CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS INHERENTES A LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN Y REGULA CIÓN EDR’S PRM’S Y CITY GATES
Presenta ció n 6 Medi do res d e Gas Natu ral
Ing. Nels on Yañez
CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS INHERENTES A LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN Y REGULA CIÓN EDR’S PRM’ S Y CITY GATES
Tipos de medidores Características y aplicaciones Normativas de la AGA y API Mantenimiento de medidores
Diversidad de Medidores Gas
Medición de Gas N atural Rangos de apl icación a consejables para diversos
1
2
Medidores Domiciliarios
5
10
2
5
100 2
5
1000 2
5
tipos de medi dores
10000 2
5
100000
2
5
10000002
Qmax/ Qmin= 50 Pmax.= 200 mBar A diafragma de baja presión
Qmax/Qmin=50 Pmax.= 200 mBar
A diafragma de alta presión
Qmax/Qmin=50 Pmax= 7 Bar
Medidores de lóbulos rotativos
Qmax/Qmin= 50
Turbinas
QmaxQmin=3
Qmax/Qmin=10 en baja presión Qmax/Qmin=50 en alta presión
Placas de orificio
Qmax/Qmin=60
Ultrasónicos
Diversidad de Medidores Gas
AGA Report nº 3 Orifi ce Meteri ng of Natu ral Ga s and Other Re lated Hydrocarbon Fluids
AGA Report nº 7 Measure ment of Gas by Turbine M eters
AGA Report nº 8 Comp ressibil ity Facto rs of Natur al Gas and Othe r Related Hydro carbo n Gases
AGA Report nº 9 Measurement of Ga s by Mult ip ath Ultr asoni c meter
CAMPO DE APLICACION
Medid ores ti po tur bina axia les
Regul a la medición de ga s en lo s s igu iente s aspectos:
Construcción
Instalación
Operación
Prácticas de calibr ació n
os dde e cálculo yMétod másico gas p ara determinación d e flu jo vo lum étri co
Medidor de Turbinas para Gas
La Turbina Deduce el Fluj o m idi endo la Velocidad del R otor
CONSTRUCCIÓN COMPONENTES DEL MEDIDOR TIPO TURBINA
Cuerpo
Rotor de turbina
Indic ador mecánico o electrónico
Conexión
Pasaje anular Entrada
Estator de entrada
Mecanismo Carcaza y cono de cola
Estator de salida
Salida
Medidor de Turbinas para Líquidos
Imán
Botones de Material Magnético Buje
Rotor c on Aro
Bobina Captadora
Preamplificador Entrada
Salida
150 mV
0- 5V
CONSTRUÇÃO MEDIDORES TIPO TURBINA
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
Conversión de energia Presión p
presión energia rotacional
Curva de presión a través de un medidor turbina
Diferencia de temperatura 1oC Variación de la temperatura del gas a través de una turbina a una velocidad de 18 m/s.
Longitud
CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA
CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA (Shor t c oup led)
CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA (Clo sed cou pl ed)
CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE MEDIDOR TIPO TURBINA ANGULAR
RECTIFICADOR DE FL UJO
CURVA DE EXACTITUD DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA A PRESION ATMOSFÉRICA
EFECTO DE FLUJO HELICOIDAL EN UN MEDIDOR TIPO TURBINA
LIMITACION DE APLICACION DEL MEDIDOR TIPO TURBINA
PRUEBA S DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA EN DIFERENTES PRESIONES Y DESPUES DE 5 AÑOS
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 - composi ción del gas
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
Mod elo teór ic o d e una mol écul a 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)
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 b 1/2 • NX-19 (Método AGA anterior a 1992) • AGA-8 Gross • AGA-8 Detail
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.
MATRIZ DE COBERTURA DEL AGA REPORT No. 8
AGA REPORT No. 8 Detail Method • Rango de aplicación mas amplio • Exige un análisis completo del gas
AGA REPORT No. 8 Gro ss Meth od • 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.
Incertid umbr e del cálcu lo de la AGA Repo rt No. 8 Detail Method
Error de Z o Fpv versus Presión 1.20 FPV Gás rico
1.15
(1239 BTU)
1.10
b Z / 1 = 1.05 v p F
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
PLACA DE ORIFICIO
P
P
v
D
T
d
Normas: ISO 5167 e AGA Report #3
2 d C m 4
1 1 4
2
P
β
d D
Tomadas de pressão do tipo D e D/2
Tomadas de pressão do tipo corner taps
TOMAS DE PRESIÓN
Escoamento
Pressão sobre a
Tomadas de pressão do tipo flange taps
Plano da "vena contracta"
parede interna do tubo Perda de carga efetiva
Placas de Orificio
Lo s Dis po sitiv os basados en Placas Orificio el Fluj o m idi endo la CaídaDeducen de Presi ón generada en la Restricción
Dispositivos basados en Venturis
Venturis
Toberas
Lo s Dispo sitivo s b asado s en Ventu ris / Toberas Deducen el Flu jo m id iend o la Caída de Presi ón generada en la Restricción
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 concé ntrico con tomas de presión de tipo fl ang e 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.
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 ReaderHarris/Gallagher (RG), porse lo basa tanto,lanoecuación deberia de afectar la incertidumbre previamente definida para esta ecuación.
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 corr espo nde a las pa rtes invo lucr adas .
RELACION DE DIAMETROS r
La norma se basa en relaciones de diámetros (r) en el rango entre 0.10 y 0.75 El uso de medidores en los extremos del rango de r debe evitarse siempre que sea posible
La incertidumbre mínima para el coeficiente de descarga Cd es conseguida con r entre 0.2 y 0.6 y diámetros de orificios iguales o mayores que 0,45 pulgadas
ELEMENTO PRIMARIO El elemento primario se define como el “conjunto constituído por la placa de orifício , la porta-placa con sus tom as de pre sió n diferencial asociadas, el tubo de medición , y el acondic ionador de flujo , si es utilizado.”
Measurement of Gas by Multi path U ltrason ic Meters Transmission Measurement Committee Repo rt No. 9
Copyright
199 8 American Gas Ass ociation All Rights Reserved Operating Section Am eri can Gas Assoc iation 1515 Wilson Boulevard Arli ngto n, Virg in ia 22209 Catalog No. XQ9801 June 1998
Pri nc ip io de O pera ci ón
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 tra nsductores muestra varias veces/seg Determinación de la velocidad del gas
Calcula el volumen a partir de la velocidad media
Transdutores
Transmisión de Señal Ultra-sónica
Medidores Ultrasónicos para Gas
Ti
Tr
El Medi do r Ultrasónico Deduce el Flu jo m id iend o el Tiemp o de Tráns ito del Son id o entre do s Trans du ctor es
Ecu aci on es Básic as Impor tantes Travel T im e Equati on s
tm =
L c v cos
L tj = c + v cos
Velo ci ty Equ ati on
vˆ =
L 2 cos
1 - 1 t j t m
Ecu aci ones Básic as Impor tantes
r v(r) = vmax 1 -
R
1 n
1 S v(r) dS S kc = 1 L v(r) dL L
v=
1 L v(r) dr L
1 V= S
S v(r)dS
vm = f adjust k c v L
La expr esió n m as i mpo rtante !!! d2 Q = vm 4
Requi sit os de un Medid or Ultra- són ico
Cuerpo del medidor de alta calidad
Reloj de alta resolución
Electrónica estable
Sistema de procesamiento de señales inteligente
Resultados de pruebas y calibraciones extensivas
Ejemp lo de Tiemp o de Tráns it o Diámetro nominal de l medidor= 12” Longitud típica del rayo = 0,70m Velocida d de l sonido e n GN = 387 m/s
Tiempo de tránsit o p ara ve loc id ad c ero d el g as = Lon git ud / Veloc ida d del sonid o = 0,70 / 387 = 0,0018 segundos
Ejemp lo de Tiemp o de Tráns it o
L
Tiempo de trá nsito a guas arriba :
Tj
(Veloci dad del gas a 0,61 m/s ) T j = ( 0,700 ) / (387 + 2 Cos 60
) = 1.8065 . 10 -3 Sec.
.
Tempo de trâ nsit o a mo ntante :
Tm =
c
v cos
L c v cos -3
Tm = (0,700) / (387 – 2 · Cos 60 ) = 1,8093 · 10 Sec.
Dif eren ça = 1,8065 · 10 -3 – 1,8093*10-3 = 2,753 · 10-6 s !
Rayo Refl ect iv o Úni co (Medición para control)
Dos Rayo s Refl ect iv os (Transferencia de custodia)
Tres Ra yo s Refl ect iv os (Transferencia de custodia)
Com bi nación Matri ci al de Cin co Rayo s (Transferencia de custodia)
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
Vent ajas del Me di do r Ultr a-só ni co
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
Lim itacio nes Ope racion ales Tí pi cas
+80°C
Temperatura del gas: -30°C
Presión del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 psi g)
Contenido de CO2 inferior a 20%
Temperatura ambiente: -40°C
Nivel de H2S depende del transductor
Velocidades del gas hasta 30 m/s
+60°C
Requ is it os Generale s de Ins talació n
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
Requ is it os de Desemp eño d e 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 de erro para medidores pequenos (<12”): +1,0%
0,8
Limite de erro para medidores grandes (>12”): +0,7%
0,6
] % [ o rr E
Limite expandido do erro: +1,4% (q i < q t)
0,4 0,2 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 -1,2
Repetitividade: ± 0,2% (q i ≥ q t )
-1,4
Limite de erro para medidores pequenos (<12”): -1,0% Limite expandido do erro: -1,4% (q i < q t)
q t ≤ 0,1q max
-1,6
q min q t
q max
Requi sit os de AGA 9 para me did ores < 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:
Resolución:
Intervalo de muestreo:
Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acústico
0,2% ( q t q i q max ) 0,4% ( q min q i q t )
0,001 m/s 1 segundo
Requ is it os de AGA 9 para medido res
Error máximo:
0,7% ( q t q i q max )
12”
(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:
Resolución:
Intervalo de muestreo:
Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acústico
0,2% ( q t q i q max ) 0,4% ( q min q i q t )
0,001 m/s 1 segundo
Capaci dad d e los Medi do res Se gú n AGA #9
Dimensão Nominal
3 4 6 8 10 12* 12 16 20 24 30 36
800 900 000 200 000 500 000 000 000
1 500 2 000 3 000 3 500 4 000 5 000 5 500 8 000 12 000
18 500 32 000 72 000 125 000 200 000 250 000 280 000 450 000 700 000
Fundo de escala [ACFH] 24 000 40 000 90 000 150 000 240 000 360 000 360 000 562 500 900 000
10 000 15 000 20 000
17 000 25 000 35 000
1 000 000 1 600 000 2 300 000
1 200 000 2 000 000 2 812 500
QMin [ACFH]
1 1 2 2 3 5 7
Qt [ACFH]
QMax [ACFH]
Faix a de operação 12.3 / 23.2 16.0 / 35.6 24.0 / 72.0 35.7 / 104.2 50.0 / 100.0 50.0 / 100.0 50.9 / 93.3 56.3 / 90.0 58.3 / 100.0 58.9 / 100.0 64.0 / 106.7 67.7 / 115.0
Cali br aci ón d e un m edi dor de 4” 4 Inch Meter Re peatabi li ty REPETITIVIDADE 1.0 0.8
] % 0.6 [ n)t 0.4 ión ce 0.2 ac c ire dP 0.0 in( 0 ero -0.2 dr rr -0.4 E rro E -0.6
10
20
30
40
50
60
70
-0.8 -1.0
Vel ociidty (fps) Veloc ade [ ft /s]
80
90
100
Cali br aci ón d e un m edi dor de 4” 4 Inch Meter Perfo rm anc e DESEMPEÑO 1.0 0.8
] % 0.6 [ ) t 0.4 n n ó ie cc 0.2 a r c ie 0.0 d P ( 0 In r -0.2 e o r d rrE -0.4 rro E -0.6
10
20
30
40
50
60
70
-0.8 -1.0
Vel oci ty (fps Veloc id ade [ ft /s])
80
90
100
Cali bració n de diverso s medid or es de 8” 0.7
0.5
] 0.3 % r[ o rn ro0.1 í E tc a n c e i c rd-0.1 e in P e d-0.3 r o rr
0
10
20
30
40
50
60
70
E-0.5 -0.7
Velo Veloci ci ty (Feet Seco nd ) dadper [ ft/s]
80
90
100
Cali br aci ón d e varios medido res de 8” a 30” 0.7
0.5
] %0.3 [ rn o rió r 0.1 c E a tc i n 0 e d cn -0.1 ri e e P d r -0.3 o rr E
10
20
30
40
50
60
70
-0.5
-0.7
Velo cit y (Feetad p er[ fSeco Velocid t/s] nd )
80
90
100
110
CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE MEDIDOR TIPO CORIOLIS
CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE MEDIDOR TIPO CORIOLIS MINIMIZANDO CAIDA DE PRESIÓN
Medidor Másico de Efecto Coriolis Gas
El Medi dor Mási co Deduce la Masa del Flu id o m id iend o l as Fue rzas Cor io li s gene rada s en sus Tubos vibr atorios
Medidor Másico de Efecto Coriolis Liquidos
Másico de Efecto Coriolis
El Medido r Másico Deduce la Masa del Flui do mid iendo las F uerzas Cor io li s gene radas en su s Tub os v ib rator io s
Medidor Másico de Efecto Coriolis Líquidos
Salidas A y B en fase d litu p m A
Tiempo
Sin Flujo
Salida A d u lit p m A
Salida B Tiempo
Con Flujo
Medidor Másico de Efecto Coriolis Líquidos
VENTAJAS ••Lecturas Directas Prov ee otMásicas ras Variabl es •Bajo Ma ntenim iento
DESVENTAJAS •Requ iere T y P para vo lu men s td . •Alta Caída de Presión •Límitado Flujo Má xi mo •Sens ibl e a Gas / Aire en l a Línea •Sens ib le a la Forma de Ins talació n •Preci si ón y Re peti bi li dad Vari abl es •Baja in erc ia / Cero in est abl e
Másico de Efecto Coriolis
Desplazamiento Positivo Gas
El Medidor de DP mid e el Vol um en Directamente
con tando las Revoluciones del Rot or
CURSO DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS INHERENTES A LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN Y REGULACIÓN EDR’S PRM’S Y CITY GATES
Presentación 6 Medidores de Liquidos
Ing. Nels on Yañez
Diversidad de Medidores Líquidos
Medidor de Turbinas para Líquidos Tabla de Aplicación DP / Turbinas 1,000 e s i o p ti n e C : ) ( d a d i s o c is V
300 100
Turb ina Helic oidal Considerada
30
Turb ina Helic oidal Mejor
DP Mejor
10 3 1
Turbina Convencional Considerada
0.3 0.1 DP Cons iderado
Turb ina Convenci onal Mejor
<0.1
3
10
30
100
300
1,000
3,000
Flujo (Q) : Galones por Minuto
10,000 30,000
100,000
Medidor de Turbinas para Líquidos
La Turbina Deduce el Fluj o m idi endo la Velo cidad d el Rotor
Medidor de Turbinas para Líquidos Bajas V isc osi dades
Vmax
Flujo Turbulento
Q = Vavg x A si A permane ce cons tante
Q
Vavg
Vavg
o tipo “ Tapón” (Re > 10,000) Mayor es Visc osi dades
Vmax Flujo Laminar (Re < 4,000)
Vavg
si Vf = Vavg
2214 x Fl uj o (BPH)
Q
Vrotor
Re = Diámetro x V isc osi dad (in) (cSt)
Medidor de Turbinas para Líquidos
Turbina Convencional Cos to Inici al •VENTAJAS •Bajo Ma nt eni mi ento •Maneja Al tos Flu jo s
DESVENTAJAS - Maneja Bajas V isc osi dades - Sensi ble aCali Cambi os nes de VFrecuente isc osi dads Requ iere bracio - Requi ere Fluj o Turb ulento - Requie re Acondi cionadore s de Flujo - Requi ere Contr apresión Mí nim a
Medidor de Turbinas para Líquidos
Turbina Helicoidal
VENTAJAS
•Maneja V is co si dades Me d. •Maneja Al tos Flu jo s •Mecanis mo Interno en
Carcaza Doble •Bajo Ma nt eni mi ent o
DESVENTAJAS •Las Mis mas de otr as Tur bi nas •Meno r Reso lu ci ón •Más Cos to sa qu e la Tur bi na C .
Medidor de Turbinas para Líquidos
Turbina Convencional vs. Helicoidal
Desplazamiento Positivo Liquidos
Líquidos
El Medidor de DP mid e el Vol um en Directamente
con tando las Revoluciones del Rot or
Desplazamiento Positivo Liquidos
Álabe
Recorrido de los Álabes
Leva
Cámara de Medición Carcaza del Medidor Rodamiento del Álabe Rotor
Líquido
Bloque
Desplazamiento Positivo Liquidos
Desplazamiento
Deslizamiento • Típi cament e para un fl ui do de 2 cP, el 99,7% del pr od uc to es deplaza do y el 0,3 % se “ desli za” • Por arr iba de 20 cP, pract ic amente
todo el pr odu cto es deplaz ado y nada se “ desliza ”
Desplazamiento Positivo Liquidos
VENTAJAS •Imm un e a cambi os d e Vis co si dad •Ext remadame nte Est abl e •Baja Ca ída de P resi ón •Maneja Altas / Med. Vis co sid ades •Opera si n Alim ent aci ón Ext erna
DESVENTAJAS •Cos to Inici al •Much as Part es Móvi les •Sensi ble a “ Bols as” de Gas / Air e
