Slik beregnes verdien av fiskale gassmålinger

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

Slik beregnes verdien av fiskale gassmålinger
Det er vitalt at beregninger av naturgass følger samme standarder eller blir konvertert på riktig måte. Bilde:

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.