плотность клеток во время инкубации (например, Raven et al., 1992).g., Mukhopadhyay et al., 1999) или в качестве субстрата для метаногенных микроорганизмов (Bernhardt et al., 1987; Takai et al., 2008). Nauhaus et al. (2002) инкубировали образцы отложений из месторождения гидрата метана при различных парциальных давлениях метана и показали сильную корреляцию между микробной активностью и парциальным давлением метана. Ни одна из этих систем инкубации не позволяла изменять парциальное давление газа во время инкубации или отбора проб без декомпрессии.
Здесь мы представляем недорогую инкубационную систему высокого давления и высокой температуры, которая позволяет инкубировать образец при высоком гидростатическом давлении, а также управлять составом и концентрацией растворенных газов в среде во время инкубации. Он разработан как для статических, так и для проточных экспериментов и позволяет отбирать пробы жидкой фазы, включая растворенные газы, без декомпрессии. Основная цель заключалась в создании недорогой инкубационной системы, которую можно было бы легко построить и использовать. Чтобы снизить затраты, мы использовали стандартные готовые изделия и лишь несколько деталей, изготовленных на заказ.
С помощью этой системы можно проводить не только микробиологические эксперименты при высоком гидростатическом давлении и парциальном давлении газа.Также возможны геохимические эксперименты, например, извлечение органических и неорганических соединений из образцов горных пород при определенных условиях давления и температуры или исследования минеральных изменений.
Первоначальные испытания системы включали приложения для геохимических и микробиологических экспериментов. Было изучено влияние высоких концентраций растворенного в воде CO 2 на высвобождение низкомолекулярных органических кислот из полубитуминозного угля бассейна Вайкато (Новая Зеландия), а также влияние высокого парциального давления метана на микробную активность. в образцах грязевого вулкана Исида (IMV) у средиземноморского побережья Египта.
Материалы и методы
Инкубационная система высокого давления (рис. 1) состоит из резервуара-резервуара и реакционного резервуара для приложения гидростатического давления к рукаву инкубатора, который висит внутри резервуара высокого давления и удерживает образец. Система отбора проб позволяет отбирать пробы жидкости во время эксперимента без декомпрессии. Температура поддерживается нагревательной / охлаждающей баней (Julabo Labortechnik GmbH, Зельбах, Германия), которая прокачивает жидкость через нагревательные рубашки вокруг резервуара и реакционного сосуда.Среда циркулирует в замкнутом контуре, и насосы ВЭЖХ поддерживают гидростатическое давление. Фотография всей установки представлена на рисунке 2.
Рисунок 1. Схематический чертеж инкубационной системы высокого давления . Среда находится под давлением и обогащается газом в резервуаре-резервуаре перед тем, как пройти через рукав инкубатора, который висит внутри реакционного сосуда. Давление в реакционном сосуде устанавливают и поддерживают постоянным с помощью насоса ВЭЖХ и обратного клапана.
Рисунок 2. Фотография инкубационной системы высокого давления, показанной на Рисунке 1 . Резервуар, реакционный сосуд, инкубатор и устройство для отбора дополнительных проб подробно показаны на Рисунке 3.
Для микробиологических экспериментов все части инкубационной системы высокого давления можно стерилизовать в автоклаве.
Резервуар
Задача резервуара-резервуара с регулируемой температурой — насыщать среду газом до желаемого уровня и удерживать резервуар с жидкостью, которая прокачивается через систему.
Резервуар представляет собой цилиндр из нержавеющей стали (Dunze GmbH, Гамбург, Германия) объемом 255 см 3 (внутренние размеры: диаметр 3,4 см, высота 28,15 см; Рисунок 3A). Верх и низ закрыты заглушками с отверстиями для линий ВЭЖХ 1/16 дюйма, чтобы обеспечить перенос газа и среды в сосуд и из него.
Рис. 3. (A) Резервуар-резервуар общим объемом 255 см 3 ; (а) цилиндр высокого давления (невидимый) с рубашкой нагрева / охлаждения; (B) реакционный сосуд высокого давления, включая соединения с (b) клапанами для входа и выхода среды через инкубатор; третья линия (без клапана) предназначена для приложения давления к реакционной емкости; (C) PVDF-инкубатор с (b) клапанами, (c) инкубационным рукавом из PVDF; максимальный объем 60 см 3 , подсоединяется к входным и выходным линиям через заглушку резервуара высокого давления (e), (d) заглушки из нержавеющей стали с золотым покрытием с уплотнительными кольцами FFKM; (D) Устройство для отбора проб ; (f) 1/4 ′ ′ трубопровод высокого давления, трехходовой клапан (h), запорный клапан (g).
Реакционный сосуд
Реакционный сосуд (рис. 3В) представляет собой цилиндр из нержавеющей стали (Dunze GmbH, Гамбург, Германия). Цилиндр имеет внутренний диаметр 3,5 и длину 27,0 см (объем 259,7 см 3 ). Верх и низ закрыты пробками, каждая с отверстиями для четырех линий 1/16 » ВЭЖХ. Емкость закрывается винтами типа «банджо», которые вставляют пробки в их уплотнения.
Рукав инкубатора
Инкубатор (рис. 3C) представляет собой гильзу из поливинилиденфторида (PVDF, Novoplast, Halberstadt, Германия), полимера, инертного практически ко всем химическим веществам.Хотя этот материал не такой гибкий, как политетрафторэтилен (PTFE) или фторированный этиленпропилен (FEP), он был выбран из-за его очень низкой газопроницаемости (Таблица 1). Гильза закрывается двумя пробками из нержавеющей стали с золотым покрытием (толщина золота 3 мкм; Schempp and Decker, Берлин, Германия) с двумя желобами, каждая из которых содержит уплотнительное кольцо из перфторэластомера (FFKM, Parker Hannifin, Плейдельсхайм, Германия). FFKM был использован из-за его химической стойкости. Оба стопора имеют центральное резьбовое отверстие для соединения с линией ВЭЖХ 1/16 »: один для поступления среды в нижней части инкубатора, а другой для выхода в верхней части инкубатора. Инкубатор был спроектирован так, чтобы избежать коррозии, поэтому использовались только инертные материалы (PVDF, FFKM и золото). Рукав имеет диаметр 25 мм и максимальную длину 22 см, что дает максимальный объем 68 см 3 . Внутри инкубатора среда сначала должна пройти через слой стеклянных шариков диаметром 2 мм толщиной 1,5 см, а затем слой кварцевой ваты толщиной 1,5 см (без органических соединений путем отжига в муфельной печи), чтобы поток среды проходил равномерно. через образец материала по всему сечению рукава инкубатора.Сверху образца описанные слои следуют в обратном порядке; сначала кварцевая вата для сдерживания большинства мелких частиц, которые могут засорить трубопроводы и клапаны, затем стеклянные шарики, пока инкубатор не заполнится, а образец не будет плотно упакован.
Таблица 1 . Сравнение механических параметров и газопроницаемости PTFE, FEP и PVDF .
Помимо химической стойкости и почти полной газонепроницаемости, дополнительными преимуществами использования рукава из ПВДФ является его относительно низкая цена, позволяющая использовать его в качестве предмета одноразового использования. Таким образом можно исключить перекрестное загрязнение между образцами. Кроме того, будет предотвращено механическое напряжение, ведущее к ослаблению материала и, следовательно, возможная утечка среды или приток текучей среды под давлением. Гильза инкубатора висит внутри реакционного сосуда и соединяется с верхней пробкой инкубационного сосуда с помощью линий 1/16 » ВЭЖХ.
Система подвыборки проб
Устройство для отбора дополнительных проб позволяет отбирать пробы жидкости во время эксперимента без декомпрессии (рис. 3D).Он присоединяется к линии высокого давления между резервуаром-резервуаром и реакционным резервуаром. Дополнительный пробоотборник изготовлен из трубки из нержавеющей стали 1/4 дюйма (длина 7,9 см, внутренний диаметр 0,225 см, общий объем 0,513 см 3 ) и имеет трехходовой клапан (Swagelok Limited, Tromode, UK). вверху и запорный вентиль (Supelco) внизу. Трехходовой клапан соединяет дополнительный пробоотборник с инкубационной системой. Третье соединение клапана используется либо для создания вакуума в дополнительном пробоотборнике перед отбором пробы, чтобы избежать окисления пробы, либо для создания избыточного давления (газообразный азот), чтобы вытолкнуть оставшуюся часть пробы.После вакуумирования вспомогательного пробоотборника трехходовой клапан поворачивается, и проба поступает в вспомогательный пробоотборник. Затем трехходовой клапан закрывается, запорный клапан в нижней части системы открывается, и проба переносится в пробирку для проб. Газообразный азот добавляется через трехходовой клапан для выталкивания оставшейся пробы.
Манометры и насосы, другое оборудование
Давление создается модифицированным нагнетательным насосом для ВЭЖХ (SYKAM S 1122, Sykam GmbH, Fuerstenfeldbruck, Германия, модификации согласно Kallmeyer et al., 2003). Второй идентичный насос используется для циркуляции среды через резервуар и рукав инкубатора. Давление поддерживается постоянным с помощью обратного клапана (регулятор давления серии KHB, Swagelok Limited, Tromode, UK).
Все сосуды под давлением (резервуар и реакционный сосуд) подключены к манометрам на 100 МПа (WIKA Alexander Wiegand SE and Co. KG, Клингенберг, Германия). Все насосы и сосуды соединены с линиями 1/16 » ВЭЖХ (CS Chromatographie, Langerwehe, Германия).Если не указано иное, все клапаны были получены от Supelco, Bellefonte, PA, USA.
Газовая ловушка
Чтобы избежать возможного попадания пузырьков газа в насос, в качестве газовой ловушки используется пустая колонка для ВЭЖХ (длина 25,1 см, внутренний диаметр 0,45 см, общий объем 4 см. 3 ; Sykam GmbH, Fuerstenfeldbruck, Германия). установлен вертикально между реакционным сосудом и насосом для сбора любых пузырьков газа, которые могут образоваться. Среда течет сверху вниз, поэтому пузырьки газа задерживаются наверху.
Применение системы
Мы использовали систему для экстракции низкомолекулярных органических кислот, которые являются потенциальным источником энергии для микробов, из пробы угля с использованием воды и смеси вода-диоксид углерода при 90 ° C и 5 МПа. Во втором приложении мы инкубировали отложения грязевого вулкана, который, как известно, демонстрирует высокие скорости анаэробного окисления метана при 23 ° C и общем давлении 10 МПа и парциальном давлении метана 4 МПа (96 ммоль / л), и измерили увеличение концентрации сульфидов. .
Образец угля
Мы выбрали образец полубитуминозного угля [коэффициент отражения витринита ( R 0 ): 0,29%] из формации Вангамарино (от позднего миоцена до позднего плиоцена), которая является частью Таурангской группы. Образец был взят с глубины 64,69 м ниже поверхности, взятой из скважины DEBITS-1, которая была пробурена в 2004 году в рамках проекта «Глубокая биосфера в наземных системах» (DEBITS) в Охиневаи на угольном месторождении Вайкаре бассейна Вайкато. на Северном острове Новой Зеландии.
Скважина общей глубиной 148 м вскрыла прослои богатого органическими веществами углерода (лигниты и полубитуминозные угли), а также аргиллитов, алевролитов и песчаников. Общее содержание органического углерода (ТОС) в образце составляет примерно 30%. Для получения дополнительной информации об образце материала и геологии бассейна Вайкато см. Glombitza et al. (2009).
Известно, что низкомолекулярные органические кислоты (LMWOA), такие как формиат, ацетат и оксалат, являются основными органическими соединениями, получаемыми из водных экстрактов лигнитов и углей (Vieth et al., 2008). LMWOA также являются компонентами макромолекулярного органического материала угля (Glombitza et al., 2009) и выделяются из угольной матрицы во время продолжающегося созревания в окружающую поровую воду.
Отложения грязевого вулкана
Грязевой вулкан Исида расположен на континентальной окраине Египта в глубоководном конусе Нила (NDSF) на глубине воды ∼991 м и занимает площадь примерно 10 км. 2 . NDSF представляет собой осадочный клин, который откладывается с позднего миоцена у реки Нил (Loncke et al., 2004) с предполагаемой мощностью до 10 км. Более глубокие отложения подвергаются сильному избыточному давлению из-за мощных отложений осадочных пород, что приводит к восходящей миграции флюидов и газов (Loncke et al., 2004). Среди других грязевых вулканов в этом районе IMV выделяет большие объемы газа (Dupré et al., 2008), включая метан, этан и пропан (Mastalerz et al., 2009). Эти газы, вероятно, представляют собой смесь из разных источников, поскольку их изотопный состав не дает окончательных результатов с точки зрения термогенного или микробного происхождения (Mastalerz et al., 2007).
Выбрасываемые газы — в основном метан — являются субстратом для микроорганизмов. В пробах донных отложений IMV Omoregie et al. (2009) обнаружили несколько родов сульфатредуцирующих бактерий ( Desulfosarcina, Desulfococcus, Desulfocapsa, Desulfobulbus ), а также Methanococcoides , метаногенный Archea и анаэробные окислители метана ANME-1 и ANME-2. -3.
Образец взят во время экспедиции НАУТИНИЛ в 2003 г. на 32 ° 22 ′ с.ш .; 31 ° 23′E на глубине 1020 м и хранится в стеклянной бутылке при 4 ° C с азотом.Примерно за неделю до экспериментов свободное пространство промывали метаном. Непосредственно перед экспериментами по инкубации концентрация сероводорода и метана в поровой воде составляла около 6 и 4,8 ммоль / л соответственно.
Методика эксперимента
Образец угля был извлечен при повышенной температуре (90 ° C) и давлении (5 МПа) с использованием деионизированной воды в первом эксперименте и смеси вода – углекислый газ во втором. Пять граммов (приблизительно 9,4 см 3 ) лиофилизированного и порошкообразного образца угля помещали в рукав инкубатора.Что касается водной экстракции, эксперимент начинали после того, как резервуар и реакционный сосуд достигли 5 МПа и 90 ° C. Во втором эксперименте со смесью H 2 O – CO 2 газ добавляли в резервуар-резервуар после нагрева до 90 ° C и оставляли на ночь для уравновешивания. Эксперимент и циркуляция газонасыщенной среды начинались после уравновешивания. Давление создавали путем добавления CO 2 до тех пор, пока не было достигнуто 5 МПа и давление не стабилизировалось по мере достижения максимальной газонасыщенности (приблизительно 106 г / л или 2.4 моль / л растворенного CO 2 ).
Экстракции проводились в течение 48 часов. Части образца (0,513 см 3 ) среды были взяты через 6, 22, 30 и 48 часов и промыты в 513 мкл раствора Na 2 с концентрацией 3,6 / 3,4 ммоль / л. , содержащий 2% изопропанола для снижения летучести LMWOA, что позволяет избежать потери этих соединений. Подвыборки немедленно замораживали до анализа (в течение 1 недели). Анализ образца выполняли с помощью ионной хроматографии (IC) без дальнейшего разбавления.
Инкубацию образцов осадка из IMV проводили при давлении 10 МПа и температуре 23 ° C с использованием искусственной морской воды (Widdel and Bak, 1992) с концентрацией сульфата 27 ммоль / л.
В первом эксперименте среда содержала всего 0,1 ммоль / л метана (из разбавления метана в поровой воде образца осадка), тогда как во втором эксперименте среда содержала 96 ммоль / л метана. Чтобы иметь возможность обнаруживать даже небольшие количества сероводорода, объем резервуара был уменьшен до 145 мл путем добавления стеклянных шариков (диаметром 5 мм).Внутри анаэробного перчаточного бокса в рукав инкубатора загружали 10 см 3 осадка IMV. Эксперимент только с искусственной бескислородной морской водой был начат после того, как резервуар и реакционный сосуд были уравновешены до 10 МПа и 23 ° C. Во втором эксперименте в среду сначала повышали давление метана до 4 МПа, что приводило к концентрации метана приблизительно 1,6 г / л или 96 ммоль / л растворенного метана, и оставляли на ночь для уравновешивания. После завершения насыщения метаном давление было увеличено гидростатически до 10 МПа с использованием бескислородной искусственной морской воды.Образец загружали в инкубационный сосуд и создавали давление перед экспериментом; После уравновешивания начиналась циркуляция газонасыщенной среды.
Инкубация была проведена в течение 432 ч (9 дней). Части пробы (0,513 см 3 ) среды отбирали каждые 2 дня. Части образцов смешивали с равными объемами 5% (мас. / Об.) Раствора ацетата цинка для фиксации летучего сульфида в виде сульфида цинка. Фиксированные подвыборки немедленно замораживали до проведения фотометрического анализа.
Анализ проб ионной хроматографией
Образцы анализировали в повторностях с использованием IC. Система IC (Sykam GmbH, Fuerstenfeldbruck, Германия) была оснащена колонкой LCA A 20, подавителем (SAMS, SeQuant, Швеция) и детектором проводимости SYKAM S3115. Подвижная фаза представляла собой смесь 1,8 / 1,7 ммоль / л Na 2 CO 3 / NaHCO 3 . Элюирование проводили в изократических условиях. Скорость потока элюента составляла 0,8 мл / мин. Перед каждым образцом измеряли холостой образец (деионизированная вода) и мультикомпонентный стандарт, содержащий 50 мг / л формиата, ацетата и оксалата (для экстракции угля).Стандартное отклонение образца и стандартного количественного определения было ниже 10% (определено в результате анализа повторностей).
Количественное определение сероводорода
Концентрация сероводорода была определена количественно согласно Cline (1969). Вкратце, 5 мл деионизированной воды и 400 мкл Cline-реагента (1,6 г N , N -диметил- p -фенилендиаминсульфат плюс 2,4 г FeCl 3 · 6H 2 O в 100 мл 50% HCl) добавляют к образцу. Адсорбцию измеряют фотометром при 680 нм через 20 мин.Минимальный предел обнаружения с ячейкой 1 см составляет около 50 мкмоль / л.
Результаты
Основными органическими соединениями, экстрагируемыми водой при 5 МПа и 90 ° C, являются формиат, ацетат и оксалат. Vieth et al. (2008) сообщили о сопоставимых результатах водной экстракции Сокслета аналогичного материала образца из скважины DEBITS-1. Количество извлеченных LMWOA увеличивается в ходе эксперимента (рис. 4, синие кружки). Наиболее сильное увеличение концентрации LMWOA наблюдалось в течение первых 22 часов экстракции.В следующие 26 часов наблюдалось медленное, но неуклонное увеличение экстрагированного LMWOA, что свидетельствует о том, что эксперимент не завершился через 48 часов. Тем не менее, выход извлеченных LMWOA приближается к стабильному состоянию. Общее количество экстрагированных LMWOA через 48 часов составляло 2,3 мг / г формиата TOC, , 3,8 мг / г ацетата TOC, и 5,2 мг / г оксалата TOC .
Рис. 4. Извлечение формиата (A), ацетата (B) и оксалата (C) из пробы полубитуминозного угля, взятой из скважины DEBITS-1 в угольной зоне Вайкато, Северный остров, Новая Зеландия .Пять граммов угля (приблизительно 30% ТОС) были извлечены в течение 48 часов при 5 МПа и 90 ° C. Экстракции проводили водой (синие кружки) и смесью вода – углекислый газ (зеленые треугольники). Анализ проб проводили методом ионной хроматографии.
Во втором эксперименте по извлечению угля мы использовали смесь H 2 O – CO 2 при тех же условиях давления и температуры (90 ° C, 5 МПа), но с 2,4 моль / л CO 2 . В этих условиях были экстрагированы те же самые органические соединения (формиат, ацетат и оксалат) (рис. 4, зеленые кружки).Как и в эксперименте с деионизированной водой, количество экстрагированных LMWOA увеличивается с увеличением времени экстракции, причем основное увеличение происходит в течение первых 20 часов. Общее количество экстрагированных LMWOA через 48 часов составило 2,4 мг / г ТОС для формиата, 2,7 мг / г ТОС для ацетата и 4,5 мг / г ТОС для оксалата. Эти цифры несколько ниже, чем в эксперименте по извлечению чистой воды (рис. 4).
В течение первых 48 часов обоих экспериментов по инкубации осадка IMV концентрация сероводорода увеличилась примерно до 0.3 ммоль / л из-за смешения сероводорода поровой воды осадка со средой. В течение первого эксперимента концентрация оставалась около 0,3 ммоль / л до конца эксперимента (рис. 5, красные кружки).
Рис. 5. Инкубация проб отложений грязевого вулкана Исида (IMV) . Десять кубических сантиметров осадка инкубировали 432 ч при 10 МПа и 23 ° C. Инкубации проводили с метаном 4 МПа (синие кружки) и без добавления метана (красные кружки).
Во втором эксперименте с добавленным метаном (4 МПа, 96 ммоль / л) концентрация сульфида оставалась около 0,3 ммоль / л до прибл. 144 ч, а затем возрастает почти экспоненциально (рис. 5, синие кружки). Эксперимент был остановлен через 432 ч при концентрации сероводорода 0,93 ммоль / л.
Обсуждение
Извлеченные LMWOA (формиат, ацетат и оксалат) также оказались основными органическими кислотами, получаемыми при водной экстракции других углей с низкой зрелостью (Bou-Raad et al., 2000; Vieth et al., 2008; Гломбица, 2011).
Экстракция чистой водой под высоким давлением (5 МПа) в нашей системе привела к значительно более высоким выходам (2,4–4,5 мг органических кислот / г ТОС ), чем было получено при экстракции Сокслетом проб угля из аналогичного интервала глубин месторождения. Скважина DEBITS-1, которая давала от 0,7 до 1,4 мг органической кислоты / г TOC для отдельных LMWOA (Vieth et al., 2008). Экстракция LMWOA приводила к снижению pH экстракционной среды. PH в резервуаре аппарата Сокслета снижается примерно до pH 4 после 48 ч экстракции деионизированной водой (данные не показаны). Однако образец контактирует только со свежедистиллированной водой (pH 7), которая капает на образец. В системе высокого давления экстракционная среда, содержащая экстрагированные органические кислоты, циркулирует по системе, тем самым извлекая уголь со средой с низким pH. Предполагается, что более низкий pH увеличивает высвобождение LMWOA из макромолекулярного органического вещества в угле путем гидролиза (Glombitza, 2011).Это может объяснить более высокие выходы экстракции LMWOA в нашей реакторной системе по сравнению с экстракцией Сокслета.
В условиях in situ экстрагированные LMWOA останутся в поровой воде и тем самым вызовут падение pH, прежде чем они в конечном итоге будут удалены диффузией или потоком жидкости. Как отмечает Фрай и др. (2009) сообщили о пробах из скважины DEBITS-1, большая часть микробной активности и численности обнаруживается не в углях, а, скорее, в окружающих и более пористых песчаниках. Таким образом, потребление произведенных LMWOA происходит не внутри угольных пластов, а над или под ними, и удаление этих веществ из углей регулируется диффузией или потоком жидкости, а не микробной активностью. Поэтому разумно предположить, что наша система высокого давления обеспечивает условия реакции, которые намного более реалистичны, чем экстракция Сокслета, поскольку экстрагированные соединения не удаляются из реакции.
При сравнении результатов первой экстракции деионизированной водой и второй экстракции смесью H 2 O – CO 2 становится очевидным, что CO 2 снижает количество экстрагированного ацетата в 1 раз.39 и оксалата в 1,16 раза. Для формиата не наблюдалось явного влияния CO 2 на эффективность экстракции. На первый взгляд, этот результат удивителен, поскольку растворенный в воде углекислый газ снижает pH из-за образования угольной кислоты (Meyassami et al., 1992). Ожидалось, что более низкий pH усилит гидролиз и, следовательно, увеличит выход экстрагируемых LMWOA. Однако мы наблюдали подавляющий эффект CO 2 .
LMWOA, обнаруженные в экстракционной жидкости, могут быть результатом не только фактического извлечения угля, но и различных вторичных реакций.Было высказано предположение, что оксалат в водных экстрактах углей является результатом разложения 1,2-дигидроксикарбоновых кислот (Bou-Raad et al., 2000). Поэтому следует предположить, что, по крайней мере, для оксалата (и, возможно, для других LMWOA) на выход экстракции влияет не только гидролиз, но и вторичные реакции, которые могут быть ингибированы или подавлены в присутствии CO 2 в экстракционная среда.
Инкубационный эксперимент с образцами отложений грязевого вулкана Изис ясно показал положительное влияние повышенной концентрации метана на скорость образования сульфидов, что является прямым результатом восстановления сульфатов.Omoregie et al. (2009) провели инкубацию с радиоактивным индикатором всего керна образцов из того же грязевого вулкана при атмосферном давлении (0,1 МПа) и с максимальной концентрацией метана> 10 мкмоль л -1 . Они измерили скорость восстановления сульфата 7–240 нмоль см –3 день –1 . Мы провели наш эксперимент при гораздо более высокой концентрации метана (96 ммоль / л, -1 ) и давлении in situ (10 МПа), и измерили значительно более высокую скорость восстановления сульфата, составляющую ок.2000 нмоль см −3 день −1 , что мы приписываем повышенной концентрации метана, как уже было показано Nauhaus et al. (2002).
Цель данной статьи — представить новую систему инкубации под высоким давлением и эксперименты, чтобы продемонстрировать применение повышенных температуры и давления, а также использование повышенной газонасыщенности и их влияние на геохимические и микробиологические процессы. Таким образом, мы можем только предполагать причины наблюдаемого подавляющего эффекта CO 2 .Этот эффект до сих пор остается загадкой и станет темой будущих исследований.
Заключение
Инкубационная система высокого давления и высокой температуры представляет собой недорогую альтернативу существующим системам. Кроме того, его легко построить и использовать. Первоначальные эксперименты демонстрируют, что система подходит для широкого круга приложений в гео- и биологических науках. Система позволяет проводить инкубацию при повышенном давлении и температуре (до 120 ° C и 60 МПа), а также управлять растворенными газами на протяжении всего эксперимента.Система также позволяет проводить отбор проб жидкой фазы в ходе эксперимента без декомпрессии. Экстракция образцов полубитуминозного угля в условиях высокого давления и температуры показала более высокий выход LMWOA из высокомолекулярного органического вещества по сравнению с экстракцией с помощью аппарата Сокслета. Экстракция пробы угля под высоким давлением водой, насыщенной CO 2 , выявила подавляющее влияние CO 2 на выход экстракции или вторичные образования LMWOA.Возможные причины этого эффекта еще не определены и будут предметом будущих исследований. Инкубация проб отложений грязевого вулкана, содержащего сульфатредуцирующие метанотрофы, показала четкую положительную реакцию добавления метана на скорость восстановления сульфата. Наша инкубационная система с высоким давлением и высокой температурой доказала свою пригодность для широкого спектра научных приложений.
Заявление о конфликте интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Мы хотели бы поблагодарить Харальда Хубера из Регенсбургского университета за предоставление оборудования высокого давления. Благодарим Центр Гельмгольца в Потсдаме за предоставленный образец материала для тестового эксперимента. Мы благодарим Анн-Катрин Шерф из Немецкого исследовательского центра наук о Земле (GFZ) за извлечение образцов угля по Сокслету и измерение pH, а также доктора Гюнтера Вегенера из Института Макса Планка по морской микробиологии за образцы отложений грязевого вулкана Исида.Кроме того, мы благодарим Федеральное министерство образования и исследований (BMBF) за финансирование этой работы в рамках «Forschungsverbund Geoenergien» (GeoEn, исследовательская сеть геоэнергетики).
Список литературы
Бернхардт Г., Янике Р. и Людеманн Х. Д. (1987). Оборудование высокого давления для выращивания метаногенных микроорганизмов на газовых субстратах при высокой температуре. Заявл. Environ. Microbiol. 53, 1876–1879.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст
Буньяратанакорнкит, Б.Б., Кордова, Дж., Парк, К. Б., и Кларк, Д. С. (2006). Давление влияет на транскрипционный профиль Methanocaldococcus jannaschii , несмотря на отсутствие барофильного роста при ограничении переноса газа. Environ. Microbiol. 8, 2031–2035.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Буньяратанакорнкит, Б. Б., Мяо, Л. Ю. и Кларк, Д. С. (2007). Транскрипционный ответ глубоководного гипертермофила Methanocaldococcus jannaschii на смещение экстремальных значений температуры и давления. Экстремофилы 11, 495–503.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Ботун, Г. Д., Кнутсон, Б. Л., Берберих, Дж. А., Штробель, Х. Дж., И Нокс, С. Е. (2004). Метаболическая селективность и рост Clostridium thermocellum в непрерывной культуре при повышенном гидростатическом давлении. Заявл. Microbiol. Biotechnol. 65, 149–157.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Бу-Раад, М., Hobday, M.D., и Rix, C.J. (2000). Водная экстракция оксалатов и других анионов из угля. Топливо 79, 1185–1193.
CrossRef Полный текст
Чивиан, Д., Броди, Э.Л., Алм, Э.Дж., Калли, Делавэр, Дехал, П.С., Десантис, Т.З., Гиринг, Т.М., Лапидус, А., Лин, Л.-Х., Лоури, С.Р., Мозер, Д.П. , Ричардсон, П.М., Саутэм, Г., Вангер, Г., Пратт, Л.М., Андерсон, Г.Л., Хазен, Т.С., Брокман, Ф.Дж., Аркин, А.П., и Онстотт, Т.К. (2008). Экологическая геномика выявляет экосистему одного вида глубоко под землей. Наука 322, 275–278.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Клайн, Дж. Д. (1969). Спектрофотометрическое определение сероводорода в природных водах. Лимнол. Oceanogr. 14, 454–458.
CrossRef Полный текст
Дюпре, С., Баффет, Дж., Маскл, Дж., Фуше, Дж. П., Гаугер, С., Боэтиус, А., и Марфия, С. Команда AsterX AUV, команда Quest ROV и научная группа BIONIL .(2008). Картирование с высоким разрешением крупных газоизлучающих грязевых вулканов на континентальной окраине Египта (глубоководный конус Нила) с помощью съемок с АНПА. Мар. Geophys. Res. 29, 275–290.
CrossRef Полный текст
Фрай, Дж. К., Хорсфилд, Б., Сайкс, Р., Крэгг, Б. А., Хейвуд, К., Ким, Г. Т., Мангельсдорф, К., Милденхолл, округ Колумбия, Ринна, Дж., Вьет, А., Зинк, К. .-Г., Сасс, Х., Вейтман, А.Дж., и Паркс, Р.Дж. (2009). Прокариотические популяции и активность в переслаивающейся угольной залежи, в том числе в ранее глубоко заглубленном разрезе (1.6-2,3 км) выше (порода фундамента ∼150 млн лет. Geomicrobiol. J. 26, 163–178.
CrossRef Полный текст
Гломбица, К. (2011). Новозеландский уголь — потенциальное сырье для глубокой микробной жизни . Диссертация, Технический университет Берлина, Берлин.
Гломбица К., Мангельсдорф К. и Хорсфилд Б. (2009). Новая процедура для обнаружения низкомолекулярных соединений, выделяемых в результате расщепления щелочного эфира из углей с низкой зрелостью, для оценки его исходного потенциала для глубокой микробной жизни. Org. Геохим. 40, 175–183.
CrossRef Полный текст
Хей, Д. Дж., И Кларк, Д. С. (1994). Стабилизация давления белков от экстремальных термофилов. Заявл. Environ. Microbiol. 60, 932–939.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст
Хорн Р. А. и Курант Р. А. (1965). Протонная проводимость в I области воды. J. Phys. Chem. 69, 2224–2230.
CrossRef Полный текст
Янике, Р. (1983). Биохимические процессы при высоком гидростатическом давлении. Naturwissenschaften 70, 332–341.
CrossRef Полный текст
Jannasch, H. W., Wirsen, C.O., and Doherty, K. W. (1996). Хемостат под давлением для изучения морских барофильных и олиготрофных бактерий. Заявл. Environ. Microbiol. 62, 1593–1596.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст
Каллмейер, Дж., Фердельман, Т. Г., Янсен, К.-Х., и Йоргенсен, Б.Б. (2003). Блок термального градиента высокого давления для исследования микробной активности в нескольких глубоководных пробах. J. Microbiol. Методы 55, 165–172.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Канеширо, С. М., и Кларк, Д. С. (1995). Влияние давления на состав и термическое поведение липидов из глубоководных термофилов. J. Bacteriol. 177, 3668–3672.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст
L’Haridon, S. , Рейзенбах, А.-Л., Гленат, П., Приер, Д., и Жантон, К. (1995). Горячая подземная биосфера в континентальном нефтяном резервуаре. Природа 377, 223–224.
CrossRef Полный текст
Лин, Л.-Х., Ван, П.-В., Рамбл, Д., Липпманн-Пипке, Дж., Бойс, Э., Пратт, Л.М., Шервуд-Лоллар, Б., Броди, Э.Л., Хейзен , Т.С., Андерсон, Г.Л., Десантис, Т.З., Мозер, Д.П., Кершоу, Д., и Онстотт, Т.К. (2006). Долгосрочная устойчивость высокоэнергетического биома земной коры с низким разнообразием. Наука 314, 479–482.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Loncke, L., Mascle, J., и Fanil Scientific Party. (2004). Грязевые вулканы, газовые трубы, оспы и курганы в глубоководном конусе Нила (Восточное Средиземноморье): геофизические свидетельства. мар. Бензин. Геол. 21, 669–689.
CrossRef Полный текст
Масталерц В., Деланж Г. Дж. И Дэлманн А. (2009). Дифференциальное аэробное и анаэробное окисление углеводородных газов, выбрасываемых грязевыми вулканами в глубоководном конусе Нила. Геохим. Космохим. Acta 73, 3849–3863.
CrossRef Полный текст
Масталерц В., де Ланге Г. Дж., Дельманн А. и Фесекер Т. (2007). Активная вентиляция грязевого вулкана Исида на шельфе Египта: происхождение и миграция углеводородов. Chem. Геол. 246, 87–106.
CrossRef Полный текст
Меяссами Б., Балабан М. О. и Тейксера А. А. (1992). Прогнозирование pH в модельных системах с углекислым газом под давлением. Biotechnol. Прог. 8, 149–154.
CrossRef Полный текст
Миллер, Дж. Ф., Алмонд, Э. Л., Шах, Н. Н., Ладлоу, Дж. М., Цольвег, Дж. А., Стрит, В. Б., Зиндер, С. Х. и Кларк, Д. С. (1988). Биореактор высокого давления-температуры для изучения зависимости давления от температуры в росте и продуктивности бактерий. Biotechnol. Bioeng. 31, 407–413.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Мухопадхяй, Б., Джонсон, Э. Ф., и Вулф, Р. С. (1999). Культивирование в реакторном масштабе гипертермофильного метанархея Methanococcus jannaschii до высокой плотности клеток. Заявл. Environ. Microbiol. 65, 5059–5065.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст
Наухаус, К., Боэтиус, А., Крюгер, М., и Виддел, Ф. (2002). Демонстрация in vitro анаэробного окисления метана в сочетании с восстановлением сульфатов в отложениях из области морских газовых гидратов. Environ.Microbiol. 4, 296–305.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Омореги, Э. О., Ниманн, Х., Масталерц, В., де Ланге, Г. Дж., Стадницкая, А., Маскл, Дж., Фуше, Ж.-П. и Боэтиус, А. (2009). Микробное окисление метана и сульфатредукция на холодных выходах глубоководной части Восточного Средиземного моря. Мар. Геол. 261, 114–127.
CrossRef Полный текст
Оркатт, Б., Самаркин, В., Боэтиус, А., и Джой, С. (2008). О связи между производством метана и его окислением анаэробными метанотрофными сообществами из холодных выходов Мексиканского залива. Environ. Microbiol. 10, 1108–1117.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Паркс, Р. Дж., Селлек, Г., Вебстер, Г., Мартин, Д., Андерс, Э., Вейтман, А. Дж., И Сасс, Х. (2009). Культурное прокариотическое разнообразие глубинных газогидратных отложений: первое использование непрерывной анаэробной системы обогащения и изоляции под высоким давлением для донных отложений (DeepIsoBUG). Environ. Microbiol. 11, 3140–3153.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Рэйвен, Н., Ладва, Н., Коссар, Д., и Шарп, Р. (1992). Непрерывная культура гипертермофильных архей Pyrococcus furiosus . Заявл. Microbiol. Biotechnol. 38, 263–267.
CrossRef Полный текст
Сейфрид, В. Э. младший (1979). Новая реакционная ячейка для оборудования гидротермального раствора. Am. Минеральная. 64, 646–649.
Сейфрид, В. Э. младший, и Янеки, Д. Р. (1985). Перенос тяжелых металлов и серы во время докритических и сверхкритических гидротермальных изменений базальта: влияние давления флюидов, состава и кристалличности базальта. Геохим. Космохим. Acta 49, 2545–2560.
CrossRef Полный текст
Такай К., Миядзаки М., Хираяма Х., Накагава С., Кереллоу Дж. И Годфрой А. (2009).Выделение и физиологическая характеристика двух новых пьезофильных термофильных хемолитоавтотрофов из дымохода глубоководных гидротермальных источников. Environ. Microbiol. 11, 1983–1997.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Такай К., Накамура К., Токи Т., Цуногай У., Миядзаки М., Миядзаки Дж., Хираяма Х., Накагава С., Нунура Т. и Хорикоши К. . (2008). Клеточная пролиферация при 122 ° C и продуцирование изотопно тяжелого CH 4 гипертермофильным метаногеном при культивировании под высоким давлением. Proc. Natl. Акад. Sci. США 105, 10949–10954.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст
Тейлор, К. Д., и Яннаш, Х. У. (1976). Методы субдискретизации для измерения роста бактериальных культур при высоком гидростатическом давлении. Заявл. Environ. Microbiol. 32, 355–359.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст
Вьет, А., Мангельсдорф, К., Сайкс, Р., и Хорсфилд, Б. (2008).Водная добыча углей — потенциал для оценки низкомолекулярных органических кислот в качестве углеродного сырья для глубинной земной биосферы. Org. Геохим. 39, 985–991.
CrossRef Полный текст
Виддел Ф. и Бак Ф. (1992). «Грамотрицательные мезофильные сульфатредуцирующие бактерии», в The Prokaryotes , ред. А. Баловс, Х. Г. Трюпер, М. Дворкин, У. Хардер и К.-Х. Шлейфер (Нью-Йорк: Springer), 3352–3378.
Зобелл, К.Э. и Оппенгеймер К. Х. (1950). Некоторые эффекты гидростатического давления на размножение и морфологию морских бактерий. J. Bacteriol. 60, 771–781.
Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст
Почему важно определение доступного давления газа на раннем этапе
Когда мы начинаем новый проект, чаще всего у нас нет всей информации, необходимой для создания точного проекта. Как правило, мы стараемся запросить как можно больше информации как можно раньше, чтобы мы могли точно спроектировать наши системы до того, как мы достигнем основных этапов проекта.Информация о доступном давлении газа для нового здания, необходимом для эффективного проектирования и размера вашей системы газопровода, всегда должна быть включена в информацию, которая вам нужна заранее.
Чтобы рассчитать размер вашей системы газопровода, вам необходимо заранее получить две части информации. Во-первых, доступное давление газа на месте. Это газопровод, который обычно находится на улице поблизости, и его обеспечивает местная коммунальная служба. В зависимости от расположения новостройки давление газа в трубопроводе может сильно варьироваться.Обычно доступное давление подразделяется на низкое (менее 2 фунтов на квадратный дюйм) или высокое давление (более 2 фунтов на квадратный дюйм). Более низкие давления газа обычно измеряются в дюймах водяного столба (WC), где 2 фунта на квадратный дюйм составляют около 27,7 дюйма водяного столба. Вы можете получить эту информацию, связавшись с местным коммунальным предприятием и попросив предоставить вам доступное давление газа на месте. Эта информация может быть легко доступна или может занять время, в зависимости от сайта. Для существующих проектов вы можете определить подачу газа по счетчику, но для получения более точной информации вам все равно следует связаться с местным коммунальным предприятием.
Вторая необходимая информация — это минимальное давление газа, необходимое для приборов и оборудования в вашем здании. При проектировании системы природного газа мы обычно стараемся обеспечить, чтобы газ поступал как минимум в 7-дюймовый туалет для многоквартирных домов, поскольку большая часть жилого оборудования работает с минимум 4-5-дюймовым туалетом. Хотя это не всегда следует использовать, поскольку для установки на крыше и для другого механического оборудования может потребоваться минимум 9 дюймов туалета или более, поэтому давление газа должно быть известно заранее.
Как только эти две части информации будут получены, вы можете приступить к определению размеров ваших газовых линий. Размеры газовых линий можно выбрать с помощью таблиц Международного кодекса топливного газа (IFGC) или двух уравнений для газа высокого и низкого давления, приведенных в разделе 402. Например, предположим, что у вас есть установка на крыше, требующая ввода 3 000 000 БТЕ / ч, 300 футов. прочь с минимальным давлением 9 дюймов туалета. Предположим также, что для этого примера у нас есть только 14-дюймовый унитаз доступного давления на месте. Таблицы в IFGC изменяются в зависимости от падения давления (вы не должны выбирать таблицу на основе минимального давления на входе, так как вы можете соответствовать минимальному давлению на входе и иметь гораздо больший перепад давления). Если у нас есть только 14-дюймовый унитаз, мы можем использовать таблицу падения давления в 3-дюймовом унитазе (таблица 402.4 (3)), которая даст нам 11-дюймовый унитаз, доступный на приборе. Мы также можем использовать уравнения, чтобы рассчитать, какой размер трубы дает нам падение давления при 5-дюймовом водосборе (так как 14-9 дюймов = 5 дюймов), поскольку минимум составляет 9 дюймов водного столба, хотя давление газа может колебаться, поэтому оно не рекомендуется подбирать его таким образом, чтобы он воспринимал минимальное давление. При использовании стола на высоте 300 футов с перепадом давления в водопроводе 3 дюйма, 4 740 кубических футов в час будет подаваться в установку с 3-дюймовым трубопроводом.CFH примерно такой же, как БТЕ / ч в 1000 раз; следовательно, поскольку нам требуется ввод 3 000 000 БТЕ / ч (или 3 000 МБ / ч), этот размер трубы будет работать. Теперь, если окажется, что у нас есть газ под высоким давлением, скажем, 2 фунта на квадратный дюйм, и мы рассчитаем нашу трубу с перепадом давления в 1 фунт на квадратный дюйм, используя таблицу 402. 4 (5), тогда размер нашей газовой трубы может быть 2 дюйма для металлической трубы сортамента 40. . Это может показаться не таким уж большим с одним элементом оборудования, но если бы таких устройств было 10, размер трубы был бы 8 дюймов при низком давлении и только 4 дюйма при более высоком давлении.Это может привести к огромной экономии средств, если вам придется проложить 300 футов металлических трубопроводов по графику 40!
Как видите, нам пришлось использовать 10-дюймовый газопровод к зданию из-за низкого давления газа. Если бы было доступно высокое давление, это могла бы быть 6-дюймовая линия. Линия бирюзового газа, входящая в здание, показана в правом нижнем углу изображения.Как видите, наличие газа под высоким давлением для зданий с высокими требованиями к газу может быть очень выгодным. Уменьшенные размеры труб значительно упрощают прокладку труб и приводят к снижению общих затрат на строительство за счет меньшего количества материалов и рабочей силы.Это может сэкономить разработчику много денег.