Det er nødvendig å måle komposisjon av gasser og kvalitetsrelaterte parametere for å bestemme energimengden i gasser, her fra Kårstø.
Det er nødvendig å måle komposisjon av gasser og kvalitetsrelaterte parametere for å bestemme energimengden i gasser, her fra Kårstø.

Fiskale gassmålinger (5:10)

Komposisjons- og kvalitetsmålinger for fiskale gassmålinger

Fiskale målestasjoner for naturgass er knyttet til måling av mengde og kvalitetsrelaterte størrelser.

Om artikkelserien

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

  1. Naturgass, fundamentale betraktninger
  2. Målesystemer, krav og konstruksjoner
  3. Mengdemålere inklusivt kalibrering
  4. Sekundære målinger (forrige artikkel)
  5. Instrumenter for komposisjon og kvalitetsmålinger (denne artikkelen)
  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

Det er behov for instrumenter som kan rapportere komposisjon og andre kvalitetsrelaterte parametere som eksempelvis GCV (Gross Calorific Value), Wobbe-index, hydrokarbonduggpunkt, vannduggpunkt, fuktighet, hydrogensulfid, totalt svovelinnhold, karbondioksid, oksygen, etc.

Flerfoldige parametere

Det er en forutsetning, for korrekt rapporterte verdier, at:

  1. analyseinstrumentene som benyttes er velegnet for sine oppgaver.
  2. har sporbare kalibreringssertifikater.
  3. har et prøvehåndteringssystem som sikrer at representative prøver overføres fra prøvepunkt til analysator på en slik måte at analysatoren er i stand til å håndtere prøven på en god måte.

Viktig prøvepunkt

Prøvene som trekkes gjennom prøvebehandlingssystemet kan enten analyseres direkte, det vil si gjøres online, eller de kan samles opp i sylindere som senere bringes til et laboratorium for diverse analyser, hvilket vi da kaller offline-analyser.

I alle tilfeller er det å anbefale at det tas flere prøver for dermed å få et mer nøyaktig resultat, men også som en sikkerhet for eventuelle tap av prøver.

Prøvepunkt må velges med omhu for å sikre at prøven som trekkes virkelig er representativ for det prosessmediet som skal analyseres. Normalt bør selve prøvepunktet være et sted mellom en tredel og en halv diameter inn i strømningsrøret. Her er hastigheten normalt størst, og fri væske har best mulighet for å konvertere til aerosoler, det vil si forstøvet væske som løses opp i gassen. Gode prøvepunkter kan også være nedstrøms restriksjoner og reguleringsventiler av type plugg eller sete.

Pass på prøvetransporten

Transportlinjen mellom prøvepunkt og analysator eller prøvebeholder bør være så kort som mulig og med en diameter skalert slik at strømningshastigheten til prøven er høy nok til å hindre kondensering. Transportlinjer kortere enn 30 cm og med diameter mindre enn 6 mm burde kunne håndtere dette, men isolering og tilførsel av varme kan i mange tilfeller være nødvendig.

Rustfri- eller syrefast stål vil normalt være materiale å velge for sømløs tube, ventiler, etc., men dersom gassen innholder sporstoffer som hydrogensulfid (H2S) må det velges mer sofistikerte løsninger.

Vannutskiller

Dersom det er spesielt viktig med tørre gassprøver bør det installeres en vannutskiller (coalescer) mellom prøvepunkt og analysator eller beholder. Separatoren må følge de samme kravene til materialvalg som systemet for øvrig og må også ha en trykk-klasse som håndterer gjeldende trykk. Et sintret filter kan også være påkrevd dersom det ikke ønskes faste partikler frem til analysator eller beholder.

Riktig trykk-klasse

Dersom prøven skal i en beholder for senere analyse på et laboratorium er det viktig at beholder eller sylinder som skal huse prøven sammen med tilhørende ventiler, etc. har riktig trykk-klasse og at det regelmessig testes med trykk minimum halvannen ganger høyere enn gjeldende arbeidstrykk. Endeplugger eller andre lekkasjebeskyttende elementer bør monteres etter at prøveoppsamlingen er ferdigstilt, for at kravet til lekkasjefri transport skal være oppfylt.

Når det gjelder selve prøvetakingen kan den enten være manuell eller automatisk.

Manuell naturgassprøve foretrekkes normalt å tas inn på evakuerte sylindere, og må gjøres i en operasjon for å hindre væskeutskilling. Alternativt kan sylinderen være trykksatt til atmosfærens trykk med en inertgass, eksempelvis helium.

Strømningsproporsjonale prøvetakere

Prøvetaking av gass fra en rørledning som kontinuerlig transporterer gass med varierende strømningsrate og komposisjon eller kvalitet, gjøres best med automatiske prøvetakere som er strømningsproporsjonale. Teknikken baserer seg på at små faste prøvestørrelser tas proporsjonalt med strømningen, eksempelvis blir det tatt en prøve hver gang det har passert 100 kg.

Mengden som tilsvarer at en prøve skal tas beregnes ut fra hvor mye som skal fylles i sylinderen og forventet mengde som skal transporteres over en gitt tid, eksempelvis én dag eller én måned.

Automatiske prøvetakere kan deles i to kategorier:

  1. De som krever en sløyfe med høy hastighet (fast loop) og hvor prøver hentes ut gjennom omdirigering.
  2. De som tar en kopp eller grabb direkte fra rørledning eller prøvesløyfen.

Gasskromatograf i sving

 

En representativ prøve som enten er plassert i en beholder eller sylinder eller som har kommet direkte inn i en gitt analysator skal så analyseres med hensyn til komposisjon eller andre kvalitetsparametere.

En gasskromatograf, normalt kalt GC, er en analysator som gir oss konsentrasjon til de forskjellige gasskomponentene som vår gass inneholder, og dette sammen med internasjonale standarder gir oss muligheten til å kalkulere frem de fleste aktuelle kvalitetsstørrelser knyttet til fiskale- og CO2-avgiftsbelagte naturgassmålinger.

Kalorimeter

GC er med andre ord en særdeles viktig analysator og med bakgrunn i dette vil hele den neste artikkelen i denne serien omhandle oppbygging og håndtering av en prosess-GC for naturgass. Imidlertid er det av forskjellige årsaker slik at også andre analysatorer benyttes til måling av kvalitetsparametere.

Et kalorimeter er eksempelvis en analysator som prinsipielt brenner en gitt mengde gass og som funksjon av dette kan man måle gassens brennverdi eller energiinnhold uttrykt i kcal, MJ, kWh, BTU eller andre enheter.

Energiinnhold

Energi er det som skaper vekst her i verden og følgelig er energimengde i de aller fleste tilfeller den optimale handelsenhet, for eksempel kjøp og salg av naturgass, på samme måte som med elektrisk strøm.

Energiinnholdet i en Sm3 eller kg gass vil variere når det kommer til komposisjon og konsentrasjon, og følgelig er dette en viktig målestørrelse i forbindelse med kjøp og salg av naturgass.

Wobbe-index

Wobbe-index er en størrelse som karakteriserer gass som brennes, eksempelvis i gassturbiner og er gitt av følgende matematiske sammenheng:

W = Hsr/Roten av Gr

hvor H = Gross (superior) kalori verdi og G = relativ densitet ved referansebetingelser.

Wobbe-indeks kan måles av dedikerte instrumenter eller analysatorer, men kan også beregnes dersom brennverdi og relativ densitet måles hver for seg.

Duggpunktet

Angivelse av korrekt duggpunkt (hydrokarbon eller vann) og fuktighet (moisture) er viktig i forbindelse med naturgass som skal transporteres gjennom rørledninger. Årsaken er at væske som skilles ut kan gi økende korrosjon og føre til slug eller støtvis strømning.

Duggpunkt er den temperaturen hvor væske oppløst i gassform transformeres til væske, mens fuktighetsmåling angir mengde væske oppløst i gassen. Ved hjelp av nomogrammer eller matematiske formler kan en duggpunktstemperatur gjøres om til fuktighetsinnhold, eksempelvis kg/ MSm eller vice versa. Krav i forbindelse med naturgasstransport kan eksempelvis være at vanninnholdet skal være lavere enn 40 kg per million standard kubikkmeter.

Trykk- og temperaturavhengig

Det er ellers verdt å merke seg at duggpunktet vil variere med trykk og omgivelsestemperatur, da faseovergangspunktet fra gass til væske er avhengig av både trykk og temperatur.

På markedet finnes det i dag et stort antall produkter basert på forskjellig teknologi som alle har sine fordeler og ulemper. Samme hvilken produsent eller teknikk som velges er det imidlertid viktig at det etableres rutiner med hensyn til sporbar kalibrering.

Sure saker

Deteksjon og måling av ”sure” gasskomponenter i naturgass som eksporteres for salg er viktig da maksimale konsentrasjoner av hydrogensulfid (HS) og svovelkomponenter normalt er spesifisert i kommersielle kontrakter og nasjonale regelverk.

Typiske maksimalverdier for gass som transporteres i rørledning er 3 ppm volumandel HS og 30 ppm volumandel totalt innhold av svovelkomponenter. Svovelkomponenter er i noen tilfeller tilført gassen for at mennesker skal detektere gasslekkasjer med luktesansen.

Svært giftig

De fleste svovelkomponenter som opptrer i naturgass er over en gitt konsentrasjon svært giftige, spesielt gjelder dette hydrogensulfid som allerede ved 10 ppm volum andel i luft vil utgjøre en helsefare for personell som kontinuerlig eksponeres for dette.

Handtering og måling av H2S krever stor sikkerhetsoppmerksomhet. Det finnes i dag mange måleprinsipper for svovelkomponenter og HS. Hvilke som er best vil det alltid være meninger om, men at de alle krever kompetent personell med hensyn til optimal drift er hevet over enhver tvil.