{"id":3854,"date":"2026-08-27T12:05:28","date_gmt":"2026-08-27T12:05:28","guid":{"rendered":"https:\/\/gwits.pl\/?p=3854"},"modified":"2026-09-07T11:47:35","modified_gmt":"2026-09-07T11:47:35","slug":"1065545gwits20260801","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/gwits.pl\/en\/1065545gwits20260801\/","title":{"rendered":"Badania szczelno\u015bci po\u0142\u0105cze\u0144 sieci dystrybucyjnej w aspekcie wykorzystania wodoru \u2013 cz\u0119\u015b\u0107 III: efektywne wsp\u00f3\u0142czynniki dyfuzji \/ Tightness testing of distribution network connections in terms of hydrogen use \u2013part III: effective diffusion coefficients"},"content":{"rendered":"\n
\n\n\n\n

Marcin Kroczek 1, 3<\/sup>, Gabriel Malanowski \"ORCID<\/em><\/a>2<\/sup><\/em>, Wojciech Kostowski \"ORCID<\/a>3*<\/sup><\/em><\/p>\n\n\n\n

Afiliacja<\/summary>\n

1<\/sup> Polska Sp\u00f3\u0142ka Gazownictwa
2<\/sup> Wydzia\u0142 Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Politechnika \u015al\u0105ska
3<\/sup> Wydzia\u0142 In\u017cynierii \u015arodowiska i Energetyki, Politechnika \u015al\u0105ska
* Kontakt \/ Correspondence: wojciech.kostowski@polsl.pl<\/a><\/p>\n<\/details>\n\n\n\n


DOI: 10.65545\/GWITS.2026.08.01<\/strong>, GWiTS 8\/2026, sierpie\u0144 2026<\/p>\n\n\n\n

Pobierz PDF<\/a> (Open Access)<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Streszczenie:<\/strong>
Artyku\u0142 jest kontynuacj\u0105 cz\u0119\u015bci I oraz II, w kt\u00f3rych om\u00f3wiono budow\u0119 stanowiska do badania szczelno\u015bci element\u00f3w infrastruktury dystrybucji gazu ziemnego pod k\u0105tem zastosowania wodoru oraz zaprezentowano wyniki bada\u0144 dla 2 kompensator\u00f3w d\u0142awicowych DN 150 po ich wieloletniej eksploatacji. Przeanalizowano struktur\u0119 uszczelnienia wraz z pomiarami kompresji, a nast\u0119pnie wyznaczono wsp\u00f3\u0142czynniki dyfuzji. Uzyskane wsp\u00f3\u0142czynniki wynosz\u0105 od ok. 2\u22c510\u221211<\/sup> dla elementu nr 1 do 2,5\u22c510\u22129<\/sup> m2<\/sup>\/s dla elementu nr 2, co jest odpowiednio ni\u017csze oraz zgodne z warto\u015bciami literaturowymi dla pojedynczego uszczelnienia NBR. Skala strat wodoru dla sieci dystrybucyjnej jest oceniona jako niska, a skala ryzyka jako bardzo niska.<\/p>\n\n\n\n

S\u0142owa kluczowe:<\/strong> wod\u00f3r, dyfuzja, sieci gazowe, dystrybucja, ryzyko, nieszczelno\u015b\u0107, przenikanie<\/em><\/p>\n\n\n\n

Abstract:
<\/strong>This paper is a continuation of Part I and II, which presented the design of a test rig for investigating the leak tightness of natural gas distribution infrastructure components in the context of hydrogen blending along with experimental results of leakage tests performed on two DN 150 pipeline expansion joints after their long-term operation. The seal structure was analyzed together with compression measurements, and the diffusion coefficients were determined. The obtained diffusion coefficients ranged from approximately 2\u00d710\u207b\u00b9\u00b9 m\u00b2\/s for element No. 1 to 2.5\u00d710\u207b\u2079 m\u00b2\/s for element No. 2, representing values that are, respectively, lower than and consistent with those reported in the literature for a single NBR seal. The magnitude of hydrogen losses in the gas distribution network was assessed as low, while the associated risk level was evaluated as very low.<\/p>\n\n\n\n

Keywords:<\/strong> hydrogen, diffusion, gas networks, distribution, risk management<\/em><\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Wykaz oznacze\u0144<\/strong>
C<\/em> \u2013 koncentracja, mol\/m3<\/sup>
Def<\/sub><\/em> \u2013 efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji, m2<\/sup>\/s
J<\/em> \u2013 g\u0119sto\u015b\u0107 strumienia dyfuzji, mol\/(s\u22c5m2<\/sup>)
m \u2013 masa, kg
n<\/em> \u2013 ilo\u015b\u0107 substancji, mol
p<\/em> \u2013 ci\u015bnienie, kPa
R<\/em>u<\/sub> \u2013sta\u0142a gazowa, J\/(mol K)
T<\/em> \u2013 temperatura, K
V<\/em> \u2013 obj\u0119to\u015b\u0107, m3<\/sup>
x<\/em> \u2013 udzia\u0142 molowy, ppm
\u03c4 \u2013 czas, s
Indeksy: 1 \u2013 pocz\u0105tek pomiaru, 2 \u2013 koniec pomiaru, sr – \u015brednia z serii pomiar\u00f3w
Kreska nad symbolem oznacza \u015bredni\u0105 z serii pomiar\u00f3w<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

1. Wst\u0119p<\/h3>\n\n\n\n

W dyskusji o transporcie wodoru sieciami gazowymi zwraca si\u0119 cz\u0119sto uwag\u0119, \u017ce z uwagi na ma\u0142\u0105 cz\u0105steczk\u0119 wod\u00f3r jest gazem \u0142atwo ulatniaj\u0105cym si\u0119 na drodze dyfuzji przez co jego transport mo\u017ce by\u0107 problematyczny. Z drugiej strony, producenci armatury i urz\u0105dze\u0144 a tak\u017ce turbin gazowych deklaruj\u0105 przystosowanie swoich produkt\u00f3w do pracy z wodorem. Zachodzi zatem potrzeba kwantyfikacji mo\u017cliwych nieszczelno\u015bci na drodze eksperymentalnej, a tak\u017ce okre\u015blenia czy nieszczelno\u015bci te maj\u0105 znaczenie ekonomiczne (straty wodoru) lub mog\u0105 wp\u0142ywa\u0107 na bezpiecze\u0144stwo eksploatacji sieci, instalacji czy odbiornik\u00f3w gazowych z domieszk\u0105 wodoru.<\/p>\n\n\n\n

We wcze\u015bniejszych cz\u0119\u015bciach niniejszej publikacji (Cz\u0119\u015b\u0107 I \u2013 projekt stanowiska i wst\u0119pne wyniki [4], Cz\u0119\u015b\u0107 II \u2013 badania eksperymentalne [5]) przedstawiono stanowisko badawcze do badania element\u00f3w sieci dystrybucyjnej w aspekcie mo\u017cliwo\u015bci zastosowania wodoru, przy czym skupiono si\u0119 na elementach potencjalnie najs\u0142abszych pod k\u0105tem szczelno\u015bci, tj. kompensatory szk\u00f3d g\u00f3rniczych.<\/p>\n\n\n\n

W niniejszej, III cz\u0119\u015bci publikacji przedstawiono analiz\u0119 procesu dyfuzji wodoru na podstawie przeprowadzonych pomiar\u00f3w. Transport gaz\u00f3w, w tym wodoru, przez materia\u0142y uszczelniaj\u0105ce zachodzi g\u0142\u00f3wnie na drodze dyfuzji i rozpuszczania, opisywanych m.in. prawem Ficka. Intensywno\u015b\u0107 tego procesu zale\u017cy od struktury materia\u0142u, jego porowato\u015bci, temperatury, ci\u015bnienia oraz w\u0142a\u015bciwo\u015bci fizykochemicznych gazu. Wod\u00f3r jako gaz o najmniejszej cz\u0105steczce, charakteryzuje si\u0119 bardzo wysok\u0105 zdolno\u015bci\u0105 do przenikania przez wiele materia\u0142\u00f3w, co czyni go szczeg\u00f3lnie wymagaj\u0105cym medium z punktu widzenia szczelno\u015bci.<\/p>\n\n\n\n

W praktyce in\u017cynierskiej stosowane s\u0105 r\u00f3\u017cnorodne materia\u0142y uszczelniaj\u0105ce, takie jak elastomery (np. guma NBR), materia\u0142y w\u0142\u00f3kniste (historycznie azbest), materia\u0142y grafitowe oraz kompozytowe materia\u0142y uszczelkowe typu klingeryt. Ka\u017cdy z nich wykazuje odmienn\u0105 odporno\u015b\u0107 na przenikanie gaz\u00f3w. Materia\u0142y elastomerowe cechuj\u0105 si\u0119 stosunkowo wysok\u0105 przepuszczalno\u015bci\u0105 dla wodoru, wynikaj\u0105c\u0105 z ich struktury molekularnej, natomiast materia\u0142y grafitowe i kompozytowe charakteryzuj\u0105 si\u0119 lepsz\u0105 barierowo\u015bci\u0105, szczeg\u00f3lnie przy odpowiednim zag\u0119szczeniu i docisku. Z kolei materia\u0142y azbestowe, obecnie wycofywane ze wzgl\u0119du na szkodliwo\u015b\u0107, wykazywa\u0142y specyficzne w\u0142a\u015bciwo\u015bci uszczelniaj\u0105ce wynikaj\u0105ce z ich w\u0142\u00f3knistej struktury.<\/p>\n\n\n\n

Kwestie przenikalno\u015bci i strat gazu s\u0105 szeroko analizowane na wszystkich etapach \u0142a\u0144cucha dostaw, w tym podczas magazynowania i transportu. W przypadku podziemnych magazyn\u00f3w wodoru, Carden i in. [3] analizowali ich szczelno\u015b\u0107, stwierdzaj\u0105c, \u017ce przy zastosowaniu ska\u0142 pokrywowych jako naturalnej bariery, nieszczelno\u015bci wynosi\u0142y oko\u0142o 2% w skali ca\u0142ego cyklu \u017cycia instalacji. Amid i in. [1] poprzez teoretyczn\u0105 analiz\u0119 zasugerowali, \u017ce w typowych warunkach straty wodoru spowodowane dyfuzj\u0105 mog\u0105 zosta\u0107 ograniczone do warto\u015bci poni\u017cej 0,1%. Podczas analizy ca\u0142kowitych strat nale\u017cy uwzgl\u0119dni\u0107 r\u00f3wnie\u017c czynniki chemiczne, co wykazali Bo i in. [2]. Badaj\u0105c szczelno\u015b\u0107 piaskowcowych zbiornik\u00f3w magazynowych stwierdzili oni, \u017ce w wyniki reakcji z kalcytem w \u015brodowisku solankowym ca\u0142kowite straty wodoru wynosz\u0105 od 0,72% do 2,76% w okresie 30 lat eksploatacji. Bior\u0105c pod uwag\u0119 szczelno\u015b\u0107 ruroci\u0105g\u00f3w przesy\u0142owych oraz sieci dystrybucyjnej Niermann i in. [7], powo\u0142uj\u0105c si\u0119 na dane Departamentu Energii USA (DOE, 2015. Multi-Year research, development, and demonstration plan: 3. 2015. hydrogen delivery, 2), przedstawili, \u017ce przy wykorzystaniu standardowej infrastruktury nieszczelno\u015bci wynosi\u0142y poni\u017cej 0,5% dla etapu transmisji oraz 0,02% dla etapu dystrybucji. Analizuj\u0105c infrastruktur\u0119 niskoci\u015bnieniow\u0105 Mejia i in. [6] wykazali natomiast, \u017ce czysty wod\u00f3r wycieka z instalacji z takim samym tempie jak mieszanka wod\u00f3r\/gaz ziemny, jak r\u00f3wnie\u017c czysty gaz ziemny.<\/p>\n\n\n\n

Jak wprowadzono w Cz\u0119\u015bci II [5], w literaturze znane s\u0105 badania dotycz\u0105ce wp\u0142ywu wodoru na uszczelnienia gumowe [10], a tak\u017ce badania szczelno\u015bci wybranych po\u0142\u0105cze\u0144 mechanicznych prowadzone przez Instytut Nafty i Gazu do 15% dodatku wodoru [9]. Szczeg\u00f3\u0142owy mechanizm fizyczny dyfuzji przez materia\u0142 zosta\u0142 opisany przez Zhou z zespo\u0142em [11], kt\u00f3ry wyznaczy\u0142 wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji na poziomie pomi\u0119dzy 1\u22c510-9<\/sup> a 4\u22c510-9<\/sup> m2<\/sup>\/s dla materia\u0142u NBR oraz EPDM, kt\u00f3ry jednak nie jest stosowany w gazownictwie z uwagi na brak odporno\u015bci na kontakt z olejami i paliwami w\u0119glowodorowymi. Ponadto, autorzy badali nas\u0105czenie materia\u0142\u00f3w uszczelnieniowych wodorem, stwierdzaj\u0105c, \u017ce guma NBR (stosowana m.in. w uszczelnieniach kompensatora) adsorbuje nieco mniej wodoru ni\u017c materia\u0142 EPDM.<\/p>\n\n\n\n

Zasadniczym celem niniejszej pracy jest wyznaczenie efektywnego wsp\u00f3\u0142czynnika dyfuzji oraz ilo\u015bciowa ocena ryzyka eksploatacyjnego oraz ocena skali strat wodoru w odniesieniu do element\u00f3w sieci dystrybucyjnej.<\/p>\n\n\n\n

2. Metodyka bada\u0144<\/h3>\n\n\n\n

2.1. Spos\u00f3b prowadzenia pomiar\u00f3w<\/h5>\n\n\n\n

Badania przeprowadzono na dw\u00f3ch eksploatowanych kompensatorach d\u0142awicowych DN 150 PN16 (rys. 1) z wykorzystaniem stanowiska badawczego II generacji, opisanego szczeg\u00f3\u0142owo w cz\u0119\u015bci I pracy [4]. Szczeg\u00f3\u0142ow\u0105 metodyk\u0119 i plan bada\u0144 przedstawiono w cz\u0119\u015bci II pracy [5]. W skr\u00f3conym uj\u0119ciu, badania mia\u0142y nast\u0119puj\u0105cy przebieg:<\/p>\n\n\n\n

Dla elementu badanego nr 1: przeprowadzono 3-krotny pomiar przy u\u017cyciu 100% wodoru w warunkach zbli\u017conych do pr\u00f3by szczelno\u015bci: po nape\u0142nieniu elementu wodorem do ci\u015bnienia > 400 kPa oczekiwano 4 h na stabilizacj\u0119 parametr\u00f3w, nast\u0119pnie rejestrowano parametry przez 24 h zar\u00f3wno w elemencie badanym, jak i komorze stanowi\u0105cej jego otoczenie. W komorze badano tak\u017ce st\u0119\u017cenie wodoru czujnikiem o zakresie 1000 ppm. Po zako\u0144czeniu pr\u00f3by nast\u0119powa\u0142o przedmuchanie elementu i komory azotem oraz post\u00f3j min. 24 h.<\/p>\n\n\n\n

Po trzykrotnym przeprowadzeniu pr\u00f3by przeprowadzono analogiczny test z u\u017cyciem azotu oraz metanu (stwierdzono przy tym op\u00f3\u017anione uwalnianie resztkowego wodoru z elementu). Dla elementu badanego nr 2 przeprowadzono dodatkowo 2 pr\u00f3by kontrolne (N2<\/sub>, CH4<\/sub>) przed pr\u00f3bami zasadniczymi. Podczas tych pr\u00f3b nie stwierdzono obecno\u015bci wodoru w komorze. Nast\u0119pnie przeprowadzono 3 pr\u00f3by zasadnicze (H2<\/sub>), oraz jedn\u0105 ko\u0144cow\u0105 pr\u00f3b\u0119 kontroln\u0105 (N2<\/sub>), podczas kt\u00f3rej ponownie stwierdzono op\u00f3\u017anione uwalnianie resztkowego wodoru.<\/p>\n\n\n\n

2.2. Obj\u0119to\u015b\u0107 i zmiany ilo\u015bci gazu, koncentracja wodoru<\/h5>\n\n\n\n

W celu wyznaczenia obj\u0119to\u015bci przestrzeni pomi\u0119dzy zewn\u0119trzn\u0105 powierzchni\u0105 kompensatora a wewn\u0119trzn\u0105 powierzchni\u0105 komory badawczej zastosowano metod\u0119 opart\u0105 na II twierdzeniu Pappusa\u2013Guldinusa, umo\u017cliwiaj\u0105c\u0105 okre\u015blenie obj\u0119to\u015bci bry\u0142y obrotowej na podstawie pola przekroju osiowego oraz po\u0142o\u017cenia \u015brodka ci\u0119\u017cko\u015bci analizowanej powierzchni:<\/p>\n\n\n\n

V<\/mi>=<\/mo>A<\/mi>\u22c5<\/mo>2<\/mn>\u03c0<\/mi>r<\/mi><\/mspace>(<\/mo>1<\/mn>)<\/mo><\/mrow>V=A\u22c52\u03c0r \\quad (1)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

gdzie:
A \u2013 pole przekroju wolnej przestrzeni, m2<\/sup>
r \u2013 odleg\u0142o\u015b\u0107 \u015brodka ci\u0119\u017cko\u015bci od osi obrotu, m<\/p>\n\n\n\n

Wielko\u015bci A oraz r okre\u015blono na podstawie modelu CAD. Dla A = 0,16 m2 oraz r = 0,098 m otrzymano V = 0,985 m3<\/sup>.<\/p>\n\n\n\n

Ilo\u015b\u0107 gazu zawart\u0105 w elemencie oraz analogicznie w komorze okre\u015blono za pomoc\u0105 r\u00f3wnania stanu gazu doskona\u0142ego podstawiaj\u0105c odpowiednie parametry p, T, V:<\/p>\n\n\n\n

n<\/mi>=<\/mo>p<\/mi>V<\/mi>\/<\/mi>(<\/mo>R<\/mi>u<\/mi><\/msub>T<\/mi>)<\/mo><\/mspace>(<\/mo>2<\/mn>)<\/mo><\/mrow>n=pV\/(R_u T) \\quad (2)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

gdzie Ru<\/sub> jest uniwersaln\u0105 sta\u0142\u0105 gazow\u0105 r\u00f3wn\u0105 8,314 J\/(mol\u22c5K).<\/p>\n\n\n\n

Zmiana ilo\u015bci gazu \u0394n = n2<\/sub> – n1<\/sub> , r\u00f3wnie\u017c wyznaczana osobno dla komory i dla elementu wskazuje, czy na podstawie r\u00f3wnania stanu stwierdzono przyrost czy ubytek cz\u0105stek gazu.<\/p>\n\n\n\n

Koncentracj\u0119 wodoru (wyra\u017con\u0105 w mol\/m3<\/sup>) wyznaczono jako liczb\u0119 moli wodoru w jednostce obj\u0119to\u015bci, przy czym liczb\u0119 moli wyznaczono na podstawie bezpo\u015brednio zmierzonego udzia\u0142u molowego xH2<\/sub>:<\/p>\n\n\n\n

C<\/mi>H<\/mi>2<\/mn><\/mrow><\/msub>=<\/mo>(<\/mo>x<\/mi>H<\/mi>2<\/mn><\/mrow><\/msub>\u22c5<\/mo>n<\/mi>)<\/mo>\/<\/mi>V<\/mi><\/mspace>(<\/mo>3<\/mn>)<\/mo><\/mrow>C_{H2}=(x_{H2}\u22c5n)\/V \\quad (3)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

Koncentracj\u0119 wyznaczano zar\u00f3wno dla elementu jak i komory, przy czym dla elementu przyj\u0119to xH2<\/sub> = 1. Wyniki oblicze\u0144 dotycz\u0105ce zmian ilo\u015bci i koncentracji gazu przedstawiono w tabelach 3 i 4.<\/p>\n\n\n\n

2.3. Stopie\u0144 zaprasowania materia\u0142u<\/h5>\n\n\n\n

Wyznaczony w dalszym toku pracy wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji uwzgl\u0119dnia rzeczywiste warunki pracy uszczelnienia, w tym stopie\u0144 kompresji sznura, wynikaj\u0105cy z geometrii badanego po\u0142\u0105czenia i docisku materia\u0142u uszczelniaj\u0105cego. Kompresja ta odnosi si\u0119 do rzeczywistych warunk\u00f3w badania, obejmuj\u0105cych geometri\u0119 uszczelnienia, stopie\u0144 kompresji materia\u0142u, \u015bredniego ci\u015bnienia pr\u00f3by 413,405 kPa oraz czasu trwania badania 24 h. Konfiguracja geometryczna uszczelnienia w kompensatorze przedstawiona jest na rys. 1.<\/p>\n\n\n\n

W analizowanym przypadku przegroda uszczelniaj\u0105ca zosta\u0142a utworzona z czterech warstw sprasowanego sznura ceramicznego oraz jednej warstwy gumy NBR. Materia\u0142y te s\u0105 obecnie stosowane w rozwi\u0105zaniach wykorzystywanych w gazownictwie. Uszczelnienie charakteryzuje si\u0119 geometri\u0105 pier\u015bcieniow\u0105, obejmuj\u0105c\u0105 ca\u0142y obw\u00f3d d\u0142awicy kompensatora. Schemat budowy przegrody uszczelniaj\u0105cej oraz przekr\u00f3j badanego elementu przedstawiono na rys. 2.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Rys. 1. Uszczelnienie d\u0142awicy kompensatora: 1) rura przewodowa DN 150, 2) warstwa uszczelniaj\u0105ca z gumy NBR, 3) warstwa uszczelniaj\u0105ca z plecionego w\u0142\u00f3kna ceramicznego SiO2<\/sub>, 4) korpus kompensatora. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
Fig. 1. Expansion joint gland seal. 1) DN 150 pipe, 2) NBR rubber sealing layer, 3) SiO2<\/sub> braided ceramic fibre sealing layer, 4) expansion joint body. Source: authors\u2019 own study<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
Rys. 2. Schemat uszczelnienia d\u0142awicy kompensatora-kolejno\u015b\u0107 przegrody. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
Fig. 2. Diagram of the expansion joint gland seal \u2013 sequence of the seal elements. Source: authors\u2019 own study<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
Rys. 3. Pomiar stopnia zaprasowania ca\u0142o\u015bci systemu uszczelnienia przed (65 mm) i po odkr\u0119ceniu \u015brub monta\u017cowych (75 mm). Na rysunku: 1) d\u0142awica kompensatora, 2) ko\u0142nierz, 3) granica d\u0142awicy, 4) os\u0142ona. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
Fig. 3. Permanent compression measurement for the entire sealing system before and after the mounting bolts have been removed. 1) expansion joint gland, 2) flange, 3) gland boundary, 4) cover. Source: authors\u2019 own study<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Stopie\u0144 sprasowania poszczeg\u00f3lnych element\u00f3w uszczelnienia okre\u015blono na podstawie pomiar\u00f3w wymiar\u00f3w materia\u0142\u00f3w \u2013 przedstawionych na rys. 3, przed zabudow\u0105 oraz po ich wyj\u0119ciu z d\u0142awicy. Wyznaczony do\u015bwiadczalnie efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji odnosi si\u0119 do ca\u0142ej przegrody uszczelniaj\u0105cej pracuj\u0105cej przy rzeczywistym stopniu kompresji, kt\u00f3ry dla ka\u017cdej warstwy wynosi:<\/p>\n\n\n\n

K<\/mi>i<\/mi><\/msub>=<\/mo>h<\/mi>0<\/mn><\/msub>\u2212<\/mo>h<\/mi>k<\/mi><\/msub><\/mrow>h<\/mi>0<\/mn><\/msub><\/mfrac>\u2219<\/mo>100<\/mn>%<\/mi><\/mspace>(<\/mo>4<\/mn>)<\/mo><\/mrow>K_i= \\frac{h_0- h_k}{h_0} \u2219100 \\% \\quad (4)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

gdzie:
Ki<\/sub> \u2013 stopie\u0144 kompresji warstwy, %
h0<\/sub> \u2013 grubo\u015b\u0107 warstwy przed kompresj\u0105, mm
hk<\/sub> \u2013 grubo\u015b\u0107 warstwy po sprasowaniu materia\u0142u, mm<\/p>\n\n\n\n

Stopie\u0144 kompresji ca\u0142ego uk\u0142adu obliczono uwzgl\u0119dniaj\u0105c sumaryczn\u0105 grubo\u015b\u0107 4 warstw w\u0142\u00f3kien ceramicznych oraz 1 warstwy gumy NBR, odpowiednio przed i po kompresji. Wyniki pomiar\u00f3w przedstawiono w tabeli 4.<\/p>\n\n\n\n

2.4. Proces dyfuzji, efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji<\/h5>\n\n\n\n

Rzeczywisty strumie\u0144 przenikania wodoru przez badan\u0105 przegrod\u0119 uszczelniaj\u0105c\u0105 okre\u015blono na podstawie I prawa Ficka, przyjmuj\u0105c, \u017ce proces dyfuzji zachodzi w warunkach ustalonych, a si\u0142\u0105 nap\u0119dow\u0105 transportu jest r\u00f3\u017cnica st\u0119\u017ce\u0144 wodoru po obu stronach przegrody:<\/p>\n\n\n\n

J<\/mi>=<\/mo>\u2212<\/mo>D<\/mi>e<\/mi>f<\/mi>f<\/mi><\/mrow><\/msub>\u22c5<\/mo>\u2206<\/mtext>C<\/mi><\/mrow>L<\/mi><\/mfrac><\/mspace>(<\/mo>5<\/mn>)<\/mo><\/mrow>J= -D_{eff} \\sdot \\frac {\u2206C}{L} \\quad (5)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

gdzie:
J<\/em> \u2013 g\u0119sto\u015b\u0107 strumienia przenikania,
Deff<\/sub><\/em> \u2013 efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji,
\u0394C<\/em> \u2013 r\u00f3\u017cnica st\u0119\u017ce\u0144 wodoru,
L<\/em> \u2013 droga dyfuzji, m<\/p>\n\n\n\n

Z r\u00f3wnania (5) mo\u017cna wyznaczy\u0107 efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji, w tym celu nale\u017cy powi\u0105za\u0107 g\u0119sto\u015b\u0107 strumienia przenikania ze wzrostem liczby moli wodoru w jednostce czasu oraz z polem powierzchni przenikania:<\/p>\n\n\n\n

D<\/mi>e<\/mi>f<\/mi>f<\/mi><\/mrow><\/msub>=<\/mo>|<\/mi>\u0394<\/mi><\/mrow>n<\/mi>|<\/mi>\u22c5<\/mo>L<\/mi><\/mrow>\u0394<\/mi><\/mrow>\u03c4<\/mi>\u2219<\/mo>A<\/mi>\u2219<\/mo>\u0394<\/mi><\/mrow>C<\/mi><\/mrow><\/mfrac><\/mspace>(<\/mo>6<\/mn>)<\/mo><\/mrow>D_{eff}=\\frac{|\u0394n|\u22c5L}{\u0394\u03c4\u2219A\u2219\u0394C} \\quad (6)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

gdzie:
|\u0394n<\/em>| \u2013 warto\u015b\u0107 bezwzgl\u0119dna przyrostu\/ubytku molowego w trakcie pr\u00f3by, mol
\u0394\u03c4<\/em> \u2013 czas pr\u00f3by, s
A<\/em> \u2013 pole powierzchni przenikania,<\/p>\n\n\n\n

R\u00f3\u017cnic\u0119 st\u0119\u017ce\u0144 wodoru przed i za przegrod\u0105 wyznaczono na podstawie jego ci\u015bnie\u0144 po obu stronach przegrody, przy czym po stronie elementu ci\u015bnienie sk\u0142adnikowe r\u00f3wne jest ca\u0142kowitemu (100% H2<\/sub>), a po stronie komory ci\u015bnienie cz\u0105stkowe wodoru jest bardzo niskie, i wynika ze \u015bredniego udzia\u0142u molowego wodoru \ud835\udc65\u0305H2<\/sub> w czasie trwania pr\u00f3by<\/p>\n\n\n\n

\u2206<\/mtext>C<\/mi>=<\/mo>p<\/mi>1<\/mn><\/msub>\u2212<\/mo>x<\/mi>\u203e<\/mo><\/mover>H<\/mi>2<\/mn><\/mrow><\/msub>p<\/mi>2<\/mn><\/msub><\/mrow>R<\/mi>u<\/mi><\/msub>\u2219<\/mo>T<\/mi><\/mrow><\/mfrac><\/mspace>(<\/mo>7<\/mn>)<\/mo><\/mrow>\u2206C=\\frac{p_1-\\bar{x}_{H2} p_2}{R_u\u2219T} \\quad (7)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

Wyniki oblicze\u0144 przedstawiono w sekcji 3.4.<\/p>\n\n\n\n

Dyskusja:<\/strong> W r\u00f3wnaniu (7) pojawia si\u0119 ci\u015bnienie cz\u0105stkowe wodoru po stronie komory. Jak wynika z bada\u0144 (por. punkt 3), ci\u015bnienie to wynosi zaledwie ok. 3\u20135 Pa. Taka warto\u015b\u0107 jest s\u0142uszna do oblicze\u0144, je\u017celi za\u0142o\u017cy\u0107, \u017ce podstawowym mechanizmem transportu wodoru jest statystyczny transport cz\u0105stek przez materia\u0142 opisany prawem Ficka (wnikanie do materia\u0142u po stronie elementu, przypadkowe ruchy cz\u0105stek przez element, odp\u0142yw cz\u0105stek wodoru z elementu do o\u015brodka gazowego w komorze). Tym niemniej, w przypadku uszczelnie\u0144 kompensatora mo\u017ce zachodzi\u0107 r\u00f3wnie\u017c inny mechanizm polegaj\u0105cy na nieznacznym, ale makroskopowym przep\u0142ywie gazu przez niewielkie, kapilarne kana\u0142y gazowe. Ten ruch jest zasadniczo jednokierunkowy i jest wywo\u0142any r\u00f3\u017cnic\u0105 ci\u015bnie\u0144 ca\u0142kowitych gazu, niezale\u017cnie od tego, czy po stronie wylotowej znajduje si\u0119 azot, wod\u00f3r czy inny gaz. Z tego wzgl\u0119du nale\u017cy podkre\u015bli\u0107, \u017ce efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji stanowi statystyczne u\u015brednienie zjawiska transportu na potrzeby praktyczne, a nie precyzyjny opis jego rzeczywistego fizycznego charakteru.<\/p>\n\n\n\n

2.5. Strumie\u0144 molowy i oszacowanie skutk\u00f3w dla sieci dystrybucyjnej<\/h5>\n\n\n\n

Wyznaczony do\u015bwiadczalnie strumie\u0144 molowy dla pojedynczego kompensatora wynosi:<\/p>\n\n\n\n

n<\/mi>\u02d9<\/mo><\/mover>=<\/mo>J<\/mi>\u2219<\/mo>A<\/mi><\/mspace>(<\/mo>8<\/mn>)<\/mo><\/mrow>\\dot{n} =J\u2219A \\quad (8)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

Natomiast roczn\u0105 ilo\u015b\u0107 wodoru utraconego z sieci ze wszystkich kompensator\u00f3w o tym samym rozmiarze, zabudowanych na sieci \u015bredniego ci\u015bnienia mo\u017cna oszacowa\u0107 jako:<\/p>\n\n\n\n

\u0394<\/mi><\/mrow>V<\/mi>n<\/mi><\/msub>\u2248<\/mo>N<\/mi>\u22c5<\/mo>n<\/mi>\u02d9<\/mo><\/mover>\u22c5<\/mo>v<\/mi>\u203e<\/mo><\/mover>n<\/mi><\/msub>\u22c5<\/mo>\u03c4<\/mi>r<\/mi><\/msub><\/mspace>(<\/mo>9<\/mn>)<\/mo><\/mrow>\u0394V_n \u2248 N \\sdot \\dot{n} \\sdot \\bar{v}_n \\sdot \u03c4_r \\quad (9)<\/annotation><\/semantics><\/math><\/div>\n\n\n\n

gdzie:
N – liczba kompensator\u00f3w na sieci (N = 7264)
\ud835\udc63\u0305\ud835\udc5b<\/sub> – normalna obj\u0119to\u015b\u0107 molowa (\ud835\udc63\u0305\ud835\udc5b<\/sub> = 0,02242 mn<\/sub>3<\/sup> \/mol)
\u03c4r<\/sub> \u2013 czas 1 roku wyra\u017cony w sekundach (8760 \u22c5 3600 s)<\/p>\n\n\n\n

Dodatkowo, mo\u017cna wyznaczy\u0107 ubytek masowy przyjmuj\u0105c g\u0119sto\u015b\u0107 normaln\u0105 \u03f1n<\/sub> = 0,0899 kg\/m3<\/sup>. Wyznaczona wielko\u015b\u0107 dotyczy tylko kompensator\u00f3w DN 150 i stanowi oszacowanie g\u00f3rne, poniewa\u017c cz\u0119\u015b\u0107 kompensator\u00f3w pracuje na niskim ci\u015bnieniu, co wielokrotnie zmniejsza skal\u0119 zachodz\u0105cej w nich dyfuzji. R\u00f3wnocze\u015bnie, badane kompensator 1 i 2 da\u0142y znacz\u0105co r\u00f3\u017cne wyniki, przez co r\u00f3wnie\u017c mog\u0105 one pos\u0142u\u017cy\u0107 do okre\u015blenia dolnej i g\u00f3rnej granicy oszacowania. Precyzyjne okre\u015blenie strat wymaga\u0142oby przebadania wszystkich eksploatowanych kompensator\u00f3w, co jest w praktyce niemo\u017cliwe. Wyniki oblicze\u0144 przedstawiono w sekcji 3.5.<\/p>\n\n\n\n

3. Wyniki bada\u0144<\/h3>\n\n\n\n

3.1. Wyniki pomiar\u00f3w zasadniczych<\/h5>\n\n\n\n

Bezpo\u015brednie wyniki pomiar\u00f3w zasadniczych realizowanych trzykrotnie na czystym wodorze dla obu element\u00f3w badanych przedstawiono w tabeli 1 oraz tabeli 2.<\/p>\n\n\n\n

Jak mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107, w ka\u017cdej pr\u00f3bie zwi\u0119ksza\u0142a si\u0119 koncentracja wodoru w komorze, jednak dla elementu 1 koncentracja wzrasta\u0142a jedynie do ok. 60\u201390 ppm, podczas gdy dla elementu 2 koncentracja ta osi\u0105ga\u0142a warto\u015b\u0107 kilkuset ppm, przy czym w dw\u00f3ch przypadkach warto\u015b\u0107 blisk\u0105 progowi czujnika wodoru osi\u0105gni\u0119to po up\u0142ywie kr\u00f3tszego czasu ni\u017c 24 h, co wymusi\u0142o wcze\u015bniejsze zako\u0144czenie pr\u00f3by.<\/p>\n\n\n\n

Tabela 1. Wyniki pomiaru dla I cyklu bada\u0144. E \u2013 element badany: kompensator nr 1 DN 150 PN16, K \u2013 komora. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
Table 1. Experimental results for the 1st cycle: E \u2013 tested element (expansion joint DN 150 PN16), K \u2013 testing chamber. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wielko\u015b\u0107<\/td>Jedn.<\/td>Pr\u00f3ba 1<\/td>Pr\u00f3ba 2<\/td>Pr\u00f3ba 3<\/td><\/tr>
E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td><\/tr>
xH2,1<\/sub><\/em><\/td>Ppm<\/td> <\/td>67,13<\/td> <\/td>77,94<\/td> <\/td>28,97<\/td><\/tr>
xH2,2<\/sub><\/em><\/td>Ppm<\/td> <\/td>79,43<\/td> <\/td>89,19<\/td> <\/td>57,54<\/td><\/tr>
p1<\/sub><\/em><\/em><\/td>kPa<\/td>414,11<\/td>101,31<\/td>414,50<\/td>101,55<\/td>427,76<\/td>101,41<\/td><\/tr>
p2<\/sub><\/em><\/em><\/td>kPa<\/td>414,93<\/td>101,62<\/td>415,17<\/td>101,75<\/td>427,30<\/td>101,18<\/td><\/tr>
V<\/em><\/em><\/td>m3<\/sup><\/td>0,038<\/td>0,096<\/td>0,038<\/td>0,096<\/td>0,038<\/td>0,096<\/td><\/tr>
T1<\/sub><\/em><\/td>K<\/td>290,9<\/td>290,9<\/td>291,2<\/td>291,2<\/td>293,5<\/td>293,5<\/td><\/tr>
T2<\/sub><\/em><\/td>K<\/td>291,5<\/td>291,5<\/td>291,7<\/td>291,7<\/td>293,6<\/td>293,6<\/td><\/tr>
\u0394\u03c4<\/em><\/em><\/td>S<\/td>86 400<\/td>86 400<\/td>86 400<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Tabela 2. Wynik\u00f3w pomiaru dla II cyklu bada\u0144. E \u2013 element badany: kompensator nr 2 DN 150 PN16, K \u2013 komora. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
Table 2. Experimental results for the 2nd cycle: E \u2013 tested element (expansion joint No. 2 DN 150 PN16), K \u2013 testing chamber. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wielko\u015b\u0107<\/td>Jedn.<\/td>Pr\u00f3ba 1<\/td>Pr\u00f3ba 2<\/td>Pr\u00f3ba 3<\/td><\/tr>
 <\/td>E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td><\/tr>
xH2,1<\/sub><\/em><\/td>ppm<\/td> <\/td>32,19<\/td> <\/td>89,88<\/td> <\/td>3,979<\/td><\/tr>
xH2,2<\/sub><\/em><\/td>ppm<\/td> <\/td>997,79<\/td> <\/td>992,59<\/td> <\/td>601,888<\/td><\/tr>
p1<\/sub><\/em><\/td>kPa<\/td>432,96<\/td>101,39<\/td>426,26<\/td>101,41<\/td>418,36<\/td>101,43<\/td><\/tr>
p2<\/sub><\/em><\/td>kPa<\/td>431,97<\/td>101,65<\/td>422,14<\/td>101,06<\/td>416,62<\/td>101,37<\/td><\/tr>
V<\/em><\/td>m3<\/sup><\/td>0,038<\/td>0,0985<\/td>0,038<\/td>0,0985<\/td>0,038<\/td>0,0985<\/td><\/tr>
T1<\/sub><\/em><\/td>K<\/td>298,7<\/td>298,7<\/td>299,7<\/td>299,7<\/td>303,1<\/td>303,1<\/td><\/tr>
T2<\/sub><\/em><\/td>K<\/td>299,6<\/td>299,6<\/td>298,1<\/td>299, 9<\/td>303,2<\/td>303,2<\/td><\/tr>
\u0394\u03c4<\/em><\/td>s<\/td>79 644<\/td>54 024<\/td>86 400<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
3.2. Wyniki oblicze\u0144 ilo\u015bciowych<\/h5>\n\n\n\n

Tabele 3 oraz 4 przedstawiaj\u0105 wyniki bilansu ilo\u015bci gazu zrealizowanego dwiema metodami. W pierwszej cz\u0119\u015bci ka\u017cdej z tabel przedstawiono obliczenie ilo\u015bci gazu w elemencie oraz w komorze na pocz\u0105tku oraz na ko\u0144cu pr\u00f3by na podstawie obj\u0119to\u015bci oraz zmierzonych parametr\u00f3w stanu (ci\u015bnienia i temperatury). Obliczenia te dotycz\u0105 ca\u0142o\u015bci gazu w ka\u017cdym z obiekt\u00f3w (elemencie i komorze) bez rozr\u00f3\u017cnienia jego sk\u0142adu. W drugiej cz\u0119\u015bci ka\u017cdej z tabel obliczono przyrost ilo\u015bci wodoru w komorze na podstawie pomiaru jego st\u0119\u017cenia czujnikiem elektrochemicznym. Dodatkowo, przedstawiono koncentracj\u0119 wodoru w elemencie i w komorze.<\/p>\n\n\n\n

Tabela 3. Bilans molowy gaz\u00f3w dla elementu badanego nr 1. E \u2013 element badany, K \u2013 komora. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
Table 3. Molar balance of gases for element No. 1: E \u2013 tested element, K \u2013 testing chamber. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wielko\u015b\u0107<\/td>Jedn.<\/td>Pr\u00f3ba 1<\/td>Pr\u00f3ba 2<\/td>Pr\u00f3ba 3<\/td><\/tr>
 <\/td> <\/td>E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td><\/tr>
A. Wyniki na podstawie pomiaru ci\u015bnienia, temperatury i obj\u0119to\u015bci<\/td><\/tr>
V<\/em><\/em><\/td>m3<\/sup><\/td>0,038<\/td>0,096<\/td>0,038<\/td>0,096<\/td>0,038<\/td>0,096<\/td><\/tr>
n1<\/sub><\/em><\/td>mol<\/td>6,506<\/td>4,021<\/td>6,507<\/td>4,027<\/td>6,661<\/td>3,989<\/td><\/tr>
n2<\/sub><\/em><\/td>mol<\/td>6,506<\/td>4,025<\/td>6,506<\/td>4,028<\/td>6,652<\/td>3,979<\/td><\/tr>
\u0394n<\/em><\/em><\/td>mol<\/td>0,000<\/strong><\/strong><\/td>+0,004<\/strong><\/strong><\/td>–<\/strong>0,001<\/strong><\/strong><\/td>+0,001<\/strong><\/strong><\/td>–<\/strong>0,009<\/strong><\/strong><\/td>–<\/strong>0,010<\/strong><\/strong><\/td><\/tr>
B. Wyniki na podstawie pomiaru koncentracji<\/td><\/tr>
xH2,2<\/sub> – xH2,1<\/sub><\/em><\/td>ppm<\/td> <\/td>+12,30<\/td> <\/td>+11,25<\/td> <\/td>+28,57<\/td><\/tr>
C1<\/sub><\/em><\/em><\/td>mol\/m3<\/sup><\/td>171,2<\/td>2,8\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>171,2<\/td>3,3\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>175,3<\/td>1,2\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td><\/tr>
C2<\/sub><\/em><\/td>mol\/m3<\/sup><\/td>171,2<\/td>3,3\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>171,2<\/td>3,7\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>175,0<\/td>2,4\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td><\/tr>
\u0394n<\/em><\/em><\/td>mol<\/td> <\/strong><\/td>+4,94<\/strong>\u00d7<\/strong>10<\/strong>–<\/sup><\/strong>5<\/sup><\/strong><\/strong><\/td> <\/strong><\/td>+4,53<\/strong>\u00d7<\/strong>10<\/strong>–<\/sup><\/strong>5<\/sup><\/strong><\/strong><\/td> <\/strong><\/td>+1,14<\/strong>\u00d7<\/strong>10<\/strong>–<\/sup><\/strong>4<\/sup><\/strong><\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Tabela 4. Bilans molowy gaz\u00f3w dla elementu badanego nr 2. E \u2013 element badany, K \u2013 komora. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne Table 4. Molar balance of gases for element No. 2: E \u2013 tested element, K \u2013 testing chamber. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wielko\u015b\u0107<\/td>Jedn.<\/td>Pr\u00f3ba 1<\/td>Pr\u00f3ba 2<\/td>Pr\u00f3ba 3<\/td><\/tr>
 <\/td> <\/td>E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td>E<\/td>K<\/td><\/tr>
A. Wyniki na podstawie pomiaru ci\u015bnienia, temperatury i obj\u0119to\u015bci<\/td><\/tr>
V<\/em><\/td>m3<\/sup><\/td>0,038<\/td>0,096<\/td>0,038<\/td>0,096<\/td>0,038<\/td>0,096<\/td><\/tr>
n1<\/sub><\/em><\/td>mol<\/td>6,625<\/td>3,919<\/td>6,500<\/td>3,907<\/td>6,309<\/td>3,864<\/td><\/tr>
n2<\/sub><\/em><\/td>mol<\/td>6,590<\/td>3,918<\/td>6,472<\/td>3,891<\/td>6,281<\/td>3,861<\/td><\/tr>
\u0394n<\/em><\/td>mol<\/td>-0,034<\/strong><\/td>+0,001<\/strong><\/td>-0,028<\/strong><\/td>-0,015<\/strong><\/td>-0,028<\/strong><\/td>-0,004<\/strong><\/td><\/tr>
B. Wyniki na podstawie pomiaru koncentracji<\/td><\/tr>
xH2,2<\/sub> – xH2,1<\/sub><\/em><\/td>ppm<\/td> <\/td>965,60<\/td> <\/td>902,71<\/td> <\/td>597,909<\/td><\/tr>
C1<\/sub><\/em><\/td>mol\/m3<\/sup><\/td>174,3<\/td>1,8\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>171,1<\/td>3,7\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>166,0<\/td>0,2\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td><\/tr>
C2<\/sub><\/em><\/td>mol\/m3<\/sup><\/td>173,4<\/td>40,7\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>170,3<\/td>40,2\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td>165,3<\/td>24,2\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/td><\/tr>
\u0394n<\/em><\/td>mol<\/td> <\/strong><\/td>+3,78<\/strong>\u00d7<\/strong>10<\/strong>–<\/sup><\/strong>3<\/sup><\/strong><\/strong><\/td> <\/strong><\/td>+3,53<\/strong>\u00d7<\/strong>10<\/strong>–<\/sup><\/strong>3<\/sup><\/strong><\/strong><\/td> <\/strong><\/td>+2,31<\/strong>\u00d7<\/strong>10<\/strong>–<\/sup><\/strong>4<\/sup><\/strong><\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Widoczne jest, \u017ce pomiar parametr\u00f3w stanu nie jest wystarczaj\u0105cy do zbadania i ilo\u015bciowego okre\u015blenia zjawiska dyfuzji. Teoretycznie nale\u017ca\u0142oby oczekiwa\u0107 nast\u0119puj\u0105cych wynik\u00f3w: <\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. Zmiana ilo\u015bci gazu w elemencie jest zawsze ujemna (ubytek).<\/li>\n\n\n\n
  2. Zmiana ilo\u015bci gazu w komorze jest zawsze dodatnia (przyrost).<\/li>\n\n\n\n
  3. Zmiany te s\u0105 sobie r\u00f3wne (uk\u0142ad szczelny i izolowany od otoczenia).<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    W rzeczywisto\u015bci wyznaczone przyrosty molowe nie s\u0105 jednorodne, np. w pr\u00f3bie 1 elementu 1 wyznaczony ubytek gazu z elementu jest zerowy, w pr\u00f3bie 3 elementu 1 a tak\u017ce w pr\u00f3bach 2 i 3 elementu 2 nast\u0119puje (wbrew oczekiwaniom) ubytek gazu z komory. W wi\u0119kszo\u015bci wypadk\u00f3w odnotowany jest niewielki ubytek molowy wodoru z elementu (E), co jest zgodne z fizyk\u0105 zjawiska. Niejednorodne wyniki s\u0105 zwi\u0105zane z tym, \u017ce dyfuzja nast\u0119puje r\u00f3wnie\u017c z komory do otoczenia (uszczelnienie manszetowe), a tak\u017ce z niepewno\u015bci\u0105 pomiar\u00f3w ci\u015bnienia i temperatury.<\/p>\n\n\n\n

    Bardziej miarodajny jest pomiar elektrochemiczny, kt\u00f3ry jednoznacznie wskazuje na wzrost koncentracji wodoru w komorze, co pozwala na kwantyfikacj\u0119 migracji. Widoczne jest, \u017ce dla elementu nr 1 (bardziej szczelnego) migracja jest o dwa rz\u0119dy wielko\u015bci mniejsza ni\u017c rejestrowane zmiany ilo\u015bci wg parametr\u00f3w stanu, natomiast dla elementu nr 2 migracja jest mniejsza o jeden rz\u0105d wielko\u015bci. Z tego wzgl\u0119du do dalszych rozwa\u017ca\u0144 dotycz\u0105cych dyfuzji przyj\u0119to wynik wg pomiaru elektrochemicznego.<\/p>\n\n\n\n

    3.3. Wyniki pomiar\u00f3w kompresji<\/h5>\n\n\n\n

    Widoczne jest, \u017ce przegroda jako ca\u0142o\u015b\u0107 zosta\u0142a zaprasowana o ok. 21,5%, przy czym sznur ceramiczny wykazuje wi\u0119ksze odkszta\u0142cenie (23,8%) ni\u017c warstwa gumy NBR (12,4%). Nale\u017cy podkre\u015bli\u0107, \u017ce wyniki stopnia kompresji dotycz\u0105 por\u00f3wnania fabrycznie nowych element\u00f3w z elementami wyj\u0119tymi z eksploatowanego wiele lat kompensatora. Staje si\u0119 to widoczne po dodatkowej analizie stopnia kompresji ocenianego tylko na podstawie zewn\u0119trznych wymiar\u00f3w, tj. odleg\u0142o\u015bci mi\u0119dzy ko\u0142nierzami. Jak wida\u0107 na rys. 3, odleg\u0142o\u015b\u0107 ta wynosi 65 mm w stanie eksploatacyjnym (zaprasowanym) oraz 75 mm po poluzowaniu \u015brub kompensatora, co daje 10 mm r\u00f3\u017cnicy (stopie\u0144 kompresji <10%), znacznie mniej ni\u017c wynika\u0142oby z r\u00f3\u017cnicy 109,66 \u2013 86,14 = 23,52 mm widocznej w tabeli 5. Oznacza to, \u017ce sprasowanie jest w znacznym stopniu nieodwracalne, a do oceny stopnia kompresji nale\u017cy wykorzysta\u0107 wymiar fabrycznie nowych element\u00f3w, tak jak to przedstawiono w tabeli 5.<\/p>\n\n\n\n

    Tabela 5. Pomiary stopnia kompresji element\u00f3w uszczelnienia. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
    Table 5. Measurements of the compression degree of sealing elements. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Element uszczelnienia<\/td>Wymiar przed ho<\/sub>, mm<\/td>Wymiar po hk<\/sub>, mm<\/td>Stopie\u0144 kompresji Ki<\/sub>, %<\/td><\/tr>
    Sznur z w\u0142\u00f3kien ceramicznych<\/td>21,84<\/td>16,55<\/td>23,76<\/td><\/tr>
    Guma NBR<\/td>22,30<\/td>19,54<\/td>12,38<\/td><\/tr>
    Ca\u0142o\u015b\u0107 uk\u0142adu<\/td>109,66<\/td>86,14<\/td>21,45<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
    3.4. Wyniki oblicze\u0144 procesu dyfuzji<\/h5>\n\n\n\n

    Wyniki oblicze\u0144 procesu dyfuzji dla badanych element\u00f3w przedstawiono w tabelach 6 oraz 7.<\/p>\n\n\n\n

    Tabela 6. Obliczenia procesu dyfuzji elementu badanego nr 1. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
    Table 6. Calculation of the diffusion process for element No. 1. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Wielko\u015b\u0107<\/td>Pr\u00f3ba 1<\/td>Pr\u00f3ba 2<\/td>Pr\u00f3ba 3<\/td><\/tr>
    \u015aredni udzia\u0142 wodoru w komorze, , ppm<\/td>7,33\u00d710–<\/sup>5<\/sup><\/strong><\/td>8,36\u00d710–<\/sup>5<\/sup><\/strong><\/td>4,33\u00d710–<\/sup>5<\/sup><\/strong><\/td><\/tr>
    R\u00f3\u017cnica st\u0119\u017ce\u0144, \u0394C<\/em>, mol\/m3<\/sup><\/td>170,9<\/strong><\/td>171,2<\/strong><\/td>175,2<\/strong><\/td><\/tr>
    Przyrost udzia\u0142u wodoru w komorze, \u0394xH2<\/sub><\/em>, ppm<\/td>12,3<\/strong><\/td>11,2<\/strong><\/td>28,6<\/strong><\/td><\/tr>
    Molowy transport wodoru do komory, \u0394n<\/em>, mol<\/td>4,94\u00d710–<\/sup>5<\/sup><\/strong><\/td>4,53\u00d710–<\/sup>5<\/sup><\/strong><\/td>1,14\u00d710–<\/sup>4<\/sup><\/strong><\/td><\/tr>
    Efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji, Deff<\/sub><\/em>, m2<\/sup>\/s<\/td>2,22\u00d710–<\/sup>11<\/sup><\/strong><\/td>2,03\u00d710–<\/sup>11<\/sup><\/strong><\/td>4,99\u00d710–<\/sup>11<\/sup><\/strong><\/td><\/tr>
    G\u0119sto\u015b\u0107 strumienia dyfuzji, J<\/em>, mol\/s m2<\/sup><\/td>4,40\u00d710–<\/sup>8<\/sup><\/strong><\/td>4,03\u00d710–<\/sup>8<\/sup><\/strong><\/td>1,01\u00d710–<\/sup>7<\/sup><\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

    Tabela 7. Obliczenia procesu dyfuzji elementu badanego nr 2. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
    Table 7. Calculation of the diffusion process for element No. 2. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Wielko\u015b\u0107<\/td>Pr\u00f3ba 1<\/td>Pr\u00f3ba 2<\/td>Pr\u00f3ba 3<\/td><\/tr>
    \u015aredni udzia\u0142 wodoru w komorze, , ppm<\/td>5,15\u00d710–<\/sup>4<\/sup><\/strong><\/td>5,41\u00d710–<\/sup>4<\/sup><\/strong><\/td>3,03\u00d710–<\/sup>4<\/sup><\/strong><\/td><\/tr>
    R\u00f3\u017cnica st\u0119\u017ce\u0144, \u0394C<\/em>, mol\/m3<\/sup><\/td>173,7<\/strong><\/td>170,1<\/strong><\/td>165,4<\/strong><\/td><\/tr>
    Przyrost udzia\u0142u wodoru w komorze, \u0394xH2<\/sub><\/em>, ppm<\/td>965,6<\/strong><\/td>902,7<\/strong><\/td>597,9<\/strong><\/td><\/tr>
    Molowy transport wodoru do komory, \u0394n<\/em>, mol<\/td>3,78\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/strong><\/td>3,53\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/strong><\/td>2,31\u00d710–<\/sup>3<\/sup><\/strong><\/td><\/tr>
    Efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji, Deff<\/sub><\/em>, m2<\/sup>\/s<\/td>1,82\u00d710–<\/sup>9<\/sup><\/strong><\/td>2,54\u00d710–<\/sup>9<\/sup><\/strong><\/td>1,07\u00d710–<\/sup>9<\/sup><\/strong><\/td><\/tr>
    G\u0119sto\u015b\u0107 strumienia dyfuzji, J<\/em>, mol\/s m2<\/sup><\/td>3,67\u00d710–<\/sup>6<\/sup><\/strong><\/td>5,02\u00d710–<\/sup>6<\/sup><\/strong><\/td>2,06\u00d710–<\/sup>6<\/sup><\/strong><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

    Widoczne jest, \u017ce efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji jest o dwa rz\u0119dy wielko\u015bci wy\u017cszy dla elementu badanego nr 2. Warto\u015bci pomi\u0119dzy pomiarami tego samego elementu r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119, jednak s\u0105 podobnego rz\u0119du. Wyniki dla elementu 2 s\u0105 zbli\u017cone do warto\u015bci dla pojedynczego uszczelnienia NBR raportowanego w literaturze [11], natomiast dla elementu 1 uszczelnienie o 2 rz\u0119dy wielko\u015bci lepsze. Do oszacowania skali strat w sieci dystrybucyjnej przyj\u0119to wariant najlepszy (element 1, pr\u00f3ba nr 2) oraz najgorszy (element 2, pr\u00f3ba nr 2).<\/p>\n\n\n\n

    3.5. Wyniki oszacowania strat w skali sieci dystrybucyjnej<\/h5>\n\n\n\n

    Oszacowanie strat w oparciu o najlepszy i najgorszy wynik pomiaru przedstawiono w tabeli 8. Wyniki te tworz\u0105 scenariusz optymistyczny oraz pesymistyczny. Przeprowadzone obliczenia wskazuj\u0105, \u017ce przy zastosowanej konstrukcji uszczelnienia d\u0142awicy kompensatora, obejmuj\u0105cej warstwy sznura ceramicznego oraz gumy NBR, intensywno\u015b\u0107 dyfuzyjnego przenikania wodoru jest bardzo ma\u0142a, nawet dla warunku pesymistycznego.<\/p>\n\n\n\n

    Tabela 8. Estymacja skali dyfuzji dla kompensatora DN 150 oraz ich populacji w sieci. \u0179r\u00f3d\u0142o: opracowanie w\u0142asne
    Table 8. Estimation of the diffusion scale for a single DN 150 expansion joint, and for their entire population in the network. Source: authors\u2019 own study<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Wielko\u015b\u0107<\/td>Opt<\/td>Pes<\/td><\/tr>
    Strumie\u0144 molowy wodoru, ,<\/em> mol\/s<\/td>1,32\u00d710–<\/sup>9<\/sup><\/strong><\/td>6,53\u00d710–<\/sup>6<\/sup><\/strong><\/td><\/tr>
    Ubytek roczny wodoru, \u0394ni<\/sub><\/em>, mn<\/sub>3<\/sup><\/td>0,00093<\/td>0,0462<\/td><\/tr>
    Ubytek roczny (N<\/em> = 7264), \u0394n<\/em>, mn<\/sub>3<\/sup><\/td>6,8<\/td>335,4<\/td><\/tr>
    Ubytek masowy, \u0394m<\/em>, Kg<\/td>0,61<\/td>30,2<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

    4. Wnioski<\/h3>\n\n\n\n

    Podstawowe wnioski z bada\u0144 przedstawiono w cz\u0119\u015bci II artyku\u0142u. W oparciu o dodatkow\u0105 analiz\u0119 dotycz\u0105c\u0105 struktury uszczelniania, procesu dyfuzji oraz jego odniesienia do ca\u0142o\u015bci sieci dystrybucyjnej mo\u017cna wysnu\u0107 dodatkowe wnioski:<\/p>\n\n\n\n

    Element nr 1 by\u0142 eksploatowany na sieci \u015bredniego ci\u015bnienia, co mog\u0142o spowodowa\u0107 wy\u017cszy stopie\u0144 kompresji ni\u017c dla elementu nr 2, gdy\u017c uszczelnienie by\u0142o przez wiele lat dodatkowo doci\u015bni\u0119te nadci\u015bnieniem gazu.<\/p>\n\n\n\n

    Uzyskane warto\u015bci wskazuj\u0105, \u017ce prawid\u0142owo uszczelniona d\u0142awica kompensatora nie stanowi istotnego \u017ar\u00f3d\u0142a strat gazu. W konsekwencji dyfuzyjne przenikanie wodoru przez tego typu przegrody nie powinno mie\u0107 znacz\u0105cego wp\u0142ywu na bilans strat gazu w systemie.<\/p>\n\n\n\n

    Z punktu widzenia bezpiecze\u0144stwa, uzyskane warto\u015bci st\u0119\u017ce\u0144 wodoru w otoczeniu \u017ar\u00f3d\u0142a emisji osi\u0105gn\u0119\u0142y w najgorszym przypadku warto\u015bci ok. 1000 ppm, tj. ok. 2,5% dolnej granicy wybuchowo\u015bci. Dotyczy to celowo zamkni\u0119tej, doszczelnionej i niewentylowanej przestrzeni. W przypadku sieci gazowych, nie powstaje zatem istotne ryzyko, jednak w obiektach zamkni\u0119tych takich jak stacje gazowe czy budynki z instalacjami gazowymi niezb\u0119dny mo\u017ce by\u0107 dodatkowy monitoring st\u0119\u017cenia wodoru.<\/p>\n\n\n\n

    Kompensatory d\u0142awicowe s\u0105 urz\u0105dzeniami eksploatowanymi w warunkach podziemnych, gdzie otaczaj\u0105cy grunt stanowi dodatkow\u0105 barier\u0119 ograniczaj\u0105c\u0105 migracj\u0119 wodoru. Tym samym prawdopodobie\u0144stwo wyst\u0105pienia zagro\u017cenia wynikaj\u0105cego wy\u0142\u0105cznie z dyfuzyjnego przenikania gazu przez uszczelnienie ulega dalszemu zmniejszeniu.<\/p>\n\n\n\n

    Przedstawione wnioski pozostaj\u0105 jednak aktualne pod warunkiem, \u017ce kompensatory znajduj\u0105 si\u0119 w nale\u017cytym stanie technicznym, a ich elementy uszczelniaj\u0105ce zachowuj\u0105 swoje w\u0142a\u015bciwo\u015bci u\u017cytkowe. Za\u0142o\u017cono zatem, \u017ce kompensator nie uleg\u0142 degradacji wskutek proces\u00f3w korozyjnych, starzenia materia\u0142\u00f3w uszczelniaj\u0105cych ani odkszta\u0142ce\u0144 mechanicznych mog\u0105cych prowadzi\u0107 do utraty szczelno\u015bci po\u0142\u0105czenia. W takich warunkach wyznaczony do\u015bwiadczalnie efektywny wsp\u00f3\u0142czynnik dyfuzji mo\u017ce stanowi\u0107 wiarygodny wska\u017anik oceny potencjalnego ryzyka zwi\u0105zanego z przenikaniem wodoru przez d\u0142awice kompensator\u00f3w stosowanych w systemach dystrybucyjnych.<\/p>\n\n\n\n

    5. Literatura<\/h3>\n\n\n\n

    [1] Amid, A., Mignard, D., & Wilkinson, M. (2016). Seasonal storage of hydrogen in a depleted natural gas reservoir. International Journal of Hydrogen Energy, 41(12), 5549\u20135558. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijhydene.2016.02.036<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [2] Bo, Z., Zeng, L., Chen, Y., & Xie, Q. (2021). Geochemical reactions-induced hydrogen loss during underground hydrogen storage in sandstone reservoirs. International Journal of Hydrogen Energy, 46(38), 19998\u201320009. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijhydene.2021.03.116<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [3] Carden, P., & Paterson, L. (1979). Physical, chemical and energy aspects of underground hydrogen storage. International Journal of Hydrogen Energy, 4(6), 559\u2013569. https:\/\/doi.org\/10.1016\/0360-3199(79)90083-1<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [4] Kroczek, M., Kostowski, W., & Kulik, K. (2025). Badania szczelno\u015bci po\u0142\u0105cze\u0144 sieci dystrybucyjnej w aspekcie wykorzystania wodoru-cz\u0119\u015b\u0107 I: projekt stanowiska i wst\u0119pne wyniki. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 99(7\/8), 12. https:\/\/doi.org\/10.15199\/17.2025.7-8.2<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [5] Kroczek M., Malanowski G., Kostowski W.,, (2026). Badania szczelno\u015bci po\u0142\u0105cze\u0144 sieci dystrybucyjnej w aspekcie wykorzystania wodoru \u2013 cz\u0119\u015b\u0107 II: wyniki bada\u0144. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 100(7). https:\/\/doi.org\/10.65545\/GWITS.2026.07.01<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [6] Mejia, A. H., Brouwer, J., & Mac Kinnon, M. (2020). Hydrogen leaks at the same rate as natural gas in typical low-pressure gas infrastructure. International Journal of Hydrogen Energy, 45(15), 8810\u20138826. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijhydene.2019.12.159<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [7] Niermann, M., Timmerberg, S., Dr\u00fcnert, S., & Kaltschmitt, M. (2020). Liquid Organic Hydrogen Carriers and alternatives for international transport of renewable hydrogen. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 135, 110171. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.rser.2020.110171<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [8] Izba Gospodarcza Gazownictwa. (2025). ST-IGG-0902:2025. Gazoci\u0105gi. Pr\u00f3by ci\u015bnieniowe gazoci\u0105g\u00f3w stalowych. Warszawa: Izba Gospodarcza Gazownictwa.<\/p>\n\n\n\n

    [9] Szewczyk, P., & Jaworski, J. (2020). Analiza wp\u0142ywu dodatku wodoru do gazu ziemnego na szczelno\u015b\u0107 po\u0142\u0105cze\u0144 mechanicznych wybranych element\u00f3w sieci i instalacji gazowych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu. https:\/\/doi.org\/10.18668\/PN2020.231<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [10] Zheng, Y., Tan, Y., Zhou, C., Chen, G., Li, J., Liu, Y., Liao, B., & Zhang, G. (2020). A review on effect of hydrogen on rubber seals used in the high-pressure hydrogen infrastructure. International Journal of Hydrogen Energy, 45(43), 23721\u2013 23738. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijhydene.2020.06.069<\/a><\/p>\n\n\n\n

    [11] Zhou, C., Huang, Y., Zheng, Y., & Hua, Z. (2024). Hydrogen permeation behavior of rubber sealing materials for hydrogen infrastructure: Recent advances and perspectives. International Journal of Hydrogen Energy, 59, 742\u2013754. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijhydene.2024.02.042<\/a><\/p>\n\n\n\n

    \n\n\n\n

    <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Marcin Kroczek, Gabriel Malanowski, Wojciech Kostowski, GWiTS 8\/2026<\/div>\n

    …<\/a><\/p>","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[17],"tags":[102],"class_list":["post-3854","post","type-post","status-publish","format-standard","category-wszystkie_artykuly","tag-8-2026"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3854","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3854"}],"version-history":[{"count":18,"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3854\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3989,"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3854\/revisions\/3989"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3854"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3854"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/gwits.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3854"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}