天然ガス流量測定: メーターを実際の動作条件に適合させる

寒い朝のスタート時に、どちらが正しいか誰もが同意する前に、ボイラー ハウスに 2 つの異なるガスの合計が表示されることがあります。公共料金メーターは、標準条件で供給されるエネルギーを報告します。プラントのサブメーターは、ライン圧力での実際の立方メートルを報告します。数字は必ずしも間違っているわけではありません。彼らはさまざまな質問に答えています。天然ガス流量測定は、購入仕様が、報告する必要がある量、報告する必要がある条件、誤った測定値の影響ではなく、メーターのタイプから始まる場合に高価になります。

実際的な結論は単純です。天然ガス流量測定をパイプ上のボックスとしてではなく、システムとして指定します。必要なレポートの基礎から始めて、圧力、温度、組成、ターンダウン、設置、検証、ライフサイクル サポートを定義します。その後、差圧、タービン、熱質量、渦、渦巻き、コリオリ、超音波、回転変位、または可変面積技術の中から選択します。あるサービスでは優れたメーターでも、データシートが似ていても、別のサービスではメンテナンス上の問題が発生する可能性があります。

この記事では、試運転、監査、および実際の運用の最初の冬を乗り切る方法でその決定を下す方法について説明します。精度が高いと自動的に優れた主張がなされるわけではありません。設置後に残る測定の不確実性に焦点を当て、補正、校正、摩耗が考慮されます。

報告する必要がある数量から始める

天然ガスは圧縮性があるため、基準条件が固定されるまでは、体積測定値は単一の意味を持ちません。メーターは 16 バール、摂氏 35 度で実際の体積流量を測定できますが、料金請求システムには摂氏 0 度、101.325 kPa での標準立方メートル、またはメガジュール単位のエネルギーが必要です。化学物質の消費、燃料混合、または圧縮天然ガスの場合は、質量流量の方が良い選択となる場合があります。エネルギーは、管理権移転の契約上の根拠となる可能性があります。これらは、互換性のあるレポートの選択肢ではありません。

テクノロジーを比較する前に、最小流量、通常流量、最大流量、設計流量またはアプセット流量の 4 つの数値を書き留めます。次に、フルスケールだけでなく、各点で必要な不確かさを記述します。多くの調達紛争は、メーターが最大流量では正確であるが、パージ、始動、または低負荷運転中には読み取れないために始まります。多くの場合、その範囲はプロジェクト チームが当初予想していたよりも広いです。

報告根拠はデータシートと注文書に記載する必要があります。そうしないと、メーターのサプライヤー、制御システム インテグレーター、および請求グループが異なる仮定を使用する可能性があります。固定組成用に構成されたフロー コンピュータは、試運転時には完全に正しくても、6 か月後にガス源が変わると静かに誤る可能性があります。

なぜ天然ガスには慎重な仮定が必要なのか

天然ガスは、一定の密度をもつ単一の流体ではありません。パイプラインガスには、主成分としてメタンが含まれ、エタン、プロパン、ブタン、窒素、二酸化炭素、および微量の重質炭化水素が含まれる場合があります。正確な混合は、圧縮率、密度、粘度、音速、発熱量に影響します。二酸化炭素または窒素の含有量が変化すると、圧力と温度が安定している場合でも補正係数が変化する可能性があります。

密度が低いと、気体は多くの液体よりも速度プロファイルや運動量の影響を受けやすくなります。低圧では、体積が大きくなり、パイプ速度が速くなる可能性があります。高圧では、ガスの密度は高くなりますが、依然として圧縮可能です。水道管では些細な圧力降下が、大型のガス本管では実際のエネルギーコストになる可能性があります。標準体積補正は単純な線形経験則ではなく絶対温度に関連付けられているため、小さな温度誤差も問題になる可能性があります。

不純物は新たなリスク層を生み出します。凝縮水、コンプレッサーオイル、ほこり、パイプスケールは、熱センサーをコーティングしたり、タービンローターを詰まらせたり、コリオリ管の振動を変化させたりする可能性があります。往復コンプレッサーからの脈動は、渦および差圧信号を乱す可能性があります。実験室ではクリーンなメーターでも、現場では異なる設置、濾過戦略、または検証間隔が必要になる場合があります。

実用的な選択シーケンス

最も信頼できる選択順序は、問題を商業的要件から物理的な設置まで削減することです。この順序により、最初に優先メーターが選択され、その後プロセス データが調整されるというよくある故障モードが防止されます。

1. 契約上の数量または操作上の数量を定義します。つまり、実際の体積、標準体積、質量、またはエネルギーです。
2. 始動およびパージ条件を含む、最小、通常、最大、および異常流量の完全な動作マップをリストします。
3. トランスミッタに対する過渡状態や周囲の影響を含む、圧力と温度の範囲を確認します。
4. 代表的なガス組成を取得し、固定分析、定期分析、またはオンライン分析が必要かどうかを決定します。
5. 一般的な精度パーセンテージだけでなく、必要な不確実性と再現性を設定します。
6. 配管レイアウト、直線配管、バルブ、エルボ、フィルター、脈動源、利用可能なメンテナンス アクセスを確認します。
7. 圧力損失、ターンダウン、可動部品、校正間隔、および予想寿命にわたるスペア部品戦略を比較します。
8. 検証の定義: 工場校正証明書、サイトゼロチェック、証明、比較、または定期的な実験室再校正。

このシーケンスにより、プロジェクトでカタログ番号ではなくエンジニアリング サポートが必要な場所も明らかになります。 VNER は自社のアプローチを、社内での校正とプロジェクト実施の経験を活かした、液体、ガス、およびスラリー業務のエンジニアリング主導のサイジングと選択であると説明しています。この種のサポートは、データシートに広範囲のターンダウン、変化する組成、または変更できない配管レイアウトが含まれている場合に重要です。詳細については、同社のウェブサイトをご覧ください。 ページについて .

メーターテクノロジーとそれが適合する場所

すべてのサービスに勝てる単一の天然ガス流量測定技術はありません。役に立つ質問は、「どのメーターが最適ですか?」ということではありません。しかし、「工学的に取り除くことができない条件に最もよく耐えられる測定原理はどれでしょうか?」以下のメモは、産業用ガス サービスで最もよく検討されるテクノロジーを比較しています。

差圧計とオリフィス計

差圧計、特にオリフィス プレートは、シンプルでよく理解され、AGA 3 や ISO 5167 などの長年の標準によってサポートされているため、高圧ガスでは依然として一般的です。差圧計はパイプ内に可動部品がなく、高温と高圧に耐え、メーター本体全体を取り外さずに検査できます。トレードオフは、永続的な圧力損失、差圧と流量の平方根の関係、および多くの速度計よりも狭い実用的なターンダウンです。設置は正しい直進距離、オリフィスの状態、トランスミッターの精度に大きく依存します。大規模なラインや保管搬送ステーションの場合、オリフィス プレートは独立したアイテムではなく、慎重に設計された測定パッケージの一部であることがよくあります。

ガスタービンメーター

タービンメーターは速度装置です。ガスはローターを回転させ、ローターの速度は実際の体積流量に関係します。クリーンな乾燥ガスにおいて優れた再現性と高速応答を実現し、商業用および工業用の計量に広く使用されています。それらの弱点は機械的なものです。ベアリングが摩耗し、汚れによってローターの応答が変化し、速度超過や脈動によって寿命が短くなる可能性があります。渦流によって測定値が偏る可能性があるため、上流の流れの調整は重要です。ガスがきれいで、圧力が安定しており、範囲がそれほど広くない場合、タービン メーターが有力な選択肢となります。

LWQシリーズ ガスタービン流量計 クリーンな乾燥ガス用の高精度タービンメーター。流れの整流、温度/圧力補償、低圧力損失、商用および産業用計量における優れた再現性を備えています。 製品を見る→

回転正圧変位計

回転変位計は既知の量のガスを捕捉し、サイクルをカウントします。これらは容積式デバイスであるため、実際の体積を直接測定し、一部の速度計よりも低い流量でも優れた性能を発揮します。これらは、ガスがクリーンでラインサイズが中程度の流通および産業用サブメーターで一般的です。機械的クリアランスにより汚れや凝縮水の影響を受けやすくなり、メーターが摩耗したり汚れたりすると圧力損失が上昇します。これらは、汚れたガス、湿ったガス、または頻繁に過負荷が発生するサービスには第一の選択肢ではありません。

熱式質量流量計

熱質量計は、加熱センサーと基準センサーを使用して、熱伝達から質量流量を推測します。低ガス流量に優れ、圧力損失が少なく太い配管に挿入できるため、燃焼用空気、排ガス、曝気、サブメタリングなどによく使用されます。それらの精度は、校正中に使用されるガスの特性によって異なります。組成が大幅に変化した場合、1 つの天然ガス混合物に対して校正された熱計は、補正係数または新しい校正が必要になる場合があります。質量を報告するという理由だけで、それらは自動的に「組成に依存しない」わけではありません。

ボルテックスメーターとスワールメーター

渦メーターは断崖体の背後に交互の渦を作成し、放出頻度は速度に比例します。可動部品がなく、適度に高い圧力と温度に耐え、多くのガス、蒸気、液体サービスで適切に動作します。スワールメーターは、異なる内部形状を使用して歳差運動渦を生成し、良好なターンダウンと低メンテナンス性を備えたコンパクトな代替手段を提供します。どちらの原理もレイノルズ数と流量プロファイルに依存するため、低流量性能と設置条件を注意深く確認する必要があります。脈動と振動は、コンプレッサーステーションやレシプロ機器エリアでは共通の敵です。

コリオリ質量流量計

コリオリ計は、振動管のねじれや位相シフトを検出することで質量流量を直接測定します。また、ガス組成が変化した場合に価値のある密度も得られます。これらは、適切なサービスで高精度と幅広いターンダウンを実現しますが、一般に小さいラインサイズに限定され、インライン速度計よりも圧力損失が高くなります。これらは、圧縮天然ガス、燃料混合、および質量や密度が主な要件となる用途によく使用されます。非常に大規模な低圧ガス本管では、経済的な選択肢となることはほとんどありません。

超音波メーター

超音波ガスメーターは、1 つ以上の音響経路に沿った通過時間の差を測定します。流れプロファイルが適切に調整されている場合、大規模なパイプラインで低い圧力損失、幅広いターンダウン、優れたパフォーマンスを実現します。多相ガスや湿ったガスは信号を劣化させる可能性があるため、音響経路は予想される圧力、温度、ガス組成に合わせて設計する必要があります。これらは、大規模なメーターステーションの設置コストがテクノロジーを正当化できる、高額の保管転送および伝送アプリケーションでよく使用されます。

面積可変メーターとその他の選択肢

面積可変メーターは回転計と呼ばれることが多く、手頃なコストで簡単なローカル表示を提供します。これらは、パージ フロー、バーナー トレイン、ユーティリティ ステーションには便利ですが、保管場所の転送や高精度のレポートにはほとんど適していません。その他の選択肢には、小規模消費者向けサービス用のダイヤフラム メーターや、圧力、温度、バルブ位置から流量を計算する専用のフロー コンピューターまたは仮想測定システムなどがあります。これらの方法は傾向監視には役立ちますが、請求や安全インターロックに使用する前に、その不確実性を理解する必要があります。

圧力、温度、基準条件

容積計は、契約書に記載されているガスではなく、目の前にあるガスを測定します。実際の体積を標準体積に変換するには、絶対圧力、絶対温度、および圧縮率が必要です。よくある間違いは、計算にゲージ圧力を直接使用することです。もう 1 つは、現場の高度や天候によって現地の絶対気圧が変化する場合に、大気圧が固定されていると仮定することです。高圧ガスの場合、圧力伝送器の小さな誤差でも目に見える請求額の差が生じる可能性があります。

補正方法は必要な不確かさに一致する必要があります。ガスが大気圧に近く、組成が安定している公共用サブメーターには、単純な理想ガス補正で十分な場合があります。通常、保管転送ステーションには、AGA 8 などの認知された方法、適切に設定されたフロー コンピューター、および組成更新のための文書化された手順が必要です。温度および圧力トランスミッターは、独自の校正と設置のレビューが必要です。ドリフト送信機を備えた完璧なメーターは、依然としてドリフト測定です。

一部のアプリケーションでは、統合されたアプローチからメリットが得られます。 SA80TTP などの温度圧力補償型スワール メーターは、流量検出と補償をコンパクトなパッケージで組み合わせています。これにより、別個の送信機とフローコンピュータを取り付けるのが面倒なスキッドや改造を簡素化できます。基準条件や構成基準について合意する必要性がなくなるわけではありませんが、現場での配線や構成のリスクを軽減できます。

SA80T-TP 温度・圧力補償型旋回流量計 蒸気、圧縮ガス、エネルギー計測のための統合された温度と圧力の補償。スキッドやレトロフィットの設置を簡素化しながら、質量と標準体積流量を計算します。 製品を見る→

組成、エネルギー含有量、および保管転送

測定が商用手段となるため、保管移管はリスクを高めます。契約では、標準条件、発熱量の基準、許容される不確実性、および検証方法を定義する場合があります。オリフィス計測の AGA 3、タービン計測の AGA 7、超音波計測の AGA 9 などの規格はフレームワークを提供しますが、ステーションを設計するものではありません。設置者は、直進運転、流量調整、送信機の校正、ガス組成、およびデータ記録に対処する必要があります。

エネルギー測定は発熱量の入力を追加します。その入力は、実験室分析、契約上の不履行、またはオンライン ガスクロマトグラフから得られる可能性があります。固定発熱量は、ガス組成が合意された範囲内にある場合にのみ許容されます。複数のガス源がパイプラインに入る場合、その組成は時間帯や季節によって変化する可能性があります。フローコンピュータには、構成を更新し、更新が発生したときを記録するための明確な手順が必要です。

圧縮天然ガスは特殊なケースです。高圧で保管され、多くの場合バッチで分配され、車両燃料または工業用原料として使用される場合があります。質量ベースの測定は、基準条件の引数の一部を回避し、在庫の直接数量を提供するため、魅力的です。 CNG サービス用に設計されたコリオリ メーターは、コンパクトなパッケージで質量と密度を測定できますが、設置者は圧力降下、脈動、ガスの品質を管理する必要があります。 VNER は、石油とガス、石油化学、ポリシリコン、電力、水の用途を業界の重点分野として挙げています。これは、同じメーター ファミリでもプロジェクト間で非常に異なる現場条件に直面する可能性があることを思い出させます。を見てください 業界ページ より広範なアプリケーションマップに対応します。

設置効果も測定の一部

流量計は配管システム内のセンサーであり、独立した機器ではありません。エルボ、ティー、減速機、制御バルブ、およびコンプレッサーは、はるか下流に伝わる可能性のある渦巻きと非対称性を生成します。通常の直接的な推奨事項は出発点であり、保証するものではありません。異なる平面にある 2 つの 90 度エルボは、測定された中心線距離が許容範囲内であるように見えても、1 つのエルボよりも悪いプロファイルを生成する可能性があります。フローコンディショナーは役立ちますが、圧力損失が増加するため、メーターで選択する必要があります。

脈動は、天然ガス システムにおけるもう 1 つの一般的な問題です。往復コンプレッサー、往復ポンプ、および高速作動バルブは、流量計が流量変動として解釈する周期的な信号を与える可能性があります。渦メーターが間違った周波数に固定されたり、差圧トランスミッターがノイズの多い測定値を表示したり、タービンローターが疲労したりする可能性があります。脈動の研究、減衰器、または別のメーター位置は、後から信号フィルタリングを追加するよりも効果的である可能性があります。

サイジング、ターンダウン、オーバーレンジのコスト

ネームプレートの最大サイズではなく、動作マップ全体のサイズです。範囲の上限で設計流量の 100% を読み取るように選択されたメーターは、通常の動作中は信頼できる範囲外になる可能性があります。逆のエラーも発生します。通常の流量用に選択されたメーターが起動時に範囲を超えて、飽和または機械的ストレスが発生する可能性があります。正しいアプローチは、最小点、正常点、最大点、およびアップセット点を、メーターの公表されている限界値および校正で使用されるレイノルズ数の仮定と照らし合わせてチェックすることです。

ターンダウンの声明は注意深く読む必要があります。 10:1 という比率は、実験室の校正範囲、指定された精度帯域、または機械的な限界を指す場合があります。プロジェクトと同じ圧力と温度では適用されない場合があります。差圧計の場合、平方根の関係は、ローエンドがトランスミッターのゼロ点と差圧分解能に特に敏感であることを意味します。タービンメーターの場合、ローエンドはベアリングの摩擦によって制限される場合があります。温度計の場合、ローエンドは優れているかもしれませんが、ハイエンドはセンサーの冷却や電子機器によって制限される可能性があります。

簡単なチェックは、予想される稼働時間を流量に対してプロットすることです。プラントが年間のほとんどを設計流量の 25% で稼働している場合、メーターは設計ケースだけでなく、その地域に合わせて最適化する必要があります。ラインがパージまたは始動サージも通過する必要がある場合、メーターは永久的な損傷を与えることなく耐えられる必要があります。この場合、カタログの比較よりもサプライヤーのアプリケーション エンジニアとの会話の方が価値があります。

校正、検証、ライフサイクルのリスク

すべての測定値がずれたり、ずれたり、経年変化したりします。調達の問題は、検証が必要かどうかではなく、検証がどのように行われるか、検証中に生産に何が起こるかということです。工場出荷時の校正証明書はベースラインを確立しますが、取り付けられたメーターが正しいことを証明するものではありません。設置の影響、送信機のゼロ点、導圧線の誤差、およびガス組成はすべて、メーター本体を変更せずに現場の結果を変える可能性があります。

重要なサービスの場合は、追跡可能な校正方法、校正装置の不確かさ、および校正が実行された条件を問い合わせてください。メーターが所定の位置にあることを確認できるか、バイパスが利用できるか、ラインを切断せずにメーターを取り外せるかどうかを尋ねます。可動部品を備えたメーターの場合は、予想される摩耗限界と推奨されるスペアパーツについて問い合わせてください。電子メーターの場合は、診断、信号品質、構成データのバックアップ手順について問い合わせてください。

VNER は、社内校正と認定された品質プロセスを採用しており、その施設には 3 つの工場があり、約 150 人の技術チームがいると述べています。これらの事実はサプライヤーのレビューに役立ちますが、プロジェクトの必要な文書、トレーサビリティ、および第三者検査の要件と一致させる必要があります。有能な工場は、明確な校正仕様に代わるものではありません。

誤用を防ぐデータシートと調達の詳細

ほとんどの誤適用は、データシートのフィールドが欠落しているか、曖昧であることが原因であると考えられます。メーターの供給者はそのギャップを仮定で埋める可能性があり、購入者は試運転するまで気付かない可能性があります。次のフィールドは、注文書が発行される前に 2 回目のレビューを受ける必要があります。

調達では、電源、出力信号、通信プロトコル、エンクロージャの定格、危険区域の分類、材料証明書、文書言語などのインターフェースの詳細も確認する必要があります。これらの項目は測定原理の中核ではありませんが、メーターを再加工せずに統合、検査、保守できるかどうかを決定します。技術的に適切なメーターが間違ったフランジの穴あけや互換性のない出力カードとともに到着しても、プロジェクトの遅延は依然として発生します。

天然ガス流量測定におけるよくある間違い

いくつかの間違いは、さまざまな規模のプロジェクトで繰り返し発生します。彼らはエキゾチックではありません。これらは、プロセス データ、機器の選択、およびサイトの実行の間の通常のギャップです。

• レポートの根拠と必要な不確実性を定義する前に、価格に基づいてメーターを選択します。
• 最大流量のみを考慮したサイジングであり、プラントが実際に動作する低流量領域は無視されます。
• 「天然ガス」を密度や発熱量が一定の固定流体として扱う。
• 標準体積補正では絶対圧ではなくゲージ圧を使用します。
• 熱質量計が組成変化の影響を受けないと仮定します。
• メーターの購入価格が安かったため、大型ガス本管の恒久的な圧力損失は無視しました。
• ライン製作済みのため、直進不足の配管レイアウトを承認。
• 脈動や振動が渦、タービン、差圧計に影響を与える可能性があることを忘れてください。
• 検証、証明、データ記録に同意せずに保管転送メーターを購入する。
• ハンドオーバー時に、構成の更新、アラーム制限、構成バックアップが未定義のままになります。

それぞれの間違いには、完成したデータシート、配管のレビュー、構成範囲、検証計画など、低コストで防止する方法があります。高価なバージョンは、ラインが加圧された後、市販の測定値がすでに使用されているため、ギャップを発見しています。

適切な測定の決定とはどのようなものであるか

天然ガス流量測定の適切な決定については、1 つの段落で説明できます。チームは、どの量を、どの基準条件で、どの流量範囲で、どのガス組成で、どのような不確実性で報告する必要があるかを知っています。配管レイアウト、圧力損失、脈動、メンテナンスアクセスなどを確認しました。単にカタログの精度数値を満たすだけではなく、条件に耐えられるテクノロジーを選択しました。また、試運転後にメーターがどのように校正、検証、サポートされるかについても定義されています。

このアプローチでは、通常、注文書の内容がそれほど劇的ではなくなり、業務がより予測可能になります。差圧ステーションは、依然として高圧本管にとって正しい答えである可能性があります。クリーンなガスと安定した範囲を実現するには、タービン メーターが現実的な選択肢となる可能性があります。渦流計または渦流計は、コンパクトなスキッドを簡素化することができます。熱質量計は、低流量サブメータリングに最適である可能性があります。コリオリ計は、CNG の質量と密度を測定する最もクリーンな方法と考えられます。テクノロジーは任務とともに変化します。意思決定プロセスではそうすべきではありません。

天然ガス流量測定は最終的には一連の仮定であり、すべてのリンクが可視化されていなければなりません。報告の根拠、構成、設置、補償、検証を書き留めると、メーターの選択がより客観的になります。結果は、単に画面上の読み取り値ではなく、運営、財務、パイプラインの向こう側にいる顧客に対して防御できる数値になります。