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Erdgas - Grundlagenwissen

Beispiel: Methan - CH4

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Quelle: wikimedia commons

Grundlagen

Um einen technisch einwandfreien und ordnungsgemäßen Betrieb der Gasanlage zu gewährleisten und um die Sicherheit von Menschen, Tieren und Bauwerken nicht zu gefährden, ist es unabdingbar, dass der verantwortungsbewusste Fachhandwerker einige grundlegende Kenntnisse über die physikalischen Eigenschaften und das daraus resultierende Verhalten von Erdgas besitzt.

Brenngase

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Erdgas ist ein sogenanntes Brenngas. Brenngase sind Gase, die in bestimmten Mischungsbereichen mit Luft (Sauerstoff) brennbar sind. Alle Brenngase können in bestimmten Mischungsverhältnissen mit Luft explodieren. Daher muss ein Ausströmen von unverbrannten Gas in Räumen unbedingt vermieden werden. Die Zündgrenzen werden in Prozent Gas im Gas-Luftgemisch angegeben. Man unterscheidet obere und untere Zündgrenze.

  • Untere Zündgrenze: 4% Gas im Gas-Luftgemisch
  • Obere Zündgrenze: 17% Gas im Gas-Luftgemisch

Die Zündtemperatur (niedrigste Temperatur bei der sich ein Gas-Luftgemisch entzündet) liegt bei etwa 640°C.

Gasfamilien

Brenngase der öffentlichen Gasversorgung, die weitgehend übereinstimmende Eigenschaften haben, werden im DVGW-Arbeitsblatt (siehe dazu: DVGW) G 260 „Technische Regeln für die Gasbeschaffenheit“ beschrieben und in drei Gasfamilien mit je zwei Gruppen eingeteilt.

  • 1.Gasfamilie: Kurzzeichen „S“, wasserstoffreiche Gase, Steinkohlegase - z.B. Stadt- und Ferngas
  • 2.Gasfamilie: Kurzzeichen „N“, methanreiche Gase, Erdgase - z.B. Ergas-H (E) und Erdgas-L (LL)
  • 3.Gasfamilie: Kurzzeichen „F“, Flüssiggase - z.B. Propan und Butan

Beispiel: 2.Gasfamilie Flüssiggas

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H-Gas und L-Gas

Quelle: www.wikipedia.de

Beispiel: Erdgasförderung (zum Vergrößern anklicken)

Erdgas hat sich wie das Erdöl vor vielen Millionen Jahren aus abgestorbenen Meerestieren und Pflanzen gebildet. Im Laufe der Zeit haben sich undurchlässige Erd- und Gesteinsschichten darüber gelagert. Darunter fehlte der zur Verwesung nötige Luftsauerstoff. Hauptbestandteil (mehr als 80%) von Erdgas ist daher Methan (CH4). Abhängig vom genauen Methananteil unterscheidet man heute H-Gas und L-Gas.

Erdgasbestandteile:

Bestandteile in %H-GasL-Gas
Methan - CH498%89%
andere Kohlenwasserstoffe1%8%
Inertgase (Stickstoff,Kohlenstoffdioxid)1%3%

Bei H-Gas (auch als Erdgas-E bezeichnet) steht das H für „high caloric“ und bei L-Gas (auch als Erdgas-LL bezeichnet) das L für „low caloric“. Die beiden Gase unterscheiden sich in ihrem Methan- und damit in ihrem Energiegehalt und dem sich daraus ergebenen Heizwert. H-Gas (high caloric) hat einen höhren Energiegehalt als L-Gas (low caloric).

Odorierung

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Quelle: www.dvgw.de

Da Erdgas in der Regel farb- und geruchslos ist, stellt die Odorierung, also das Versetzen mit einer geruchsintensiven Substanz (Odoriermittel), eine primäre Sicherheitsmaßnahme dar. Aufgrunddessen, dass sich bei einem unbeabsichtigten Gasaustritt (Leckage) explosionsfähige Gas-Luftgemische bilden können, soll der Gasaustritt frühzeitig durch einen abstoßenden, unangenehmen und unverwechselbaren Geruch erkannt werden. Als Odoriermittel verwendet man dazu in Deutschland hauptsächlich organische Schwefelverbindungen, die an den Geruch fauler Eier erinnen.

Gaskenndaten

Dichte

Dichte beschreibt allgemein die Masse je Volumeneinheit. In der Gastechnik wird an Stelle der Dichte die relative Dichte, das heißt das Verhältnis der Dichte eines Gases zu der Dichte der Luft zu Grunde gelegt. Sie gibt also das Verhältnis der Gasdichte zur Luftdichte an.Die relative Dichte sagt aus, ob ein Gas leichter oder schwerer ist als Luft.

Für die Praxis ist dieses Wissen wichtig, da man anhand der relativen Dichte sagen kann, ob ein Gas nach oben steigt oder sinkt. Alle Gase die leichter sind als Luft (d=1) steigen nach oben.

Beispiel:

  • Erdgas - d = 0,64 (strömt nach oben)
  • Propan - d = 1,56 (sinkt nach unten)
  • Butan - d = 2,09 (sinkt nach unten)

Norm- und Betriebszustand

Zum Einstellen von Gasgeräten und zur Abrechung von Gas (siehe dazu: Gasabrechnung) misst man Gasmengen, um letztlich Auskunft über die in einer Gasmenge enthaltenen Energiemenge zu gelangen. Gasmengen werden als Volumen in m³ gemessen. Die Energiemenge wird angegeben in kWh/m³. Das Volumen eines Gases ist von der Temperatur und dem Luftdruck abhängig. Sinkt der Druck und die Temperatur steigt, vergrößert sich das Volumen.

Beispiel:

Erläuterung zum Beispiel:

Wird ein Gas erwärmt, dehnt es sich aus. Der Energiegehalt, der also beispielsweise bei 0°C und 1013 mbar (Normzustand) in einem Kubikmeter Gas enthalten war, ist bei 15°C und 1013 mbar (Betriebszustand) in einem größeren Volumen enthalten. Da sich jedoch die Angabe des Energiegehalts immer auf 1 m³ bezieht, hat 1 m³ Gas im Betriebszustand in diesem Fall einen niedrigeren Energiegehalt als im Normzustand.

Normzustand

Ein Gas befindet sich im Normzustand, wenn es eine Temperatur von 0°C und einen absoluten Druck von 1013 mbar hat. Der Normzustand (die im Normzustand enthaltende Energiemenge) ist die Grundlage für die Berechnung des Gaspreises.

Betriebszustand

Der Zustand eines Gases an der Verbrauchs- oder Messstelle wird als Betriebszustand bezeichnet. Dieser Zustand ist abhängig von den Zustandsgrößen - Temperatur und Luftdruck.

Wärmewert

Beispiel: Wärmewerte (zum Vergrößern anklicken)

Der Wärmewert gibt die in 1 m³ eines Brennstoffes enthaltende Wärmemenge in kWh/m³ an. Er ist eine Sammelbezeichnung für Brenn- und Heizwerte. Auch hier unterscheidet man Norm- und Betriebszustand in:

  • Wärmemenge in kWh für 1 m³ Gas im Normzustand (Brennwert und Heizwert)
  • Wärmemenge in kWh für 1 m³ Gas im Betriebszustand (Betriebsbrennwert und Betriebsheizwert)

Heizwert

Der Heizwert (HI) bzw. Betriebsheizwert (HIB) ist die Wärmemenge, die beim Verbrennen von 1 m³ Gas im Normzustand bzw. Betriebszustand frei wird. Der im Abgas enthaltene Wasserdampf bleibt gasförmig, seine Kondensationswärme wird somit nicht genutzt. Der Heizwert definiert nur die sensible (fühlbare) Wärme.

Brennwert

Der Brennwert (HS) bzw. Betriebsbrennwert (HSB) ist die Wärmemenge, die beim vollständigen Verbrennen von 1 m³ Gas im Normzustand bzw. Betriebszustand frei wird. Darin enthalten ist auch die bei der Kondensation des Wasserdampfes gewinnbare Wärmemenge. Sie wird auch als latente (versteckte) Wärme bezeichnet. (siehe dazu: Brennwerttechnik)

Brennwert und Heizwert unterscheiden sich also durch die bei Kondensation des Wasserdampfes und Abkühlung des Kondensates gewonnene Wärme.

Wobbe-Index

Dieser Gaskennwert gibt Auskunft über die Austauschbarkeit von Brenngasen. Durch den Wobbe-Index kann beurteilt werden ob und durch welches Gas ein eingesetztes Gas ausgetauscht werden kann. Haben zwei Gase den selben Wobbe-Index und strömen mit dem selben Düsendruck in den Brenner hinein, erzeugen sie die exakt gleiche Wärmebelastung in diesem. Was bedeutet, dass bei selbem Wobbe-Index ein Gas ausgetauscht werden kann, ohne, dass dafür die Düse des Brenners ausgetauscht werden muss.