Det er vitalt at beregninger av naturgass følger samme standarder eller blir konvertert på riktig måte.
Det er vitalt at beregninger av naturgass følger samme standarder eller blir konvertert på riktig måte.

Fiskale gassmålinger (8:10)

Slik beregnes verdien av fiskale gassmålinger

Vi setter standarder og tilhørende kalkulasjoner for fiskale- og CO2-avgiftsbelagte gassmålinger under lupen.

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
  6. Gasskromatografi – GC
  7. CNG, LPG og LNG (forrige artikkel)
  8. Standarder og tilhørende kalkulasjoner(denne artikkelen)
  9. Datamaskinsystemer
  10. Verifisering og kvalitetskontroll

Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor Automation AS

Foto: Trainor, Istockphoto

Hovedhensikten med et kjøps-, salgs- eller fiskalt målesystem for naturgass er å fremskaffe alle eller noen av påfølgende data:

  • Volumstrømningsrater (m3/h) og akkumulerte mengder (m3) ved aktuelle linje- og operasjonsbetingelser (ved gjeldende temperatur, trykk, osv.)
  • Volumstrømningsrater (Sm3/h) og akkumulerte mengder (Sm3) ved referanse- og standardbetingelser for temperatur og trykk.
  • Massestrømningsrater (kg/h) og akkumulerte mengder (kg).
  • Energistrømningsrater (MJ/h) og akkumulerte verdier (MJ).

Masse kontra volum

Oljedirektoratets (OD) forskrift for fiskale gassmengder tar utgangspunkt i masse, og følgelig har massen sammen med energi vært den vanligste størrelsen i forbindelse med kjøp, salg og allokeringer av naturgassmengder. Rørledning- og produksjonstariffer har derimot svært ofte vært knyttet til volum.

Referanse- eller standardvolumbetingelser for fiskale målinger i Norge er i henhold til ODs forskrift satt til 15 grader celsius og trykk lik 1,01325 bara (bara: trykket er angitt i forhold til vakuum).

Pass på temperaturdifferansen

I USA og i land som følger amerikanske normerer er referansebetingelsene svært ofte 60 grader F og 14,696 psia. 14,696 psia er lik 1,01325 bara, og 60 grader F er lik 15,56 grader celsius.

Forskjellen på 0,56 grader celsius kan bety at store pengeverdier fordeles feil dersom utgangspunktet for temperaturreferansen var annerledes enn det som virkelig ble benyttet i respektive kalkulasjoner. Det er derfor viktig å holde tungen rett i munnen når man snakker om referansebetingelser.

Akkumulerer verdier

Mengdemålere (med unntak av Coriolis-kraftbasert mengdemålere som måler gassmasse direkte) som benyttes til måling av naturgass, gir i utgangspunktet gassens gjennomsnittshastighet (m/s). Men for en gitt målerstørrelse (diameter i meter og derav åpningsareal i m) blir dette ensbetydende med volumstrømningsrate ved operasjonsbetingelser (m/s).

Summen av mengde integrert over korte tidsintervaller gir oss det vi kaller akkumulerte verdier (m).

Konvertering til standardbetingelser

Omregning fra volum ved operasjon og linjebetingelser til volum ved referanse- og standardbetingelser kan i prinsippet gjøres på to måter:

  • Gjennom å kjenne gassens densitet ved henholdsvis linje- og referansebetingelser (kan være målt eller beregnet basert på kjennskap til gassens samlede mol-masse, trykk, temperatur og kompressibilitetsfaktor):

Qvr = Qv x p/pr

Hvor:

Qvr = Volummengde ved referansebetingelser

Qv = Volummengde ved linjebetingelser

p = Densitet ved linjebetingelser

pr = Densitet ved referansebetingelser

  • Ved å benytte en PTZ-kalkulasjon som baserer seg på at gassens trykk (P), temperatur (T) og kompressibilitetsfaktor (Z) ved henholdsvis linje- og referansebetingelser er kjent:

Qvr = Qv x P/Pr x Tr/T x Zr/Z

Hvor:

Qvr  = Volummengde ved referansebetingelser

Qv = Volummengde ved linjebetingelser

P = Trykk ved linjebetingelser (Pascal absolutt)

Pr = Trykk ved referansebetingelser (Pascal absolutt)

Tr = Temperatur ved referansebetingelser (Kelvin)

T = Temperatur ved linjebetingelse

Zr = Kompressabilitetsfaktor ved referansebetingelser

Z = Kompressabilitetsfaktor ved linjebetingelser

PTZ-likningen er basert på tilstandslikningen for en reell (virkelig) gass:

P x Qv = n x R x T x Z (=konstant)

Hvor n = m/Mw og p = m/Qv

og

P = Trykk ved linjebetingelser (PaA)

Qv = Volummengde (m3)

m = Masse (gram)

n = antall mol

R = Universell gasskonstant (8,31448 Nm/(mol x K)

T = Temperatur ved linjebetingelser (K)

p = Densitet ved linjebetingelser (Kg/m3)

Dette gir at:

(P1 x Qv1)/(T1 x Z1) = (P2 x Qv2)/(T2 x Z2)

Konstant forhold

Forholdet mellom trykk, volum, temperatur og kompressibilitet er konstant. Derfor er også forholdet ved en tilstand (1) lik det forholdet vi finner i en annen tilstand (2).

Vi finner også at gassdensiteten er:

p = (P x Mw)/(T x R x Z)

Kompressibilitetsfaktoren, Z, er en korreksjonsfaktor som skal korrigere slik at reelle eller virkelige gasser ikke komprimeres helt som beskrevet av temperatur- og trykkforhold i den ideelle verden. Ved trykk lavere enn 10 bara og normale omgivelsestemperaturer kan vi normalt se på tilstanden som ideell og Z kan settes til 1.

Bruk AGA 8

Når trykk og temperatur beveger seg utenfor normale omgivelsestilstander, eller svært nøyaktige beregninger er påkrevd, bør Z beregnes ut fra anerkjente standarder, eksempelvis AGA 8 (The American Gas Association report no. 8). Det er i dag den mest anerkjente standarden i forbindelse med naturgass.

Z-beregning i henhold til AGA 8 krever at mol-konsentrasjonen til gasskomponentene i naturgassen oppgis sammen med gjeldende trykk og temperatur. Mol-konsentrasjonene kan oppspores ved hjelp av en gasskromatograf (GC).

Mol-beregninger

 

Mol-masse, molar masse eller mol-vekt for en sammensatt gass vil være summen av mol-konsentrasjone til hver enkelte gasskomponent multiplisert med gasskomponentens mol-masse. Eksempelvis vil mol-massen til en sammensatt gass med mol-konsentrasjoner lik 80 prosent metan, 10 prosent etan og 10 prosent propan være tilnærmet lik 20,2511 g/mol, og gi en densitet lik 0,859396 kg/Sm3.

Kompressibilitetsfaktoren, Z, ved standard betingelser er i dette tilfellet 0,99659411 basert på utregning i henhold til standarden ISO 6976:1995 (Natural gas- Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe index from composition).

Beregner massen i kilogram

Dersom vi tar utgangspunkt i at vår sammensatte gass (80 prosent metan, 10 prosent etan og 10 prosent propan) trykksettes til 20 barg ved 50 grader celsius vil Z ved disse betingelsene være 0,9525532 i henhold til AGA 8 og densiteten lik 16,6269 kg/m.

Dersom gassens volummengde og densitet ved operasjons- eller linjebetingelser er kjent, er det mulig å beregne gassens masse (kg). Standard volummengde kan så beregnes ved å dividere masse med gassens densitet ved standard betingelser.

Beregner energiinnholdet

Dersom det er ønskelig å finne gassens energiinnhold (MJ eller kWh), hvilket er den ideelle handelsenhet for naturgass, må man i tillegg til mengde (m eller kg) finne gassens spesifikke brennverdi (calorific value) eller energiinnhold (MJ/kg eller MJ/m). De to verdiene multipliseres deretter med hverandre.

Brennverdi (Calorific Value, CV) er den energimengden som frigjøres dersom en gitt volummengde gass, ved spesifiserte referansebetingelser for temperatur og trykk, forbrennes fullstendig i overskudd av luft med samme temperatur og trykk som gassen.

Avklar temperatur- og trykkreferanser

Forbrenningen produserer vann som så kondenseres. Under denne prosessen frigjøres en energimengde som kalles The superior (brutto CV-verdi). Når energimengden istedet forblir i gassfasen, oppstår The inferior (netto CV-verdi). Normalt brukes superior eller Gross Calorific Value (GCV) ved naturgasshandel i Europa.

CVreell = CVideell / Zr og uttrykkes normalt i MJ/Sm3. Men husk at temperatur- og trykkreferanser for mengde og forbrenning også må være avklart mellom berørte parter, eksempelvis 15 / 25, som betyr at mengde er relatert til 15 grader celsius og forbrenning til 25 grader celsius. Trykket er 1,01325 bara dersom ikke noe annet er spesifisert.

Miksing av GCV-referanser gir feilaktig beregning av spesifikk brennverdi og derav akkumulert energiinnhold. Grunnlaget for disse beregningene er gitt av standarden 1SO 6976:1995.

Dersom vi gjør en GCV-beregning for vår tidligere nevnte eksempelgass, vil vi finne at den er ca. 46,32357 MJ/Sm3.