ANALISIS Y UTILIZACIÓN DE REPORTES ANALISIS Y UTILIZACIÓN DE REPORTES AGA APLICABLES A LA MEDICIÓN DE AGA APLICABLES A LA MEDICIÓN DE

GAS NATURALGAS NATURAL

1ª JORNADA TÉCNICA INTERNACIONAL EN 1ª JORNADA TÉCNICA INTERNACIONAL EN MEDICION DE FLUJO DE GASMEDICION DE FLUJO DE GAS

AGA Report nº 3 Orifice Metering of Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Fluids

AGA Report nº 7Measurement of Gas by Turbine Meters

AGA Report nº 8 Compressibility Factors of Natural Gas and OtherRelated Hydrocarbon Gases

AGA Report nº 9Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic meter

IPTIPTCAMPO 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

CONSTRUÇÃO

COMPONENTES DEL MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPT

Cuerpo

FIGURA 1

SalidaEntradaEstator de

entradaEstator

de salida

Pasaje anular

Rotor da turbina

Conexión

Invólucro do mecanismo

Indicador mecánico o electrónico

CONSTRUÇÃO

MEDIDORES TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPT

VARIACION DE PARAMETROS DENTRO DE

UN MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPT

Curva de presión a través de un medidor turbina

Presión p

Conversión de energia presión energia rotacional

Diagrama equivalente de fluido de un medidor tipo turbina

Toma de presión

Termómetro de control

Comprimento

Pt100

Diferença de temperatura 1oC

Variaçión de la temperatura del gas a través de una turbina a una velocidad de 18 m/s.

CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPT

CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA

(Short coupled)

IPTIPTIPTIPT

CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA

(Closed coupled)

IPTIPTIPTIPT

CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE MEDIDOR TIPO TURBINA ANGULAR

IPTIPTIPTIPT

IPTIPT RECTIFICADOR DE FLUJO

IPTIPTIPTIPT

IPTIPT CURVA DE EXACTITUD DE UN MEDIDOR TIPO

TURBINA A PRESION ATMOSFÉRICA

IPTIPTIPTIPT

IPTIPT EFECTO DE FLUJO HELICOIDAL EN UN

MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPT

IPTIPT

LIMITACION DE APLICACION DEL MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPT

IPTIPT PRUEBAS DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA EN

DIFERENTES PRESIONES Y DESPUES DE 5 AÑOS

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT 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.”

O sea: Z = PV / n R T

Desvio de la Ley de los Gases Ideales o “no-idealidad de un gas.”

Z es afectada por la: - presión

- temperatura

- composición del gas

IPTIPTIPTIPT

Importante para una medición exacta de flujo de gas

COMPRESIBILIDAD

• 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

Pero, es muchas veces equivocada porque:

IPTIPTIPTIPT

Modelo teórico de una molécula de Metano (CH4)

H

HH

HC

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)

IPTIPTIPTIPT

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

IPTIPTIPTIPTMÉTODO DEL AGA REPORT No. 8

Publicado en 1992, con la intención de cubrir un rango mas amplio de condiciones, y de ser mas exacto.

Las ecuaciones para cálculo de Fpv son ecuaciones de estado basadas en mezclas complejas y conjuntos de combinaciones binarias de moléculas puras.

Basado en ecuaciones iterativas de cálculo computacional

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.

IPTIPTIPTIPT

MATRIZ DE COBERTURA DEL AGA REPORT No. 8

IPTIPTIPTIPT

AGA REPORT No. 8 Detail Method

AGA REPORT No. 8 Gross Method

• Rango de aplicación mas amplio

• Permite el cálculo con datos incompletos de la calidad del gas

• Rango de aplicación restringido

• Permite el uso de la gravedad, calor específico o composición de metano, y concentraciones de CO2 y N2.

• Exige un análisis completo del gas

IPTIPTIPTIPT

Incertidumbre del cálculo de la AGA Report No. 8 Detail Method

IPTIPTIPTIPT

Error de Z o Fpv versus Presión

Fpv

= 1

/Zb

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

PSIA 146.4 409.8 673.2 936.6

FPV Gás rico (1239 BTU)

FPV Gás pobre (1034 BTU)

1200

Fpv: antiguo factor de supercompresibilidad

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

P d Cm 21

14

24

Normas: ISO 5167 e AGA Report #3

P T

D

dβ

PLACA DE ORIFICIO

v D d

P

IPTIPTIPTIPT

Escoamento

Tomadas de pressão dotipo corner taps

Tomadas de pressão dotipo D e D/2

Tomadas depressão do tipo

flange tapsPressãosobre aparedeinternado tubo

Perda de cargaefetiva

Plano da "venacontracta"

TOMAS DE PRESIÓN

IPTIPTIPTIPT

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.

PREFACIO

IPTIPTIPTIPT

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 Reader-Harris/Gallagher (RG), por lo tanto, no deberia afectar la incertidumbre previamente definida para esta ecuación.

REQUISITOS DE ESPECIFICACION E INSTALACION

IPTIPTIPTIPT

El documento no exige la actualización de instalaciones ya existentes.

La decisión sobre la actualización de las instalaciones existentes es una decisión que corresponde a las partes involucradas.

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.

ACTUALIZACION DE INSTALACIONES YA EXISTENTES

IPTIPTIPTIPT

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

RELACION DE DIAMETROS r

IPTIPTIPTIPT

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.”

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPT

IPTIPTM e a s u r e m e n t o f G a s b y

M u l t i p a t h U l t r a s o n i c M e t e r s

T r a n s m i s s i o n M e a s u r e m e n t C o m m i t t e eR e p o r t N o . 9

C o p y r i g h t 1 9 9 8 A m e r i c a n G a s A s s o c i a t i o nA l l R i g h t s R e s e r v e d

O p e r a t i n g S e c t i o nA m e r i c a n G a s A s s o c i a t i o n

1 5 1 5 W i l s o n B o u l e v a r dA r l i n g t o n , V i r g i n i a 2 2 2 0 9

C a t a l o g N o . X Q 9 8 0 1

J u n e 1 9 9 8

IPTIPTPrincipio de Operación

Uno o mas pares de transductoresUno o mas pares de transductores Tránsito alternado de señal de 100 (& 200) kHzTránsito alternado de señal de 100 (& 200) kHz Medición de la diferencia en el tiempo de tránsitoMedición de la diferencia en el tiempo de tránsito Cada par de transductores muestra varias veces/segCada par de transductores muestra varias veces/seg Determinación de la velocidad del gasDeterminación de la velocidad del gas Calcula el volumen a partir de la velocidad mediaCalcula el volumen a partir de la velocidad media

Transdutores

DL/2 L/2

v

IPTIPTTransmisión de Señal Ultra-sónica

IPTIPT

cosv +c

L = t j

t

1 -

t

1

cos 2

L = v̂

mj

Travel Time EquationsTravel Time Equations

Velocity EquationVelocity Equation

cosvc

L=tm

Ecuaciones Básicas Importantes

IPTIPT

R

r - 1v = v(r)

n

1

max

dr v(r) L

1 = v L

v(r)dS S

1 =V S

dL v(r) L1

dS v(r) S1

= k

L

S

c

4d

v = Q2

m

v = f k vm adjust c L

La expresión mas importante !!!La expresión mas importante !!!

Ecuaciones Básicas Importantes

IPTIPT

Requisitos de un Medidor Ultra-sónico

Cuerpo del medidor de alta calidadCuerpo del medidor de alta calidad

Reloj de alta resoluciónReloj de alta resolución

Electrónica estableElectrónica estable

Sistema de procesamiento de señales inteligenteSistema de procesamiento de señales inteligente

Resultados de pruebas y calibraciones extensivasResultados de pruebas y calibraciones extensivas

IPTIPT

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

IPTIPT

Tempo de trânsito a montante: cosv c

L =Tm

Tm = (0,700) / (387 – 2 ∙ Cos 60 ) = 1,8093 ∙ 10-3 Sec.

Diferença = 1,8065 ∙ 10-3 – 1,8093*10-3 = 2,753 ∙ 10-6 s !

Ejemplo de Tiempo de Tránsito

Tiempo de tránsito aguas arriba : cosvcLT j

(Velocidad del gas a 0,61 m/s ) T j = ( 0,700 ) / (387 + 2 . Cos 60 ) = 1.8065 . 10 -3 Sec.

IPTIPTRayo Reflectivo Único

(Medición para control)(Medición para control)

IPTIPTDos Rayos Reflectivos

(Transferencia de custodia)(Transferencia de custodia)

IPTIPTTres Rayos Reflectivos

(Transferencia de custodia)(Transferencia de custodia)

IPTIPTCombinación Matricial de Cinco Rayos

(Transferencia de custodia)(Transferencia de custodia)

IPTIPT

Aplicaciones de Medidores Ultra-sónicos

Mediciones de transferencia de custodiaMediciones de transferencia de custodia

Plantas termoeléctricasPlantas termoeléctricas

Balance de gasoductosBalance de gasoductos

Almacenamiento subterraneoAlmacenamiento subterraneo

Control de compresoresControl de compresores

Medición Medición offshoreoffshore para pago de impuestos para pago de impuestos

IPTIPT

Ventajas del Medidor Ultra-sónico

Amplio rango de operación (> 50:1)Amplio rango de operación (> 50:1)

No causa pérdida de cargaNo causa pérdida de carga

Medición de flujo bi-direccionalMedición de flujo bi-direccional

Exactitud elevadaExactitud elevada

LinealidadLinealidad

Exento de partes móviles, bajo mantenimientoExento de partes móviles, bajo mantenimiento

Aplicable a gases sucjos y con algunos líquidosAplicable a gases sucjos y con algunos líquidos

IPTIPT

Limitaciones Operacionales Típicas

Temperatura del gas: -30°C Temperatura del gas: -30°C +80°C +80°C

Presión del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 psi g)Presión del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 psi g)

Contenido de COContenido de CO22 inferior a 20% inferior a 20%

Temperatura ambiente: -40°C Temperatura ambiente: -40°C +60°C +60°C

Nivel de HNivel de H22S depende del transductorS depende del transductor

Velocidades del gas hasta 30 m/sVelocidades del gas hasta 30 m/s

IPTIPT

Requisitos Generales de Instalación

10D aguas arriba recomendado10D aguas arriba recomendado

5D aguas abajo recomendado5D aguas abajo recomendado

Acondicionador de flujo opcional Acondicionador de flujo opcional

Evitar válvulas de control con dif >14 bar.Evitar válvulas de control con dif >14 bar.

Calibración contra medidor patrón opcionalCalibración contra medidor patrón opcional

IPTIPT Requisitos de Desempeño de AGA #9

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

-1,2

-1,4

-1,6

q min q t q max

Err

o [

%]

Repetitividade±0,4% (q i < q t )

Repetitividade: ± 0,2% (q i ≥ q t )

q t ≤ 0,1q max

Erro max pico a pico: 0,7% (q i ≥ q t )

Leitura de zero < 12 mm/s (para cada feixe acústico)

Limite expandido do erro: +1,4% (q i < q t)

Limite de erro para medidores pequenos (<12”): +1,0%

Limite de erro para medidores grandes (>12”): +0,7%

Limite de erro para medidores grandes (>12”): -0,7%

Limite de erro para medidores pequenos (<12”): -1,0%

Limite expandido do erro: -1,4% (q i < q t)

IPTIPTRequisitos de AGA 9 para medidores < 12”

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

Error máximo: 1,0% ( q t q i q max )

1,4% ( q min q i q t ) (Ver Fig. 1)

Error máximo pico a pico: 0,7 % ( q t q i q max ) (Ver Fig. 1)

IPTIPTRequisitos de AGA 9 para medidores 12”

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

Error máximo: 0,7% ( q t q i q max )

1,4% ( q min q i q t ) (Ver Fig. 1)

Error máximo pico a pico: 0,7 % ( q t q i q max ) (Ver Fig. 1)

IPTIPTCapacidad de los Medidores Según AGA #9

Dimensão Nominal

QMin [ACFH]

Qt [ACFH]

QMax [ACFH]

Fundo de escala [ACFH]

Faixa de operação

3 800 1 500 18 500 24 000 12.3 / 23.2 4 900 2 000 32 000 40 000 16.0 / 35.6 6 1 000 3 000 72 000 90 000 24.0 / 72.0 8 1 200 3 500 125 000 150 000 35.7 / 104.2 10 2 000 4 000 200 000 240 000 50.0 / 100.0 12* 2 500 5 000 250 000 360 000 50.0 / 100.0 12 3 000 5 500 280 000 360 000 50.9 / 93.3 16 5 000 8 000 450 000 562 500 56.3 / 90.0 20 7 000 12 000 700 000 900 000 58.3 / 100.0 24 10 000 17 000 1 000 000 1 200 000 58.9 / 100.0 30 15 000 25 000 1 600 000 2 000 000 64.0 / 106.7 36 20 000 35 000 2 300 000 2 812 500 67.7 / 115.0

IPTIPTCalibración de un medidor de 4”

4 Inch Meter Repeatability

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocity (fps)

Err

or

(Pe

rce

nt)

Velocidade [ ft/s]

Err

o d

e in

dic

ação

[ %

]

REPETITIVIDADE

IPTIPTCalibración de un medidor de 4”

4 Inch Meter Performance

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocity (fps)

Err

or

(Pe

rce

nt)

Err

o d

e in

dic

ação

[ %

]

Velocidade [ ft/s]

DESEMPENHO

IPTIPT

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

0.7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocity (Feet per Second)

Per

cen

t E

rro

r

Velocidad [ ft/s]

Err

o d

e in

dic

ação

[ %

]Calibración de diversos medidores de 8”

IPTIPTCalibración de varios medidores de 8” a 30”

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

0.7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Velocity (Feet per Second)

Per

cen

t E

rro

r

Velocidad [ ft/s]

Err

o d

e in

dic

ação

[ %

]