Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor Automation AS
De vanligste sekundære målingene er differensialtrykk, statisk trykk, temperatur og densitet.
Tre eller fire målinger
Differensialtrykkbaserte mengdemålere som eksempelvis måleblende (orifice), venturi og pitorør er avhengig av alle disse fire sekundærmålingene dersom kilogram eller volum ved standard betingelser skal rapporteres, mens ultrasoniske og Coriolis-baserte mengdemålere klarer seg uten differansetrykk i målingen.
Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om naturgass
Påvirker målenøyaktigheten
Nøyaktigheten knyttet til kvantifisering av sekundære målestørrelser er i stor grad med på å bestemme den totale målenøyaktigheten. Det kom fram i de grunnleggende matematiske sammenhengene vi presenterte i foregående artikkel.
Feilaktig installasjon er som regel årsaken til feil eller unøyaktige målinger. Tilkoplingsrørene (impulsrørene) fra tykkavtappingspunkter til trykkmåler (differanse eller statisk) bør være så korte som mulig. De bør også være lagt med en helning slik at eventuell utkondensert væske faller tilbake i strømningsrøret.
Pass på plugger
Gass har svært liten varmekapasitet. Den vil derfor raskt nedkjøles til omgivelsestemperaturen dersom impulsrørene ikke er isolert eller får tilført varme, eksempelvis i form av varmekabel (heat tracing).
Installasjon i en temperaturkontrollert kasse eller kapsling kan være løsningen, men man bør være oppmerksom på at dårlig isolering eller for høy varmetilførsel i verste fall kan føre til at installasjonen blir en hydrat- eller væskeplugg med tilhørende feilmåling. Det gjelder spesielt krav til maksimal omgivelsestemperatur om ATEX-sertifisering skal opprettholdes, eller for å unngå at trykkmålingen svinger i takt med inn- og utkopling av varmelementet.
Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om design av gassmålesystemer
Vitalt referansetrykk
Husk også på at et ventiltre i forkant av trykkmålere bør være installert i den temperaturkontrollerte kapslingen for å minimalisere feileffekter.
I forbindelse med statisk trykkmåling er det også viktig å forsikre seg om at korrekt referansetrykk benyttes, vakuum (a = absolutt) eller atmosfære (g for gauge eller atmosfære). Normalt vil absolutt relatert trykk være det som benyttes i påfølgende gassberegninger.
Dynamisk densitet
PTZ-baserte (Pressure, Temperature, Compressibility) korreksjoner og kalkulasjoner benyttes i stor grad innenfor nøyaktige gassmålinger. Det skyldes at omregninger av densitet ved en gitt tilstand (bestemt temperatur og trykk) til en annen, vil påvirkes av temperatur- og trykkmålingene, og følgelig ha innvirkning på sluttresultatets nøyaktighet.
Temperatur- og trykkmålinger vil også være påkrevd dersom variasjoner i disse forårsaker geometriske dimensjonsforandringer, eksempelvis forandringer i åpningsdiameteren til den gitte mengdemåleren (arealendring kan påvirke hastigheten).
Platina RTD
Elektrisk resistansbaserte termometre (RTD), i henhold til eksempelvis standarden EN 60751, er mest vanlig til måling av temperatur. Den foretrukne transducer eller sensor er av platina, og har en elektrisk resistansverdi på 100 ohm (Ω) ved temperaturen 0 °C, samt 38,5 ohm forandring pr 100 °C.
Sensorer med toleranse klasse A (+/- 0,06 Ω ved 100 Ω) bør foreskrives dersom temperaturmålingen skal benyttes i forbindelse med PTZ-kalkulasjoner (se over), mens klasse B normalt er tilstrekkelig for målinger som skal benyttes til geometriske justeringer.
Les også: Automatiserings innsiktsartikkel om primærmålere for fiskale gassmåling
Trenger temperaturlomme
Kalibrering av PT100-sensorene skal være sporbare til nasjonale standarder og sertifisert av produsenten hva gjelder polynomkoeffisientene R, A, B og C. Temperatursensor må installeres i en passende lomme (termobrønn) for inspeksjon og verifikasjon. I forbindelse med skifte av temperaturelement eller sensor, er det viktig at koeffisientene oppdateres i eksempelvis Callendar-van Dusen-likningen, som dersom den er implementert i transmitter eller strømningscomputer.
Plassering av termobrønn, avstand mellom sensor og vegg, samt ledningsvæske som skal benyttes i brønn, må følge retningslinjene i valgt standard.
Trenger sporbarhet
Termobrønnen må ikke installeres nærmere den valgte mengdemåleren enn hva som er spesifisert i dens standard. Eliminering av resistans i tilkoplingsledninger mellom sensor og elektronikkenhet ivaretas hvis man velger et element med tre eller fire tilkoplingsledninger. Resistans til temperaturkonverteringen, som gjøres i elektronikkenheten, må verifiseres av en sporbar presisjonsresistans (motstand).
Måling av densitet i forbindelse med gassmålesystemer vil normalt måtte gjøres ut fra hensyn som:
- beregning av standard volummengde basert på volummengde målt ved operasjons- eller linjebetingelser.
- beregning av massemengde basert på volummengde og densitet målt ved operasjons- eller linjebetingelser.
- kvalitetsbestemmelse i form av eksempelvis relativ densitet, Wobbe index, osv.
Online densitetsmåler
Differensialtrykkbaserte mengdemålere har behov for at mediets densitet ved linjebetingelser blir målt eller kalkulert for å kunne rapportere strømningsrater i henholdsvis volum eller masse.
Gassdensitet ved linjebetingelser kan bestemmes på forskjellige måter, men det vanligste er å benytte en kontinuerlig online densitetsmåler, eller å kalkulere densiteten ut fra gasskomposisjon og PTZ-beregninger.
Viktig montasje
Kontinuerlig måling av densitet kan gjøres på forskjellige måter. Vibrerende elementsensorer har vært vanligst å benytte i forbindelse med fiskale gassmålesystemer i Europa. Denne type gassdensitetsmåler er i stand til å måle gassdensiteten med en usikkerhet lavere enn 0,2 prosent dersom måleren er installert korrekt og det gjøres korreksjoner med hensyn til temperatur og trykk.
Det er viktig at densitetsmåleren monteres korrekt med hensyn til oppstrøms- og nedstrømslengder som er fri for obstruksjoner. Generelt vil kontinuerlige densitetsmålere benyttes ved høye gasstrykk og i de tilfeller gassen nærmer seg kritisk punkt. Det vil si at PTZ-kalkulasjoner i disse tilfellene gir et større usikkerhetsbidrag til densitetsberegningen.
Duggpunktsproblematikk
Kontinuerlige densitetsmålinger bør ikke brukes der gassen er nær duggpunktet eller dersom den er skitten, da væskedråper og faste partikler vil degradere målenøyaktigheten.
Densitetsmålere kalibreres mot diverse rene gasser som eksempelvis nitrogen eller en sertifisert gass med lik komposisjon til den vi finner i normal operasjonstilstand.
Good Vibrations
Vibrerende sensor- og elementbaserte densitetsmålere baserer seg på en sylinder eller en streng som er plassert i gassen og som gjennom sin delaktighet i en oscillatorkrets svinger med en frekvens opprettholdt av en elektronikkrets. Naturlig svingefrekvens avtar som funksjon av at gassdensiteten øker.
Densitet kalkuleres ut fra kalibreringskurven og tilhørende polynomkoeffisienter som ble etablert under kalibreringen. Kalibrering av vibrerende sensorbaserte densitetsmålere blir påvirket av variasjoner i temperatur og lydens forplantningshastighet (Velocity Of Sound, VOC) i gitt gass.
Driftsavvik i temperatur- og gassammensetning, i forhold til hva som var tilfelle under kalibrering, kan være signifikant fordi det normalt benyttes ren nitrogen eller argon ved kalibrering.
Kalkulasjonsusikkerhet
Når kontinuerlig måling av densitet ved linjebetingelser ikke er å anbefale, kan linjedensiteten beregnes ved PTZ-kalkulasjoner og oppgitt densitet ved referanse- eller standardbetingelser. Det er imidlertid viktig å være klar over at usikkerheten i PTZ-kalkulasjonen er knyttet til usikkerhetene relatert til angitt trykk, temperatur, gasskomposisjon og kompressibilitetsberegning (normalt håndtert i henhold til AGA 8 standarden).
Densitet er følsom for forandringer i trykk og temperatur grunnet det faktum at gassdensiteten er proporsjonal med absolutt trykk og temperatur. Eksempelvis:
- Ved 100 bars trykk vil densiteten forandre seg med 0,1 prosent per 100 mbar forandring.
- Ved normal omgivelsestemperatur (20 °C) vil densiteten forandre seg med 0,3 prosent per celsius grad forandring.
Går for redundans
Ut fra innholdet i denne artikkelen og det faktum at instrumenter i dag ofte er billige i innkjøp og drift i forhold til hva måleusikkerheter representerer i produktverdi, installeres det i dag ofte to instrumenter av hver type, hvorpå disse overvåkes seg i mellom hva gjelder måleverdiavvik. Dette prinsippet kaller vi tilstandsbasert vedlikehold (TBV).
