Analisis de las normas AGA 3, 7, 8 E 9 en español
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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
[ %
]