Gasser er svært påvirkelige for trykkendringer, noe som kan gjøre pålitelige målinger av vanskelig. (Foto Harald Pettersen, Statoil).
Gasser er svært påvirkelige for trykkendringer, noe som kan gjøre pålitelige målinger av vanskelig. (Foto Harald Pettersen, Statoil). (Bilde: )

Fiskale gassmålinger (2:10)

- Legg listen høyt ved design og konstruksjon av gassmålesystemer.

Rett og slett fordi fiskale-, kjøps- og salgsbaserte målestasjoner for naturgass, rikgass eller tørrgass representerer store verdier.

Om artikkelserien

Artikkelforfatter Rolf Skatvedt er en av landets autoriteter på fiskale målinger. Serien dekker følgende temaer:

  1. Naturgass, fundamentale betraktninger (forrige artikkel)
  2. Målesystemer, krav og konstruksjoner (denne artikkelen)
  3. Mengdemålere inklusivt kalibrering
  4. Sekundære målinger
  5. Instrumenter for komposisjon og kvalitetsmålinger
  6. Gasskromatografi (GC)
  7. CNG, LPG og LNG
  8. Standarder og tilhørende kalkulasjoner
  9. Datamaskinsystemer
  10. Verifisering og kvalitetskontroll

Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor Automation AS

I likhet med tilsvarende målestasjoner for råolje, er det svært viktig at usikkerheten i målingene holder seg innenfor akseptable grenser. Det hindrer uoverensstemmelser mellom berørte parter.

Innenfor én prosent

Oljedirektoratet (OD) har som representant for norske myndigheter satt krav til at fiskale- og allokeringsmålinger av naturgass normalt skal ha en nøyaktighet som er bedre enn +/- 1,0 prosent av masse (eksempelvis kg) gass som måles. Dersom kost- og nyttevurderinger tilsier det, kan målinger med redusert nøyaktighet aksepteres.

Avvik fra nøyaktighetskravet i OD sin forskrift om måling av fiskale gassmengder må godkjennes som en del av petroleumslisensen sin plansøknad om drift og utvikling (PUD).

Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om naturgass.

Trykkpåvirkelige gasser

Det å måle naturgassmengder med høy nøyaktighet, eller liten usikkerhet, er vanskeligere enn å måle petroleumsvæsker. Hovedårsaken er at gasser er svært påvirkelige for trykkendringer. Det gjenspeiler også kravene i OD sin forskrift. Men også det faktum at naturgass handler mer og mer om energi, kWh eller MJ, gjør disse målingene mer omfattende og kompliserte.

Konstruksjon og design av et fiskalt målesystem for naturgass, krever en full gjennomgang med hensyn til usikkerhet, ved maksimale og minimale strømningsrater, og hvorvidt det kreves volum-, masse- eller energiangivelser.

NORSOK er sentral

God kjennskap til operative prosessbetingelser som trykk, temperatur, komposisjon og relaterte fysiske parametere som viskositet osv., er påkrevd. I tillegg må designer og konstruktør kjenne til kravene som er fremsatt av myndigheter, og til innhold i kontrakter og avtaler knyttet til berørte parter.

For installasjoner som skal plasseres på norsk kontinentalsokkel er kjennskap til og etterlevelse av NORSOK-standarder en nødvendighet. NORSOK-standardene er per dato delt opp i 30 grupper. Det er mange standarder som er relevante for fiskale gassmålestasjoner, for eksempel administration, electrical, instrumentation, metering, SCD (system control diagram), piping og layout, material, structural og operation.

Pass på gasstilstanden

En forutsetning for at et prosjekt skal bli vellykket, er at pakkeansvarlig kjenner til standardene og at det tildeles fagressurser i forbindelse med oppfølging fra detaljert engineering til mekanisk ferdigstillelse (MC, Mechanical Completion) og commissioning (uttesting, igangkjøring og optimalisering).

Det er også svært viktig å kjenne til gasstilstanden. Gass som inneholder væske, dis, dråper eller faste partikler kan ikke måles med samme nøyaktighet som en ren gass. Gass har relativt lav varmekapasitet. Den vil lett kunne kondensere ut og danne is eller hydrater dersom den utsettes for nedkjøling. Det må tilføres mye varme for å hindre at slikt inntreffer.

Gå for redundans

Fiskale gassmålestasjoner offshore var lenge ensbetydende med differansetrykkmålinger (måleblende eller venturi). Nå er både ultralyd og Coriolis i drift (Foto Kjetil Alsvik, Statoil).
Fiskale gassmålestasjoner offshore var lenge ensbetydende med differansetrykkmålinger (måleblende eller venturi). Nå er både ultralyd og Coriolis i drift (Foto Kjetil Alsvik, Statoil).
 

Optimale løsninger kan være kostbare. Ut fra et kostnads- og nytteforhold må det noen ganger gjøres kompromisser. Det er da spesielt viktig å vurdere hensiktsmessig prosessplassering med hensyn til hva som kan skape problemer for målingen. Dyre og nøyaktige målere er altfor ofte plassert i elendige prosessomgivelser, hvilket betyr at man kunne fått samme nøyaktighet ut av en langt billigere og mer robust måler.

Redundans bør tas inn som en del av et gassmålesystem, i form av parallell målelinje og sekundære instrumenter. Det sikrer optimal tilgjenglighet eller oppetid. Nedstenging uten nøyaktige målinger kan bli en kostbar affære, det samme med lekkasjer i ventiler og brutt integritet. Bruk av ventiler med to barrierer vil kunne gi ekstra trygghet for målenøyaktighet samtidig som sikkerhet i forbindelse med service og vedlikehold kan opprettholdes på et langt høyere nivå.

Begrepet Safety Integrity Level (SIL) vil nok i større grad også få innpass i fiskale målesystemer.

Sentral kalibrering

Gass som skal måles til høyest mulig nøyaktighetsstandard må være homogen og fri for andre faser. Faste partikler med størrelse over 0,05 millimeter vil danne en sekundær fase som øker måleusikkerheten. Det gir også degradering over tid som konsekvens av materialtæring.

Nøyaktigheten til et målesystem er en funksjon av usikkerheten som ligger i kalibreringsmetoden og repeterbarheten til primærmåleren og tilhørende sekundære instrumenter. Kalibreringsmetoden som benyttes er avhengig av måler eller instrument som er valgt, men kan generelt håndteres på to måter:

  • Ved å velge måler som er konstruert i henhold til veldefinerte geometriske standarder, eksempelvis hvordan ISO 5167 beskriver konstruksjon til orifice, eller ved hjelp av en måleblende.
  • Ved at hver enkelt måler kalibreres mot et annet meter, kjent volum eller masse, som har sporbarhet tilbake til nasjonalt anerkjente standarder. Turbinmeter, ultrasoniske meter og Coriolismeter er alle eksempler på meter som bør kalibreres individuelt i de tilfeller det settes strenge krav til nøyaktighet.

Viktige vurderinger

Repeterbarheten til et meter er en kompleks funksjon bestående av kort- (endringer som funksjon av trykk, temperatur, strømningsrate, etc.) og langtidsstabilitet (slitasje, avsetninger, osv.). Korttidsstabilitet og repeterbarhet er nært knyttet til meterets egenoppførsel, mens langtidseffekten er noe som må kompenseres for gjennom frekvensen på kalibrering og inspeksjon.

Valg av mengdemåler (primærinstrument) i forbindelse med gassmålestasjoner er et svært viktig konstruksjonsvalg og krever normalt at det foretas en rekke vurderinger med hensyn til:

  • krav fremsatt av myndigheter og eventuelle kontrakter og avtaler.
  • målesystemets turn down (forholdet mellom minimale og maksimale prosesstørrelser som strømningsrate, trykk, temperatur, osv.).
  • muligheter for sporbar kalibrering og tilhørende usikkerheter.
  • gasstilstand (renhet, komposisjon, osv).
  • systemtrykkfall.
  • vekt- og plassbegrensninger.
  • krav til service, vedlikehold og eventuelle reparasjoner.
  • krav til data som skal presenteres, masse, standard volum og energi.
  • grensesnitt mot andre systemer.
  • kostnader.
  • muligheter for utvidelser, forandringer og tilleggsfunksjoner.

Ultralyd og Coriolis

Vurderingskriteriene som er angitt her, pluss eventuelle prosjektspesifikke krav, har siden naturgasseksportens spede begynnelse og frem til i dag fostret frem mange forskjellige mengdemålere til bruk i fiskale- og kjøps- og salgsbaserte målestasjoner.

I offshore-sammenheng var fiskale gassmålestasjoner svært lenge ensbetydende med differensialtrykkbaserte mengdemålere (DP), som måleblende (orifice) eller venturi. Ja, det var faktisk i mange år det eneste måleprinsippet som var godkjent i henhold til ODs forskrifter. Etter at OD i de senere år åpnet for andre måleprinsipper, ser vi nye, intelligente måleprinsipper gjøre sin inntreden, først og fremst i form av ultralydbaserte mengdemålere, men også Coriolis-kraftbaserte målere.

Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om mekanisk mengdemålere.

Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om ultralyd mengdemåling.

Les også: Automatiserings innsiktartikkel om ultralyd for fiskalmålinger.

Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om Coriolis mengdemåling.

Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om Coriolis for fiskalmålinger.

Turbin- og fortrengningsmålere

I landbaserte miljøer er trenden i stor grad som i offshoreindustrien. Men på land har det vært, og er, mange målestasjoner som baserer seg på turbinmeter eller fortrengningsmålere.

Fortrengningsmålere eller PD-meter av belgtype er fremdeles de mest brukte målerne for å måle forbruket av naturgass hos den enkelte husstand rundt omkring i verden. Men på samme måte som våre inntaksmålere for elektrisk energi er under forandring, ser vi også nye måleløsninger for naturgass til det enkelte hjem eller bedrift.

Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om turbinmålere.

Må ha internasjonal standard

Uavhengig hvilken mengdemåler som velges i forbindelse med fiskale- eller kjøps- og salgsmålinger, er det viktig at det eksisterer en internasjonalt akseptert standard for gitt måleprinsipp, eksempelvis slik ISO 5167 er for orifce og venturi-rør, samt ISO 17089-2 er for ultrasoniske gassmetere i industrielle applikasjoner.

I neste artikkel skal vi se nærmere på de forskjellige mengdemålerne som vi normalt finner i forbindelse med fiskale naturgassmålestasjoner, og på hvordan kalibrering av disse håndteres.

Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om naturgass.