Artikkelforfatteren oppfordrer til nytenking for bedre gass-metering-systemer.
Artikkelforfatteren oppfordrer til nytenking for bedre gass-metering-systemer. (Bilde: Helge Hansen, Statoil)

Fiskale gassmålinger (9:10)

Vi setter computer-systemer for gassmålesystemer under lupen

Fiskale eller kjøps- og salgsbaserte metering-systemer (mengde+kvalitet) for petroleum, eksempelvis naturgass, har i tillegg til primær- og sekundær-instrumentering behov for avansert datamaskinteknologi for å møte dagens krav til nøyaktighet.

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
  8. Standarder og tilhørende kalkulasjoner (forrige artikkel)
  9. Datamaskinsystemer (denne artikkelen)
  10. Verifisering og kvalitetskontroll

Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor Automation AS

Teknologien kan på mange måter sammenlignes med den menneskelige hjerne.

Les også:

Automatiserings innsiktsartikkel om primærmålere for fiskale gassmålinger

Automatiserings innsiktsartikkel om sekundærmålere for fiskale gassmålinger

Sporing av endringer

Det vil således være mye som må beherskes på en god måte dersom sluttresultatet skal bli som spesifisert. Det er spesielt viktig at oppgavene er konsistente og at alle endringer er sporbare.

Et metering-system for naturgass skal fortrinnsvis kunne rapportere nøyaktige mengde- og kvalitetsverdier for gassen som legges ut for salg. Verdiene som rapporteres er en funksjon av flere elementer, hvor datainnsamling, verifisering, diagnostisering, bearbeiding, kalkulasjon, presentasjon og rapportering er eksempler på noen av hovedelementene som inngår i en slik prosess.

Sporing til standard

Nøyaktigheten til de rapporterte verdiene er en funksjon av enkeltelementenes nøyaktighet. Det betyr at kvalitetssikring av kalkulasjonsalgoritmer og manuelt innlagt data må håndteres etter de samme grunnleggende prinsipper som gjelder for prosessinstrumentering. Verifikasjon må gjøres gjennom sporbare referanser og standarder.

En måleverdi, og et resultat som er avledet av en sådan, er uten verdi dersom den ikke er i henhold til anerkjente standarder eller dersom referansen mangler sporbarhet til nasjonale eller internasjonale størrelser og enheter.

Sporing til tid

 

Alle verdier og data som kan endres i et metering-system må være sporbare med hensyn på tid, verdiendring (før og etter), person, etc. slik at eventuelle feil kan rettes opp på en forsvarlig måte. Et slikt system kaller vi et hendelsessystem (event). Det vil sammen med andre systemer som alarm, trend, arkivering, verifisering, diagnose og menneske-maskin-grensesnittet være vesentlig med hensyn på det å kunne rapportere nøyaktige verdier til enhver tid.

Redundans, eller opphøyd sikkerhetstenkning gjennom segregering eller andre filosofier, bør være alfa og omega ved design av prosessen fra inngående signaler til endelig rapporterte verdier.

Kopling til DCS og IMS

Parallelle mengdemålelinjer bestykket med uavhengig instrumentering og strømnings-computer (flow computer) er et eksempel på hvordan dette kan gjøres på et prosessnært nivå.

De fiskale tallene stopper imidlertid svært sjeldent på dette nivået. De fortsetter videre inn i distribuerte kontrollsystemer (DCS) og prosessdatabaser (IMS). Disse må også tilegnes samme tankegang hva gjelder sikker og nøyaktig dataoverføring (transmisjon).

På tide med nytenking

Dagens metering-løsninger stammer i stor grad fra en filosofi som ble lagt i datamaskinens ungdom. De har en hierarkisk oppdeling, og kanskje er tiden kommet for å innføre en ny filosofi som er mer tilpasset dagens generasjoner av instrumenter og datakommunikasjon, som inkluderer feltbuss, distribuert datakraft og diagnostikk.

Data og måleverdiene som inngår i grunnlaget for rapporterte, fiskale mengder skal:

være på digital form gjennom alle ledd som inngår i kjeden.

  • ha nødvendig oppløsning (minimum dobbel presisjon).
  • ha en oppdateringshastighet (frekvens) som er vesentlig høyere enn de raskeste variasjoner (frekvens) tilknyttet verdien det måles på, eller som skal overføres fra et sted til et annet.

Den kritiske syklustiden

Oppløsningen til sluttresultatet som skal presenteres, eksempelvis i et trendbilde, vil aldri kunne bli bedre enn hva syklustiden gjenspeiler. Overrepresentert oppløsning eller antall desimaler kan imidlertid også være uheldig, da antall siffer som oppgis gir et signal om hvilken nøyaktighet som er knyttet til verdiangivelsen.

Måleinstrumenter som kommuniserer verdien på den digitale dataprotokollen HART vil maksimalt kunne formidle prosessvariasjoner opp til 2 Hz, og følgelig er dette begrensningen med hensyn på trendoppløsning, uavhengig av hvor raske de andre elementene i systemet måtte være. Man er aldri bedre enn sitt svakeste ledd. Det er derfor viktig å identifisere eventuelle svakheter før man gjør omfattende oppgraderinger.

Nye muligheter

 

Dagens instrumenter har gjerne kraftige datamaskiner som kan benyttes til distribusjon av oppgavene. Sammen med raske kommunikasjonsløsninger gir det oss mange muligheter. Det gjelder også for eksplosjonsfarlige områder (Ex), dersom vi er villige til å se på nye tekniske løsninger som DART (Dynamic Arc Recogntion and Termination, utviklet av Pepperl+Fuchs) og andre egensikre høyenergiløsninger.

Metering-systemer har i dag god funksjonalitet. Men gjennomgående filosofi med hensyn på sanntidsberegning, presentasjon, rapportering og trend er i mange tilfeller satt litt på sidelinjen til fordel for avanserte grafiske presentasjoner. Det hever ikke nødvendigvis nøyaktigheten eller kvaliteten på tallene som inngår i rapporterte, fiskale gassverdier.

Iterative beregninger

Beregning av mengder som strømmer i rør, eksempelvis gassmengder, krever i mange sammenhenger iterative løsninger. Det er løsninger hvor beregninger må gjentas inntil verdien fra foregående kalkulasjoner ikke avviker fra nåværende kalkulerte verdi utover det akseptable med hensyn på nøyaktighet og konvergenskrav. Dette gjøres på samme måte som matematiske ligninger løses, gjennom gradvis tilnærming av svaret med utgangspunkt i en valgt startverdi.

Gasser lar seg raskt omstille, eksempelvis fra trykkendringer. Det betyr at nøyaktige gassmålinger som krever iterative kalkulasjonsprosesser må være raske eller sanntidsbaserte. En fullstendig kalkulasjon bør kunne gjennomføres minst ti ganger raskere enn den raskeste prosessendringen. Dette betinger raske datamaskiner, og noen ganger vil dette bety at kalkulasjonsoppgaver vil måtte distribueres på flere datamaskiner som jobber med flere oppgaver i parallell.

Pass på manuelle feil

Nøyaktigheten til tallene som rapporteres fra metering-systemene er gitt av tekniske løsninger som:

  • måleinstrumentenes nøyaktighet.
  • scan-tider knyttet til kommunikasjon og interne software-oppgaver.
  • klokkefrekvens og tidsnøyaktighet.
  • digital oppløsning.

Samtidig er det viktig å ha i bakhodet at feilaktig programmering eller konfigurasjon, og manuelt innlagt data også kan være en årsak til feil i rapporterte data.

Gjerne mer snadder

Det er viktig å bygge inn sikkerhetsmekanismer og diagnostikk for å sikre at software og kalkulasjoner fungerer som de skal. For slike feil fører normalt til systematisk feil, med over- eller underfakturering som resultat. I sin enkleste form kan de forskjellige softwaredelene overvåkes på forventet syklustid, eller det vi omtaler som "watch dog".

Det må være enkelt å gjennomføre kalkulasjonstester av totalmengder og del-beregninger, samt at alle software-elementer er sporbare med hensyn på versjonskontroll, osv.

Tilstandsbaserte vedlikeholdsløsninger, kombinert med mulighet for simulering eller tilbakeberegninger, er funksjonalitet som ønskes velkommen i dagens metering-systemer. Online estimering og kalkulasjon av usikkerhet heftet til rapporterte verdier, basert på historiske data, er eksempler på andre ønsker.