ANALISIS Y UTILIZACIÓN DE REPORTES AGA APLICABLES A LA MEDICIÓN DE GAS NATURAL
1ª JORNADA TÉCNICA INTERNACIONAL EN MEDICION DE FLUJO DE GAS
AGA Report nº 3
Orifice Metering of Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Fluids
AGA Report nº 7
Measurement of Gas by Turbine Meters
AGA Report nº 8
Compressibility Factors of Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Gases
AGA Report nº 9
Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic meter
IP T
CAMPO DE APLICACION ➨
Medidores tipo turbina axiales
➨
Regula la medición de gas en los siguientes aspectos: ■
Construcción
■
Instalación
■
Operación
■
Prácticas de calibración
■
Métodos de cálculo para determinación de flujo volumétrico y másico de gas
IP IPT T
CONSTRUÇÃO COMPONENTES DEL MEDIDOR TIPO TURBINA
Cuerpo
Rotor da turbina
Indicador mecánico o electrónico Conexión
Pasaje anular
Entrada
Estator de salida
Estator de entrada
Invólucro do mecanismo
FIGURA 1
Salida
IP IPT T
CONSTRUÇÃO MEDIDORES TIPO TURBINA
IP IPT T
Termómetro de control
Toma de presión Pt100
VARIACION DE PARAMETROS DENTRO DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA
Diagrama equivalente de fluido de un medidor tipo turbina
Presión p
Conversión de energia presión energia rotacional
Curva de presión a través de un medidor turbina
Diferença de temperatura 1oC Variaçión de la temperatura del gas a través de una turbina a una velocidad de 18 m/s.
Comprimento
IP IPT T
CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA
IP IPT T
CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA (Short coupled)
IP IPT T
CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA (Closed coupled)
IP IPT T
CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE MEDIDOR TIPO TURBINA ANGULAR
IP IP IPT T T
RECTIFICADOR DE FLUJO
IP IP IPT T CURVA DE EXACTITUD DE UN MEDIDOR TIPO T TURBINA A PRESION ATMOSFÉRICA
IP IP IPT T T
EFECTO DE FLUJO HELICOIDAL EN UN MEDIDOR TIPO TURBINA
IP IP IPT T T LIMITACION DE APLICACION DEL MEDIDOR TIPO TURBINA
IP IP IPT T PRUEBAS DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA EN T DIFERENTES PRESIONES Y DESPUES DE 5 AÑOS
IP IPT T
IP IPT T
COMPRESIBILIDAD
Definición del Diccionario de la Industria del Petróleo: “Relación del volumen real del gas a una temperatura y presión dadas por el volumen del gas cuando es calculado por la Ley de los Gases Ideales.”
Z = PV / n R T
O sea:
Desvio de la Ley de los Gases Ideales o “no-idealidad de un gas.”
Z es afectada por la:
- presión - temperatura - composición del gas
IP IPT T
COMPRESIBILIDAD
Importante para una medición exacta de flujo de gas Pero, es muchas veces equivocada porque: • No es fácil de entender y calcular • Exige algún conocimento de química • Despreciable en las condiciones base • Puede representar 20% de corrección del volumen e altas presiones • Varía mucho en función de la composición • Los hidrocarburos son más compresibles que los gases inertes
IP IPT T Modelo teórico de una molécula de Metano (CH4)
H C H
H H
Gas ideal (He, Freon): colisión elástica entre las moléculas de gas Gas real: colisión no es perfectamente elástica entre las moléculas de gas debido a las fuerzas de Van der Waals (adherencia)
IP IPT T
MÉTODOS DE CÁLCULO DEL FACTOR DE COMPRESIBILIDAD Z
• Sumatoria de los segundos coeficientes viriales GPA 2172-86 y anteriores • Método alternativo de sumatoria de los términos b1/2 • NX-19 (Método AGA anterior a 1992) • AGA-8 Gross • AGA-8 Detail
IP IPT T
MÉTODO DEL AGA REPORT No. 8
Publicado en 1992, con la intención de cubrir un rango mas amplio de condiciones, y de ser mas exacto. Basado en ecuaciones iterativas de cálculo computacional Las ecuaciones para cálculo de Fpv son ecuaciones de estado basadas en mezclas complejas y conjuntos de combinaciones binarias de moléculas puras. El cálculo detallado y una combinación de la Segunda Ecuación Virial para aplicaciones de baja densidad, y funciones exponenciales para las aplicaciones de densidad mas elevada, como en las líneas de transporte de gas natural.
IP IPT T MATRIZ DE COBERTURA DEL AGA REPORT No. 8
IP IPT T AGA REPORT No. 8 Detail Method • Rango de aplicación mas amplio • Exige un análisis completo del gas
AGA REPORT No. 8 Gross Method • Rango de aplicación restringido • Permite el cálculo con datos incompletos de la calidad del gas • Permite el uso de la gravedad, calor específico o composición de metano, y concentraciones de CO2 y N2.
IP IPT T
Incertidumbre del cálculo de la AGA Report No. 8 Detail Method
IP IPT T Error de Z o Fpv versus Presión 1.20 FPV Gás rico (1239 BTU)
1.15 1.10
b Z/ 1 = v p F
1.05 FPV Gás pobre (1034 BTU)
1.00 0.95 0.90 PSIA
146.4
409.8
Fpv: antiguo factor de supercompresibilidad
673.2
936.6
1200
IP IPT T
IP IPT T
PLACA DE ORIFICIO ∆ P
P
v
D
T
d
Normas: ISO 5167 e AGA Report #3
2 1 π d =C⋅ m ⋅ ⋅ 2 ∆P ρ 4 1 − β4
d β= D
IP IPT T
Tomadas de pressão do tipo D e D/2
Tomadas de pressão do tipo corner taps
TOMAS DE PRESIÓN
Escoamento
Pressão sobre a parede interna do tubo
Tomadas de pressão do tipo flange taps
Plano da "vena contracta"
Perda de carga efetiva
IP IPT T PREFACIO El AGA Report No. 3, Part 2 suministra las exigencias de la especificación y de la instalación para la medición de fluidos Newtonianos monofásicos y homogéneos utilizando sistemas de medición con placas de orificio concéntrico con tomas de presión de tipo flange taps. El documento presenta las especificaciones para la construcción e instalación de placas de orificio, tubos de medición y conexiones asociadas. La utilización de placas con tomas de presión del tipo pipe taps está detallada en el AGA Report No. 3, Part 3.
IP IPT T REQUISITOS DE ESPECIFICACION E INSTALACION El AGA Report No. 3, Part 2, 4th edition, 2000 trae alteraciones en las tolerancias de especificaciones mecánicas en relación a las ediciones anteriores. En particular, las exigencias en cuanto a los tramos rectos de tubería fueron ampliadas. Este cambio reduce la incertidumbre atribuible a los efectos de la instalación a una magnitud menor que la de la incertidumbre del banco de datos en el cual se basa la ecuación de ReaderHarris/Gallagher (RG), por lo tanto, no deberia afectar la incertidumbre previamente definida para esta ecuación.
IP IPT T ACTUALIZACION DE INSTALACIONES YA EXISTENTES El documento no exige la actualización de instalaciones ya existentes. Entretanto, si las instalaciones de medición no fueran actualizadas, pueden ocurrir errores de medición debido al acondicionamiento inadecuado del flujo en los tramos rectos de tubería aguas arriba. La decisión sobre la actualización de las instalaciones existentes es una decisión que corresponde a las partes involucradas.
IP IPT T RELACION DE DIAMETROS β r La norma se basa en relaciones de diámetros (β r) en el rango entre 0.10 y 0.75 El uso de medidores en los extremos del rango de β r debe evitarse siempre que sea posible La incertidumbre mínima para el coeficiente de descarga Cd es conseguida con β r entre 0.2 y 0.6 y diámetros de orificios iguales o mayores que 0,45 pulgadas
IP IPT T ELEMENTO PRIMARIO El elemento primario se define como el “conjunto constituído por la placa de orifício, la porta-placa con sus tomas de presión diferencial asociadas, el tubo de medición, y el acondicionador de flujo, si es utilizado.”
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IP IPT T
IP T
Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters Transmission Measurement Committee Report No. 9
Copyright 1998 American Gas Association All Rights Reserved Operating Section American Gas Association 1515 Wilson Boulevard Arlington, Virginia 22209 Catalog No. XQ9801 June 1998
IP T
Principio de Operación
Uno o mas pares de transductores
Tránsito alternado de señal de 100 (& 200) kHz
Medición de la diferencia en el tiempo de tránsito
Cada par de transductores muestra varias veces/seg
Determinación de la velocidad del gas
Calcula el volumen a partir de la velocidad media
Transdutor es ϕ D L/2
L/2
v
IP T
Transmisión de Señal Ultra-sónica
IP T
Ecuaciones Básicas Importantes Travel Travel Time TimeEquations Equations
L tm= c−v ⋅ cos ϕ
L tj = c + v ⋅ cos ϕ
Velocity Velocity Equation 1 1 L Equation
- vˆ = 2 ⋅ cos ϕ t j tm
IP T
Ecuaciones Básicas Importantes
r v(r) = vmax 1 - R
1 n
1 ∫ ∫ S v(r) dS S = kc 1 ∫L v(r) dL L
1 v = ∫L v(r) dr L 1 V = ∫ ∫S v(r)dS S
vm = f adjust ⋅ k c ⋅ v L
La expresión mas importante !!!
π ⋅ d2 Q = vm ⋅ 4
IP T Requisitos de un Medidor Ultra-sónico
Cuerpo del medidor de alta calidad
Reloj de alta resolución
Electrónica estable
Sistema de procesamiento de señales inteligente
Resultados de pruebas y calibraciones extensivas
IP T Ejemplo de Tiempo de Tránsito Diámetro nominal del medidor= 12” Longitud típica del rayo = 0,70 m Velocidad del sonido en GN = 387 m/s
Tiempo de tránsito para velocidad cero del gas = Longitud / Velocidad del sonido = 0,70 / 387 = 0,0018 segundos
IP T
Ejemplo de Tiempo de Tránsito L = T j Tiempo de tránsito aguas arriba : c + v ⋅ cos ϕ (Velocidad del gas a 0,61 m/s ) -3 T j = ( 0,700 ) / (387 + 2 . Cos 60 ° ) = 1.8065 . 10 Sec.
Tm =
L c − v ⋅ cos ϕ
Tempo de trânsito a m
Diferença = 1,8065 ∙
IP T
Rayo Reflectivo Único (Medición para control)
IP T
Dos Rayos Reflectivos (Transferencia de custodia)
IP T
Tres Rayos Reflectivos (Transferencia de custodia)
IP T
Combinación Matricial de Cinco Rayos (Transferencia de custodia)
IP T Aplicaciones de Medidores Ultra-sónicos
Mediciones de transferencia de custodia
Plantas termoeléctricas
Balance de gasoductos
Almacenamiento subterraneo
Control de compresores
Medición offshore para pago de impuestos
IP T Ventajas del Medidor Ultra-sónico
Amplio rango de operación (> 50:1)
No causa pérdida de carga
Medición de flujo bi-direccional
Exactitud elevada
Linealidad
Exento de partes móviles, bajo mantenimiento
Aplicable a gases sucjos y con algunos líquidos
IP T Limitaciones Operacionales Típicas
Temperatura del gas: -30°C ⇒ +80°C
Presión del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 psi g)
Contenido de CO2 inferior a 20%
Temperatura ambiente: -40°C ⇒ +60°C
Nivel de H2S depende del transductor
Velocidades del gas hasta 30 m/s
IP T Requisitos Generales de Instalación
10D aguas arriba recomendado
5D aguas abajo recomendado
Acondicionador de flujo opcional
Evitar válvulas de control con dif >14 bar.
Calibración contra medidor patrón opcional
IP T
Requisitos de Desempeño de AGA #9 Leitura de zero < 12 mm/s (para cada feixe acústico) 1,6 1,4
Repetitividade±0,4% (q i < q t )
1,2 1,0
Limite expandido do erro: +1,4% (q i < q t) Limite de erro para medidores pequenos (<12”): +1,0%
0,8
Limite de erro para medidores grandes (>12”): +0,7%
0,6 0,4 0,2
] % [ orr E
0,0 -0,2
Erro max pico a pico: 0,7% (q i ≥ q t )
-0,4 -0,6
Limite de erro para medidores grandes (>12”): -0,7%
-0,8 -1,0
Repetitividade: ± 0,2% (q i ≥ q t ) q t ≤ 0,1q max
-1,2 -1,4
Limite de erro para medidores pequenos (<12”): -1,0% Limite expandido do erro: -1,4% (q i < q t)
-1,6
q min q t
q max
IP T
Requisitos de AGA 9 para medidores < 12” Error máximo: ± 1,0% ( q t ≤ q i ≤ q max ) (Ver Fig. 1) ± 1,4% ( q min ≤ q i ≤ q t ) Error máximo pico a pico: 0,7 % ( q t ≤ q i ≤ q max )(Ver Fig. 1) Repetibilidad: ± 0,2% ( q t ≤ q i ≤ q max ) ± 0,4% ( q min ≤ q i ≤ q t ) Resolución: ± 0,001 m/s Intervalo de muestreo: ≤ 1 segundo Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acústico
IP T
Requisitos de AGA 9 para medidores ≥ 12” Error máximo: ± 0,7% ( q t ≤ q i ≤ q max ) (Ver Fig. 1) ± 1,4% ( q min ≤ q i ≤ q t ) Error máximo pico a pico: 0,7 % ( q t ≤ q i ≤ q max )(Ver Fig. 1) Repetibilidad: ± 0,2% ( q t ≤ q i ≤ q max ) ± 0,4% ( q min ≤ q i ≤ q t ) Resolución: ± 0,001 m/s Intervalo de muestreo: ≤ 1 segundo Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acústico
IP T
Capacidad de los Medidores Según AGA #9
Dimens ão Nominal
3 4
QMin [ACFH ] 800 900
IP T
Calibración de un medidor de 4” 4 InchREPETITIVIDADE Meter Repeatability 1.0 0.8
çaci dni e d orr E Error (Percent)
0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 0
10
20
30
40
50
60
-0.4 -0.6 -0.8 -1.0
Velocity (fps) Velocidade [ ft/s]
70
80
90
100
IP T
Calibración de un medidor de 4” DESEMPENHO 4 Inch Meter Performance 1,0 0,8
çaci dni e d orr E Error (Percent)
0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2
0
10
20
30
40
50
60
-0,4 -0,6 -0,8 -1,0
Velocidade [ ft/s] Velocity (fps)
70
80
90
100
IP T
Calibración de diversos medidores de 8” 0.7
0.5
Percent Error
0.3
0.1
-0.1
0
10
20
30
40
50
60
70
ãçaci dni e d orr E
-0.3
-0.5
-0.7
Velocity (Feet per[ Second) Velocidad ft/s]
80
90
100
IP T
Calibración de varios medidores de 8” a 30” 0.7
0.5
Percent Error
0.3
0.1 -0.1 0
10
20
30
40
50
60
70
oãçaci dni e d orr E
-0.3
-0.5
-0.7
Velocidad [ ft/s] Velocity (Feet per Second)
80
90
100
110
