SGC UTVÄRDERING AV PROPAN EXPONERADE PEM-RÖR. Rapport SGC 034. Hans Leijström Studsvik Material AB. Maj 1993

Rapport SGC 034 UTVÄRDERING AV PROPAN EXPONERADE PEM-RÖR Hans Leijström Studsvik Materia AB Maj 1993 SGC Rapport SGC 034 ISSN 1102-7371 ISRN SGC-R--34--SE

Rapport SGC 034 UTVÄRDERING AV PROPAN EXPONERADE PEM-RÖR Hans Leijström Studsvik Materia AB Maj 1993

SGC:s FÖRORD FUD-projekt inom Svenskt Gastekniskt Center AB avrapporteras normat i rapporter som är fritt tigängiga för envar intresserad. SGC svarar för utgivningen av rapportema medan uppdragstagama för respektive projekt eer rapportförfattarna svarar för rapporternas innehå. Den som utnyttjar eventuea beskrivningar, resutat e dy i rapportema gör detta het på eget ansvar. Dear av rapport får återges med angivande av käan. En förteckning över hittis utgivna SGC-rapporter finns i sutet på denna rapport. Svenskt Gastekniskt Center AB (SGC) är ett samarbetsorgan för företag verksamma inom energigasområdet Dess främsta uppgift är att samordna och effektivisera intressentemas insatser inom områdena forskning, utvecking och demonstration (FUD). SGC har f n föjande deägare: Svenska Gasföreningen, Vattenfa Naturgas AB, Sydgas AB, Sydkraft AB, Göteborg Energi AB och M.E.Mamö Energi AB. SVENSKT 'Q,{r(, GASTEKNISKT CENTER AB ~ ~L/ /örgen Thune.

S-611 82 Nyköping Te 0155-22 10 00 Fax 0155-26 31 50 STUDSVIK/M-92/105 M-4357 Hans Leijström Vattenfa Energisystem AB Mark, Mijö och Energiutvecking Box 528, S-162 15 Väingby Kontaktperson: Jonas Forsman UTVÄRDERING AV PROPANEXPONERADE PEM-RÖR Sammanfattning En anäggning för distribution av en bandgas av 98% propan och 2% butan har instaerats i Harstigen i Djupkärnsområdet, Kaix kommun. Systemet består av en cistern, förångare och ett distributionsnät av paströr för distribution av gas ti 10 stycken vior. Inom arbetet har ett nästan fyra år gammat rörmateria från en kondensficka i anäggningen undersökts. Undersökningen omfattade tryckprovning, termisk anays och termogravimetri. Resutaten tyder på att ättfyktiga ämnen av storeksordningen 0.4% öst sig i rörmateriaet. Troigen har någon kondensering adrig skett i kondensfickan utan de ättfyktiga ämnena kommer från gaso i gasfas. Håfastheten hos det exponerade materiaet är något ägre än oexponerat materia. Orsaken är ej entydig och kan ej kargöras utan ytterigare tryckprovning. Kemiska ivsängden hos det exponerade materiaet har ej påverkats av exponeringen. Däremot har en minskning av den termiska stabiiteten erhåits. Arbetet har utförts av studsvik och Vattenfa Energisystem på uppdrag av Svenskt Gastekniskt Center (SGC). Godkänd av

STUDSVIK/M-92/105 Inedning studsvik och Vattenfa Energisystem har på uppdrag av Svenskt Gastekniskt Center utvärderat teknisk funktion och ådring av paströr vika exponerats i en anäggning för distribution av propangas. Paströren av mediumdensitetspoyeten (PEM) har exponerats för propangas i anäggningen under en tid av tre år och 9 månader. Anäggningen är beägen i Harstigen i Djupkärnsområdet i Kaix kommun, och ingår i Vattenfas uppdrag 2000 för ratione energianvändning. Totat är tio vior med var sin gaspanna ansutna ti anäggningen. Systemet består huvudsakigen av cistern, förångare, distributions- och servisedningar. Vid varje fastighet finns vidare en abonnentcentra pacerad. Systemschema framgår av biaga B.. Gasen utgörs av en bandgas bestående av 98-proc propan och 2-proc butan och agras i vätskefas i cisternen. Förångaren är pacerad utomhus i ett väderskydd och i direkt ansutning ti cisternen. Uppvärmning för fasomvandingen sker med hjäp av två epatroner om vardera 4.5 kw. Trycket i edningsnätet uppgår ti cirka 0.6 bar. Före förbränning i gaspanna (Abin eer Vaiant) sker tryckreducering i reduceringsventi samt gasmätning. Utvärderingen har utförts på rörprover som skurits ut des från en kondensficka i distributionsnätet des från servisedningarna ti två av viorna, se biaga B.2. De utskurna rördearna har ersatts av nya som svetsats fast med eektromuffsvetsning. Data för anäggningen och insvetsningen av de ersättande rördearna återfinns i biagorna A. och A.2. Uttagningen av rörproverna samt transporten ti studsvik av dessa genomfördes av Studsvik. Kodning och karaktärisering av de ti studsvik transporterade rörproverna framgår av biaga A.3. Utvärderingen har gjorts med utgångspunkt från resutat av acceererad tryckprovning, karaktärisering med termogravimitri (TGA) samt termisk anays (DSC). Vid tryckprovningen användes två mijöer: uft (105 C) och ett ytspänningsnedsättande mede (utenso, 95 C). För att få jämföresemateria har prov även utförts på icke propanexponerat materia, viket evererats direkt av tiverkaren (Uponor). Arbetet har utförts under tiden 1991-11-18 ti och med. Rapporten omfattar samtiga resutat som erhåits ti och med. MP/BL

STUDSVIK/M-92/105 2 2 Arbetsupp1äggning Arbetet har inriktats på föjande moment: Mom Mom 2 Mom 3 Termogravimetrianays på oexponerat och i Kaix propanexponerat rörmateria. Sex anayser totat. Termisk anays på oexponerat och i Kaix propanexponerat rörmateria. 18 anayser totat. Tryckprovning av oexponerat och i Kaix propanexponerat rörmateria. Tryckprovning av åtta rörprover totat. Den övergripande måsättningen med samtiga moment var att bedöma om propanexponeringen påverkat rören i negativ riktning ur funktionssynpunkt. Måsättningen med moment var att bestämma haten inösta ättfyktiga substanser i rörmateriaet på grund av exponering i kondensfickan. Måsättningen med moment 2 var att avgöra om rörmateriaets termiska stabiitet förändrats efter exponeringen. Måsättningen med moment 3 var att avgöra om rörmateriaets mekaniska egenskaper förändrats på grund av exponeringen. 2.1 Materia1kvaiteter och provuttag Av de uttagna rörproverna har endast de från kondensfickan undersökts. Rörproverna från servisedningarna har endast exponerats i stiastående gas med trycket 0.6 bar eftersom ansutna vior ej haft någon gasförbrukning under den aktuea tiden. Det har därför ej ansetts meningsfut att utföra prov på materia från servisedningarna. En de av det oexponerade rörmateria som ersatte det utskurna rörmateriaet i kondensfickan har sparats för att kunna användas som referensmateria vid eventuea senare undersökningar (Studsvik kod 624 i biaga A.3). Det icke propanexponerade materiaet som evererats direkt av tiverkaren (Studsvik kod 633 i biaga A.3) är av samma kvaitet som det exponerade men är extruderat vid ett annat tifäe. Extruderingsprotokoen från tiverkningen av rören uppvisar dock stora ikheter. Rören är tiverkade av samma råvara (Finathene) och på samma extruder. Vidare är skinaden i kristainitet och smätindex obetydig. Den enda skinaden igger i att den oexponerade rörkvaiteten uppvisar en brottförängning på -500% vid dragprovning jämfört med -300% för den kvaitet som exponerats i Kaix. Protokoen är upprättade av Uponor AB.

STUDSVIK/M-92/105 3 För att säkerstäa att inösta ättfyktiga substanser ej genast skue försvinna ur rörväggen efter provuttag i kondensfickan så transporterades vissa rörprov nerkyda ti cirka -80 C ti Studsvik. Dessa rörprov förvarades därefter i frysbox vid -20 C (Studsvik kod 621 i biaga A.3) Samtiga FEM-rör är tiverkade av Uponor AB. 2.2 Arkivering Rörmateriaet i biaga A.3 har efter utvärderingen arkiverats på Studsvik. Rören förvaras mörkt vid rumstemperatur.

STUDSVIK/M-92/105 4 3 Experimente11a undersökningar 3.1 statisk tryckprovning För undersökning av ångtidsegenskaperna hos de oexponerade och de i Kaix exponerade PEM-rören genomfördes tryckprovning vid förhöjd temperatur. Tryckprovningsutrustningen är konstruerad av Studsvik. En principskiss av utrustningen visas i biaga B.3. Rören beastas invändigt med statiskt tryck vid oika temperaturer. Temperaturnoggrannheten är bättre än ± C. Vid de aktuea trycken är trycknoggrannheten cirka ±1%, dock ej bättre än ± 5 10-3 MPa. Tryckrevningen utfördes med rörproven fyda med avjoniserat vatten. På utsidan användes uft eer ett ytspänningsreducerande mede (2-proc utensoösning). Tryckprovningen utfördes vid 105 C med uft och vid 95 C med utenso. Vid tryckprovningen uppgick rörprovens totaa ängd ti 300 mm. Samtiga rörprover monterades med Wipexkoppingar. Före tryckprovningen konditionerades rörproven i tre timmar. Konditionering innebär att ett rörprov exponeras för en bestämd mijö och temperatur i trycköst tistånd. I övrigt utfördes tryckprovningen enigt ISO 1167-1973. Tryckprovning i uft Tryckprovning i Uft användes för att undersöka kemisk ivsängd hos rören. Med kemisk ivsängd avses maxima ivsängd för ett rörmateria vid en given temperatur oberoende av inre övertrycket. När kemiska ivsängden uppnås är materiaet så försprödat att det vid minsta beastning spricker. Tryckprovning i utenso Tryckprovning i utenso användes för att kvaitativt undersöka sprödbrottskänsigheten hos rören. Orsaken ti att utenso användes är att detta medium avsevärt påskyndar tiden ti sprödbrott jämfört med om vatten skue ha använts. Hur stor acceeration som erhås med utenso beror band annat av andeen defekter i materiaet. Generet kan förväntas en förkortning av tiden ti sprödbrott av cirka 10-100 gånger med utenso. Om en ökad sprödbrottskänsighet kan konstateras bör mer omfattande tryckprovningar genomföras och då också med vatten som yttre medium.

STUDSVIK/M-92/105 5 3.2 Termoqravimetri (TGA) Haten inösta ättfyktiga substanser i rörväggen bestämdes med termogravimetrisk anays. Provbitar från icke exponerade och i Kaix exponerade rör togs ut genom stansning av puggar. Anaysen genomfördes över hea tvärsnittet (rörväggen). Varje pugg kövs på mitten så att en havcyinder bidades. För de exponerade proven undersöktes såvä icke nerkyda som nerkyda prov. Undersökningarna utfördes på en Perkin Emer, system TGS-2. Systemet mäter hur provets vikt förändras då temperaturen höjs i värmeugnen. Samtiga anayser utfördes i heiumatmosfär med en uppvärmningshastighet av 20 K/min. Anayserna utfördes i temperaturintervaet 35 ti 600 C. Provmängden uppgick ti cirka 15 mg. 3.3 Termisk ana1ys Termostabiiteten hos rören studerades indirekt med DSC (Differentia Scanning Caorimetry). Prov av icke exponerade och i Kaix exponerade rör togs ut genom stansning av puggar ur rörväggen. Från puggarna skars cirka 0.1 mm tjocka skivor ut från puggens (rörväggens) insida, mitt och utsida. För de exponerade proven undersöktes såvä icke nerkyda som nerkyda prov. Undersökningarna utfördes på en Metter DSC 20. Samtiga anayser utfördes i syrgasatmosfär (50 m/min) och med en uppvärmningshastighet av 10 K/min. Provmängden uppgick ti cirka 5 mg. Uppvärmningen av provet i syrgasatmosfär medför att provet oxideras då temperaturen höjs. Med DSC registreras den temperatur vid viken oxidationen startar. Denna temperatur benämns Tox- Vid viken temperatur som oxidationen inträffar beror band annat av provets termiska stabiitet. Ett ågt Tox innebär att rörmateriaets termiska stabiitet är åg. En minskning av den termiska stabiiteten innebär praktiskt en möjighet att avgöra hur ång tid det är kvar ti den kemiska ivsängden. Tryckprovning med uft är däremot den bästa metoden för att faststäa kemisk ivsängd.

STUDSVIK/M-92/105 6 4 Resu.tat 4.1 statisk tryckprovning Totat startades provning av åtta rörprover inom projektet. Resutaten framgår av tabeerna A.2- A.5 i biaga A och av diagramen och 2 nedan. I det föjande redovisas resutat som erhåits fram ti och med. 4.1.1 Tryckprovning i ytspänningsnedsättande mede vid 95 C Resutaten från tryckprovning i ytspänningsnedsättande mede vid 95 C framgår av tabeerna A.2- A.3 och av diagram. Totat tryckprovades fyra rörprov varav två oexponerade och två exponerade i Kaix. För de oexponerade rörproven (kod 624) inträffade inga brott efter mer än 8 000 h exponering. När det gäer de i Kaix exponerade rören (kod 620) så gick de två proven ti sprödbrott efter 820 h respektive 950 h. MPa Ringspänning 10! 5 1.0 1- Oexponerad Kod 624 95 C Luenso/ vatten o 0.5 - D ::. o 10 o Exponerad Kod 620 95 C Lutenso/ vanen segbrott ' ' Förvän ad håiastret! ~--~-~---r-.j! -... --~-o(_ Sprödbrott - - - -......- --.. - "'- -" A Omsagsbrott Löpande rör. 10 1 10 2 10 3! ' ' ' -~ PEM! 1992 11 11 i! i! ' - r-- -- - f studsvik. 10 5 Tid 10 6 h 1 10 50 år Diagram Hydrostatisk tryckprovning av PEM-620 (exponerad i Kaix) och PEM-624 (oexponerad) vid 95 C med utenso som yttre medium och vatten som inre medium. I diagrammet är även en referenskurva inagd som anger förväntad håfasthet för oexponerat materia.

STUDSVIK/M-92/105 7 Brottiden vid 2.9 MPa för de i Kaix exponerade rörproven uppgår såedes ti mindre än 23% av brottiden för de oexponerade rörproven. Det bör även påpekas att brottpunkterna igger något under den förväntade referenskurvan i diagram viken anger den förväntade håfastheten. Den förväntade håfastheten baseras på resutat och erfarenheter från arbeten på studsvik på en iknande kvaitet. 4.. 2 Tryckprovning i uft vid 105 C Resutaten från tryckprovningen i uft vid 105 C framgår av tabeerna A.4-A.5 och av diagram 2. Totat tryckprovades fyra rörprov varav två oexponerade och två exponerade. Ett av de oexponerade rörproven gick ti sprödbrott efter 7 820 h. Orsaken ti brottet är att nedbrytning av rörmateriaet inträffat närmast Wipexkoppingarna. Övriga rörprov exponeras fortfarande med en öptid som uppgick ti 8 088 h. Även i diagram 2 har en referenskurva baserad på erfarenhet agts in. Ti skinad mot diagram utgör denna kurva den förväntade kemiska ivsängden. MPa Ringspänning 10.-~~~-~~,~~~~-~--~~:~t--ri~-r~~~~ ~-;--~~T~~-~r~,-P;~~-_,~,~_,~,~ 5 ~ ;-+----+---i,----.. --+-- -T---------t--4-----+--- i : Oexpone ad 1.0 r Kod 624 105 C LufV vatten o 0.5 D 10 o 6 o Exponerad Kod 620 105 C Luft vatten Å -~ segbrott Sprödbrott Omsagsbrott Löpande rör. 10 1 10 2 ~ 10 3 n'ti ~/ 1 Förväntad ' ; i i ivsängd 1--!~d 10SOC -.i 10 4 studsvik. 10 5 Tid 10 6 h 1 10 50 år Diagram 2 Hydrostatisk tryckprovning av PEM-620 (exponerad i Kaix) och PEM-624 (oexponerad) vid 105 C med uft som yttre medium och vatten som inre medium. I diagrammet är även en referenskurva inagd som anger förväntad kemisk ivsängd för oexponerat materia.

STUDSVIK/M-92/105 8 4.2 Termogravimetri (TGA) Haten inösta ättfyktiga substanser i rörväggen har bestämts för oexponerat rörmateria och för rörmateria exponerat i kondensfickan. För det exponerade rörmateriaet har såvä prover förvarade vid rumstemperatur som prover förvarade i frys anayserats. Totat har sex anayser utförts. Resutaten framgår av tabe A.6 i biaga A. Av resutaten framgår att någon "fyktig" substans har öst sig i det exponerade rörmateriaet. Vad som öst sig är dock ej känt. För de nerkyda rörproven erhös den högsta haten, 0.44 viktsprocent. För de icke nerkyda proven var haten ungefär häften, 0.20 viktsprocent. Det huvudsakiga förfyktigandet under provningen inträffade vid en temperatur i närheten av smätintervaet. Detta innebär möjigen att någon substans har öst sig inte bara i ytskiktet utan även inne i sjäva rörväggen. Den högre haten för det nerkyda provet tyder på att vissa av substanserna försvinner direkt efter att exponeringen upphört.det oexponerade rörprovet innehö som väntat inga ättfyktiga substanser. 4.3 Termisk anays Termiska anayser har utförts på oexponerat rörmateria och på rörmateria som exponerats i kondensfickan. För det exponerade rörmateriaet har såvä prover som förvarats vid rumstemperatur som prover vika förvarats i frys anayserats. Totat har 18 anayser utförts. Resutaten framgår av tabe A.7 i biaga A. Den termiska anaysen visar att oexponerade och exponerade rör har normaa värden på kristainitet, smätpunkt och oxidationstemperatur. Detta vid en jämförese av resutat som erhåits vid andra försök på en iknande rörkvaitet som ej exponerats för gaso []. En något ägre oxidationstemperatur har dock erhåits på insidan av rörväggen för exponerade rörprov i förhåande ti oexponerade rörprov. stora avvikeser från normaa värden på kristainitet innebär att ett rörs mekaniska styrka (inre struktur) har förändrats. Förändring (minskning) i oxidationstemperatur är en signa på att materiaets antioxidantsystem har minskat. Antioxidantsystemet ska skydda materiaet från oxidation. Kristainiteten*) hos samtiga anayserade rör igger i intervaet 51-60%, ägst är den på utsidan av rören, 51-54%. *) Värdena som anges på kristainitet avser medevärden av två anayser vid samma äge i rörväggen. Krista Iinitet Wc utgör den ande av materiaet som uppvisar en ordnad och definierbar inre struktur ti skinad mot den oordnade amorfa andeen Wa (Wc + Wa = 100%).

STUDSVIK/M-92/105 9 Medevärden och spridning i oxidationstemperatur på insidan, mitten och utsidan av rören framgår av tabe nedan. 2'abe Variation i oxidationstemperatur vid försöken. Exponerat för propan Oxidationstemperatur, ToxJ, C (mede värde ± standardavvikese*) Insida Mitten Utsida Anmärkningar Nej Ja 247.4 ± 0.2 248.6 ± 2.8 234.7 ± 9.6 238.4 ± 4.9 246.6 ± 0.8 225.1 ± 10.7 ) 2) * Antaet mätvärden är egentigen för få. ) Anta mätvärden ika med 2 st (kod 624). 2) Anta mätvärden ika med 4 st (kod 623 och kod 621). Rör som exponerats för gas i Kaix har erhåit en minskning av oxidationstemperaturen på insidan av rören. Detta gäer vid en jämförese med oexponerat rörmateria. Det oexponerade rörmateriaet är emeertid ej identiskt med det exponerade. Minskningen i Tox uppgår ti 4-4 C eer cirka 2-6%. Tidigare försök på studsvik med kondenserad propan visar att minskningen av oxidationstemperaturen kan uppgå ti 10% på insidan av rörväggen. I försöken anayserades PEM-rör som tryckprovats vid 40 C med kondenserad propan under 900 h [1, 3]. I mitten och på utsidan av rören är spridningen i mätdata för stor för att eventuea förändringar i oxidationstemperatur ska kunna säkerstäas. Det förefaer dock som om en minskning har inträffat även på utsidan av röret. Minskningen på utsidan går ej att förkara. Fer anayser krävs för att avgöra om så verkigen är faet.

STUDSVIK/M-92/105 10 s Diskussion Från materiasynpunkt innebär anäggningen i Kaix en unik möjighet att föja upp hur PEM-rör ådras under inverkan av en bandgas som huvudsakigen består av propan (98% propan, 2% butan). Tryckprovning i uft vid 105 C visar att propangas ej har påverkat rörmateriaets kemiska ivsängd eer termiska stabiitet efter nästan fyra års drift. Påståendet gäer dock endast för kondensfickan och inte generet för hea distributionssystemet i Kaix. I den rörde som igger närmast förångaren är ti exempe temperaturen högre än i kondensfickan. Tryckprovning i ytspänningsnedsättande mede vid 95 C visar att brottiden är signifikant kortare för de exponerade rörmateriaet jämfört med det icke exponerade rörmateriaet (mindre än 23%). Den korta brottiden kan ej entydigt hänföras ti exponeringen för propangas eftersom det oexponerade och det exponerade rörmateriaet tiverkats vid två oika tifäen. Det krävs dock att fera brott genereras även vid andra spänningsnivåer och temperaturer innan en definitiv sutsats kan dras om orsaken ti det exponerade rörmateriaets kortare brottid. De tidiga sprödbrotten för de exponerade rörproverna måste även undersökas med hjäp av fraktografi för karäggande av orsaken ti brotten. Fraktografi innebär att brottytan studeras i förstoring med hjäp av ti exempe svepeektronmikroskopi (SEM). Termogravimetrianayserna visar att exponering för propangas resuterar i inösning av fyktiga substanser i PEM-rören. Hater på över 0.4 viktsprocent erhås vid exponering under drift i cirka 4 år. Försök på Studsvik med propankondensat har visat att hater på upp ti 4 viktsprocent uppnås efter betydigt kortare tider än 4 år [2] viket tyder på att kondensfickan ej utsatts för propankondensat. Sammansättningen av de fyktiga substanserna har ej karagts inom ramen för detta projekt. För en bedömning krävs kompetterande kemiska anayser. Termiska anayser på oexponerat och exponerat rörmateria tyder på att en minskning av den termiska stabiiteten kan förväntas vid exponering för propangas. Tryckprovningen i uft vid 105 C visar dock att den termiska stabiiteten ej har minskat ti en kritisk nivå efter nästan 4 års exponering.

STUDSVIK/M-92/105 11 Minskningen i oxidationstemperatur på insidan av exponerade rör uppgick ti 4-4 C. Detta motsvarar en minskning med 2-6% viket är ägre än vad tidigare försök på studsvik med propankondensat uppvisat. Minskningen uppgick där ti 8-10% [, 3]. Eventuet har en minskning i oxidationstemperatur även inträffat på utsidan av rören. Spridningen i oxidationstemperatur är dock stor varför det är osäkert om så är faet. Samtiga undersökta rör uppvisar acceptaba värden på oxidationstemperatur vid en jämförese med de resutat som erhös i Ref. Sutigen är det viktigt att påpeka att samtiga jämförande försök har utförts med rörmateria som extruderats vid två oika tifäen. Det vi säga rörmateriaen är ej fuständigt identiska. Extruderingsprotokoen för de oika materiaen uppvisar dock, som tidigare nämnts, stora ikheter så när som på att den oexponerade rörkvaiteten (kod 624} har en högre brottöjning än den i Kaix exponerade kvaiteten (kod 620}.

STUDSVIK/M-92/105 12 6 sutsatser PEM-rör som exponeras för propangas kan ösa in ättfyktiga ämnen med hater av storeksordningen 0.2-0.4%. Rörprover som förvarats nerkyda uppvisar högre hater av ättfyktiga ämnen än rörprover som förvarats vid rumstemperatur. PEM-rör som exponerats för propangas erhåer en något sänkt oxidationstemperatur på insidan av röret järnfört med oexponerade rör. Oxidationstemperaturen (T 0 x för exponerade och exponerade rör igger i intervaet 225-249 C. Dessa värden betraktas som fut acceptaba. Terrnogravirnetri och termiska anayser tyder på att "kondensfickan" ej har utsatts för kondenserad propan. Tryckprovning i uft vid 105 C visar att den kemiska ivsängden ej har påverkats i negativ riktning på grund av exponeringen för propangas. Tryckprovning i ytspänningsnedsättande mede (utenso) vid 95 C visar att håfastheten är något ägre för det i Kaix exponerade rörmateriaet än för det oexponerade jämföresemateriaet.

STUDSVIK/M-92/105 13 7 Rekommendationer Inför framtida undersökningar är det viktigt att oexponerat "jungfruigt" rörmateria bevaras från instaationen av gasrör. Detta för att det ska gå att säkerstäa förändringar i ivsängd och övriga materiaegenskaper på grund av exponering av rören under drift. När det gäer anäggningen i Kaix finns nu dock vissa, om än otiräckiga, referenser över rörmateriaets status viket underättar fortsatta studier. Vi rekommenderar att ytterigare provuttag görs efter oika drifttider för att föja ådringen av rören. Speciet med tanke på att tryckprovning i utenso vid 95 C indikerat en negativ påverkan. Provuttag bör även göras i början på distributionsedningen där temperaturen antas vara mycket högre än i kondensfickan. Orsaken ti de tidiga sprödbrotten vid 95 C bör vidare utredas med fraktografi. Vid fortsatta studier bör tryckprovning genomföras vid fera spänningsnivåer och temperaturer än vad som genomförts i föreiggande arbete.

STUDSVIK/M-92/105 14 Referenser 2 3 TRÄNKNER T PLASTRÖR FÖR GASDISTRIBUTION Utvärdering av tre års experimentea undersökningar, M-91/24, Studsvik AB, 1991. HEDENQVIST M, TRÄNKNER T et a Sorption of iquid propane in poyethyene. Thermochimica Acta, 214, 1993. TRÄNKNER T, GEDDE U W Moecuar structure and ong-term hydrastatic strength of a medium density poyethyene pipe for gas distribution. Twefth Pastic Fue Gas Pipe Symposium, Proceedings, September 24-26, 1991.

STUDSVIK/M-92/105 15 Erkännanden Författaren önskar framföra ett stort tack ti Bo Berggren, Vattenfa Meansverige, och SGC:s distributionsgrupp för de mycket värdefua synpunkter som degetts mig beträffande innehået i denna rapport. Urika Andersson och Eva Hjem tackas för utmärkta experimentea insatser under projektets gång.

STUDSVIK/M-92/105 Biaga A. (7) Data för systemet Amänt - startdatum: - driftansvar - driftstopp: exponeringstid: - anta vior -kapacitet: - årsförbukning: - tankvoym (LPG) : - tankinnehå: - maxtryck i tank: - epatroner: - medium: - tanktemperatur: frostperiod: - huvudedning: - servisedningar: dec 1987 Kaix Energiverk Inga ca 3 år och 9 månader O stycken 50 kg/h (5 kg/h och via) ca 30 ton, tankning 3 ggr/år 18 m3 20-82 % (max 82 %) ca 12 bar (sommartid) 2 x 4.5 kw 98% propan, 2% butan (kondenserar vid -44 C) (ev utfäningar vid -25 C) < - 50 C nov ti mitten på maj ej> 40 mm 20 mm Tryck och temperatur - distributionstryck: ca O. 6 ± O. 2 bar -tryck i panna: - ringspänning: - temperatur: ca 30 mbar 0.27 MPa (cp= 40 x 4 mm vid trycket O. 6 bar) ca 80 C ± 5 C efter förångare (ägre vid hus)

STUDSVIK/M-92/105 Biaga A.2 (7} Övrigt - ojeavskijare: - frostdjup: - gravdjup: - gravbredd: - kringfynad: - isoering: föroreningar saknas 2-2.5 meter 0.7 m resp 1.1 m ca m fin sand frigaitpattor troigen oja, finns i gasoen Fakta om insvetsningen av nya rördear i kondensficka och servisedningar - svetsmetod: eektramuffsvetsning - rengöring: skrubbning och rödsprit - skyddsgas: ingen - spänning: 24 V - svetstid,~ 40: 36 s - svetstid,~ = 20: 26 s - svetstemperatur: ca 220 C avsva1ningstid: avsva1ningstid: 15 min (~ 10 min (<> 40) 20)

~ ~ Tabe A. Kodning och karaktärisering av materia från Harstigen, Djupkärnsamrådet i Kaix kommun. Kod 620-628 medfördes ti Studsvik från Kaix 1991-09-23. Kod 633 evererades ti Studsvik 1991-09-27. Studsvik Läge i kod Kaix 620 621 622 623 624 625 626 627 628 633 Längd Rörmärkning (ti verkare) Kondensficka 1.8 m UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 40 X 3.7 PN4 22 2 87 Kondensficka 14 cm UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 40 X 3.7 PN4 22 2 87 Kondensficka 5 cm UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 40 X 3.7 PN4 22 2 87 Kondensficka 7 cm UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 40 X 3.7 PN4 22 2 87 Kondensficka 4 m UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 40 X 3.7 PN4 26 91 Harstigen 5 2 m UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 20 X 3.0 PN4 09 8 87 Harstigen 7 2m UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 20 X 3.0 PN4 09 8 87 Harstigen 5 5 cm UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 20 X 3.0 PN4 09 8 87 Harstigen 7 5 cm UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 20 X 3.0 PN4 09 8 87 92 m UPOGAS WDSW 2131.2 GAS PEM/F 40 X 3.7 PN4 26 91 ) Röret exponerat för gas i kondensficka. Samma materia som kod 621-623. Anmärkning ) 2) 3) 4) 5) 6) 6) 6), 2) 6), 2) 7) 2) Rörproven transporterades vid -80 C ti studsvik där de sedan förvarades i frys. Exponerat för gas. 3) Rörprov innehåande sand. Sanden upptäcktes vid ett försök att sama upp eventue "satt" omedebart efter att kondensfickan öppnats. Hur sanden kom in i kondensfickan är ej känt. Exponerat för gas. 4) Rörprov viket bev över vid kapningen då kondensfickan återstädes. Exponerat för gas. 5) Rörprov från materia som svetsades fast i kondensfickan, ej exponerat för gas. 6) Rörprov taget i direkt ansutning ti via där ingen förbrukning av gas skett. Rören har dock varit trycksatta med ungefär 0.6 bar. Viss de av paströren har befunnit sig ovanför jorden (UV-exponerade). 7) Rörsinga evererad direkt ti studsvik av tiverkaren Uponor. Ej exponerad fö~ gas. Enigt muntig uppgift samma materia som det materia som svetsades fast i kondensfickan ( rörkod 624).,... <!) <!) N,... f-' f-' f-' 'U <:n o >e >-'C: '<O s <:n () <: H H I>~ ~~ rt>, () t' H ::0 f-' H I> ;.. >-'!:"' ~ <:n >e c: o <:n <: H ~ ;,;: ' <!) N ' f-' o.n to...,... I> ~ I> ;.. w - -.J

STUDSVIK/M-92/105 Biaga A. 4 ( 7) Tabe A.2 Hydrostatisk tryckprovning i utenso vid 95 C av oexponerade PEMrör av samma materia som svetsades fast i kondensficka i Kaix. Läget. Prov nr Temp Med i u m utsida start datum CJ* MPa Löptid h Brottyp Anmärkning 624-3 624-4 95 95 Lutenso 911210 Lutenso 911210 2.94 2.94 -> -> )' 2) ) ' 2) * a = ringspänning p D t inre övertrycket rörprovets diameter rörprovets väggtjockek p [ (D-t)/2 t] där: ) Wipex-kopping. Inre övertrycket är ika med 6.45 kg/cm 2. 2) Rörprovet tryckprovades fortfarande vid projektets avsut utan att brott inträffat (öptid 8 376 h. Tabe A. 3 Hydrostatisk tryckprovning i utenso vid 95 C av exponerade PEMrör uttagna från kondensficka i Kaix. Prov nr Temp Medium utsida start datum CJ* MPa. Löptid h Brottyp Anmärkning 620-3 95 Lutenso 911210 2.93 820 Sprött ) 620-4 95 Lutenso 911210 2.92 950 Sprött ) * a = ringspänning p [(D-t) /2 t] där: p inre övertrycket D rörprovets diameter t rörprovets väggtjockek ) Wipex-kopping. Inre övertrycket är ika med 6.45 kg/cm 2.

STUDSVIK/M-92/105 Biaga A.5 (7) Tabe A. 4 Hydrostatisk tryckprovning i uft vid 105 C av oexponerade PEM-rör av samma materia som svetsades fast i kondensficka i Kaix. Läget. Prov nr Temp Medium utsida start datum CJ* Löptid Brottyp Anmärkning MPa h 624-1 624-2 105 105 Luft Luft 911210 911210 0.96 -> 0.96 7 820 Sprött )' 2) ) ' 3) * CJ = ringspänning p [(D-t)/2 t] där: p inre övertrycket D rörprovets diameter t rörprovets väggtjockek ) Wipex-kopping. Inre övertrycket är ika med 2.1 kg/cm 2. 2) Rörprovet tryckprovades fortfarande vid projektets avsut utan att brott inträffat (öptid 8 376 h). 3) Brottet orsakat av koppingspåverkan. Tabe A. 5 Hydrostatisk tryckprovning i uft vid 105 C av exponerade PEM-rör uttagna från kondensficka i Kaix. Läget. Prov Temp Medium start CJ* nr utsida datum o c MPa Löptid h Brottyp Anmärkning 620-1 105 Luft 911210 0.96 620-2 105 Luft 911210 0.96 -> -> ) ' 2) )' 2) * a = ringspänning p inre övertrycket p [(D-t)/2 t] där: D t rörprovets diameter rörprovets väggtjockek ) Wipex-kopping. Inre övertrycket är ika med 2.1 kg/cm 2. 2) Rörprovet tryckprovades fortfarande vid projektets avsut utan att brott inträffat (öptid 8 376 h).

STUDSVIK/M-92/105 Biaga A. 6 (7) ''abe.. A. 6 Termogravimetrianayser (TGA) på oexponerade och i Kaix propanexponerade PEM-rör. Anayserna genomfördes i heiumatmosfär i temperaturintervaet 35 ti 600 C. Uppvärmningshastigheten var 0 C per minut. studsvik Exponerat Provvikt Hat av fy k- Anmärkning kod för propan tig substans mg vikts-% 624-I Nej 16.2334 ) 624-II Nej 13.3387 o ) 623-I Ja 16.0523 0.21 ) 623-II Ja 15.8848 0.19 ) 621-I Ja 15.9836 0.45 2) 621-I Ja 15.6862 0.43 2) ) Rörproven förvarade på studsvik vid rumstemperatur. 2) Rörproven transporterades från Kaix ti studsvik vid -78 C, och förvarades därefter i frysbox (<-20 C) fram ti tidpunkten för anaysen.

i Tabe A.7 'UU o >o ' Resutat från termisk anays (DSC) av oexponerade och i Kaix propanexponerade PEM-rör. f-' C: "' '<0 " i3 U (D <: Prov Exponerat Avstånd Temp Mijö (J Brott- Krista- Smät- Oxidations temp* t1 H P> :>: för propan från in- tid initet temp Tax Tox2 sidan ~~ rt>o (D ':1 o c MPa h % o c o c o c t1 ~ mm 624-I Nej 0.0-0.1 - - - - 50.9 127.1 247 248 ~ 624-II Nej 0.0-0.1 - - - - 58.8 125.1 248 249 624-I Nej. 8-1. 9 - - - - 58.9 124.0 247 248 624-II Nej. 8-1. 9 - - - - 60.3 123.9 251 252 624-I Nej 3. 6-3.7 - - - - 52.1 124.1 242 243 624-II Nej 3.6-3.7 - - - - 55.2 125.8 228 235 623-I Ja 0.0-0.1 - - - - 61.5 125.0 240 242 623-II Ja 0.0-0.1 - - - - 55.4 125.0 236 240 623-I Ja 1.8-1. 9 - - - - 58.4 123.1 246 248 623-II Ja. 8-1. 9 - - - - 59.4 124.9 247 248 f-' U 623-I Ja 3. 6-3.7 - - - - 51.7 124.1 224 226 \.0 >o 623-II Ja 3.6-3.7 - - - - 49.5 124.1 232 234 N o 621-I Ja 0.0-0.1 - - - - 60.1 125.1 233 237 f-' H 621-II Ja 0.0-0.1 - - - - 59.0 126.1 :>: 244 246 f-' '- f-' 621-I Ja. 8-1. 9 - - - 59.5 :;:: 123.9 247 248 621-II Ja 1.8-1. 9 - - - - 58.9 123.9 246 \D 247 N 621-I Ja 3.6-3.7 - - - - 52.6 123.9 210 213 '- 621-II Ja 3.6-3.7 - - - - 49.7 124.0 234 235 o f-' H P> )> f-'1:"' \.0 c: U f-' <: f-' U * Från det te~ogram som astrades vid DSC anayserna bestämdes Tox och Tox2 vid en exoterm effekt av 0.5 mw. Värdena avrundades ti heta. skinaden mean Tox och Tox2 är föjande: Tox svarar mot den temperatur vid viken tangenten ti kurvan vid 0.5 mw skär temperaturaxen i te~ogrammet. Tox2 svarar mot den temperatur där temperaturaxen i termogrammet skärs av en mot basinjen vertika inje vid 0.5 rnw. tj:j f-' f-' P> <Q P> )> -.J -.J

ii ' g; GASHÅTARE FUNKTIONSKORT GAS 't \ SÅKV _,_...- '-- _'itr ' _2_ ;'"". 16 biir GASTANK 18 m ' ~ r ~~W21mm~" PANNA.L "' "' UTBLÅSN.LEDNING -7-7. ~ t~~.~~ ) '-- ' L / SÅKV. 1~ REOUC.VENTIL 1f.,B bar/0,5 bir..!.1 TRYCKH0JN.PUHP 10-1- FR. TER ' / FORBRUKARE/VILLOR /.r_ GASHÅ TNING ~ '\,.,_, 9.- '-.:..! /... r, SÅKV ~ o<nur v<nti 0,5 bar/32 mbar ' i. ~ ~ HUVUOAVST.VENTJL VILLA ~ f=' --...-- ON20 r;:..., :)I... LI'IVro; 1,1ro1:;1 J SÅKV -t- Fb- MAGNETVENH.. ~ / ELPA ~R:N=: UPPDRAG 2000 GA.SANLÅGGNING HARSTIGEN KALIX KOMMUN ~c:::::.= ~.5 k\o' 1 H o'o PEH PNio ONI.O ' '"'... "' "' "'............ 'O (!J o >'! >-"C '<0 3 (/J () <: H H P>?;: ;;::;;:: P> :>' rt>'j () tri H :0 f-' H P> :.. >-'t' &; (/J >'! c o (/J <: H?;; ;;:: ' "' '... o U1 tjj f-' f-" P> Q P> tjj... - w

ORIENTERINGSPLAN DN40 r- PEMGASRÖR PN4 CJ1JJ u0 ~ LPG~GASCISTERN 18 m"3 TRYCKHÖJNINGSPUMP FORÅNGARE so kg/h D o r ~ v-- j (: n ~ <z) _L n ~ U2 D D D [J [J L j 'cp D c[] c[] c[] TOTAL GASFÖRSÖRJNING: 10 ST VILLOR UPPDRAG 2000 GASANLÅGGNING HA.RSTIGEN KALIX KOMMUN Koder för provuttag U1 = Uttag vid via U2 = Uttag i kondensficka... "' "'............ ":en o f-3 >-'C: '<:t: sen ro <: H H PJ :>: ~~ rtf-3 ro tr1 H :A f-' H PJ;> f-' t"' [;; en f-3 c: t: en <: H :>: :s: ----- "' "'... ----- o "' tjj 1-' f-' PJ cq PJ tjj "' - w

STUDSVIK/M-92/105 Biaga B. 3 (3) Foat va ve Photo ce Fiqur B.3 Principskiss över tryckprovningsanäggningen. Kvävgas eds via en tryckreguator ti en eer fera fottörventier där en övergång sker ti vatten som tryck-medium. Provet kan vara pacerat i vattenbad eer ugn.

Sida 93-05-10 RAPPORTFÖRTECKNING SGC Rapportnamn Rapport Författare Pris Nr datum kr 001 Systernoptimering vad avser edningstryck Apr91 Stefan Groden 100 TUMAB 002 Mikrokraftvänneverk för växthus. Apr91 Roy Ericsson 100 Utvärdering Kjesser & Mannerstråe AB 003 Kataog över gastekniska FUD-projekt i Apr91 Svenskt Gastekniskt Center AB 100 Sverige. Utgåva 3 004 Krav på materia vid kringfynad av Apr91 JanMoin 50 FE-gasedningar VBBVIAK 005 Teknikstatus och marknadsäge får Apr91 Per-Arne Persson 150 gasbaserad rninikraftvänne SGC 006 Keramisk fiberbrännare - Utvärdering av Jan 93 R Brodin, P Carsson 100 en demo-anäggning Sydkraft Konsut AB 007 Gas-IR teknik inom industrin. Aug91 Thomas Ehrstedt 100 Användnings- områden, översiktig Sydkraft Konsut AB marknadsanays 008 Cataogue of gas technoogy RD&D Ju91 Swedish Gas Technoogy Center 100 projects in Sweden (På engeska) 009 Läcksökning av gasedningar. Metoder och Dec91 Charotte Rehn 100 instrument Sydkraft Konsut AB 010 Konvertering av aurniniurnsrnätugnar. Sep 91 Oa Ha, Charotte Rehn 100 Förstudie Sydkraft Konsut AB 011 Integrerad naturgasanvändning i tvätterier.. Sep 91 OaHa 100 Konvertering av torktumare Sydkraft Konsut AB 012 Odöranter och gasokondensats påverkan Okt91 Stefan Gruden, F. Varmeda 100 på gasrörsystern av poyeten TUMAB 013 Spektrafördening och verkningsgrad för Okt91 Michae Johansson 150 gasedade IR -s tråare Drifttekniska nstit vid L TH 014 Modern gasteknik i gavaniseringsindustri Nov91 John Daneius 100 Vattenfa Energisystern AB 015 Naturgasdrivna truckar Dec91 AsaMarbe 100 Sydkraft Konsut AB 016 Mätning av energiförbrukning och Mar92 Kje Wanseius 50 emissioner före o efter övergång ti KW Energiprodukter AB naturgas

Sida2 93-05-10 RAPPORTFÖRTECKNING SGC Rapportnamn Rapport Författare Pris Nr datum kr 017 Anays och försag ti handingsprogram Dec91 Rof Christensen 100 för området industrie vätskevändning AF-Energik:onsut Syd AB 018 Skärning med acetyen och naturgas. En Apr92 AsaMarbe 100 jämf"örese. Sydkraft Konsut AB 019 Läggning av gasedning med pöjteknik vid Maj92 Fasvik J, Hagund H m f 100 Gostorp, Mamö. Uppföjningsprojekt SGI och Mamö Energi AB 020 Emissionsdestruktion. Anays och försag Jun 92 Thomas Ehrstedt 150 ti handingsprogram Sydkraft Konsut AB 021 Ny äggningsteknik för PE-edningar. Jun 92 Ove Ribberström 150 Förstudie Ove Ribberström Projektering AB 022 Kataog över gastekniska FUD-projekt i Sverige. Utgåva 4 Aug92 Svenskt Gastekniskt Center AB 150 023 Läggning av gasedning med pöjteknik vid Aug92 Nis Granstrand m f 150 Lihagen, Göteborg. Uppföjningsproj. Göteborg Energi AB 024 stumsvetsning och eektromuffsvetsning Aug92 Stefan Groden 150 av PE-edningar. Kostnadsaspekter. TIJMAB 025 Papperstorkning med gas-ir.. Sep92 Per-Arne Persson 100 Sammanfattning av ett anta FUD-projekt Svenskt Gastekniskt Center 026 Kodioxidgödsing i växthus med hjäp av Aug92 Stig Arne Moen m f 150 naturgas. Handbok och tiämpn.exempe 027 Decentraiserad användning av gas för. Okt92 Rof Christensen 150 vätskevärmning. Två praktikfa AF-Energik:onsut 028 Stora gasedningar av PE. Teknisk och Okt92 Lars-Erik Andersson, 150 ekonomisk studie. Ake Carsson, Sydktaft Konsut i 029 Cataogue of Gas Techn Research and Sep92 Swedish Gas Technoogy 150 Deveopment Projects in Sweden (På Center engeska) 030 Pusationspanna. Utvärdering av en Nov92 Per Carsson, Asa Marbe 150 demo-anäggning Sydkraft Konsut AB 031 Detektion av dräneringsrör. Testmätning Nov92 Car-Axe Triumf 100 med magnetisk gradiometri Triumf Geophysics AB 032 Systemverkn.grad efter konvenering av Jan 93 Jonas Forsman 150 vattenburen evänne t gasvänne i småhus Vattenfa Energisystem AB

Sida 3 93-05-10 RAPPORTFÖRTECKNING SGC Rapportnamn Rapport Författare Pris Nr datum kr 033 Energiuppföjning av gasedad panncentra Jan 93 Theodor Bom 150 i kvaneret Maörten, Treeborg SydkraftAB 034 Utvärdering av propanexponerade Maj93 Hans Leijström 150 PEM-rör StudsvikAB

SGC SvensktGasteknisktCenter AB Box 50525, 202 50 MALMÖ Teefon: 040-700 40 Teefax: 040-30 50 82 KF- Sgma, Lund