Det stilles store krav til nøyaktighet ved konstruksjon av fiskale målestasjoner for olje, skriver Rolf Skatvedt.
Det stilles store krav til nøyaktighet ved konstruksjon av fiskale målestasjoner for olje, skriver Rolf Skatvedt. (Bilde: Automatisering)

Fiskale oljemålinger (2:7)

Den trofaste turbinmåleren

Vi tar et dypdykk i fiskale oljemålinger, med fokus på arbeidshesten turbinmåleren.

Under huden på turbinmåleren

Som navnet tilsier virker måleren som en turbin (rotor), der den drives av væskestrømmen som måles.

Opplagringen til rotoren er konstruert slik at rotoren tilnærmet roterer friksjonsfritt i midten av turbinmeterhuset, på grunn av opplagringsevnen til fluidet.

Pulstelling

Turbinen, eller rotorens omdreiningshastighet, øker tilnærmet proporsjonalt med strømningsraten gjennom måleren. Rotasjonen måles av den såkalte "pick-upen" som gjenspeiler dette i form av pulser den gir fra seg. ”Pick-up”-prinsippet er svært ofte av magnetisk karakter som funksjon av at selve meteret normalt er bygd opp av rustfritt stål, altså et ikke-magnetisk materiale.

Antall spenningspulser som pickupen avgir per tidsenhet er et mål for rotorens hastighet, og derav mengden som passerer turbinmåleren per tidsenhet (for eksempel kubikkmeter per time). Den ideelle måleren vil ha en konstant korreksjonsfaktor (K-faktor). Det vil si et visst forhold mellom pulser og mengde per gitt tidsenhet, men i praksis ser vi at dette ikke er tilfelle på grunn av variasjoner i påvirkbare størrelser, som strømningsprofil og andre ytre størrelser, eksempelvis temperatur og trykk.

Pass på ytre påvirkninger

De ytre påvirkninger som fører til at turbinmåleren forandrer beskaffenhet må enten måles og korrigeres for eller de må elimineres etter beste evne.

Gode arbeidsforhold er viktig her, som i alle andre sammenhenger. Riktig konfigurasjon av måleløp foran og etter turbinmåler (primær) er essensielt med hensyn til å oppnå måleresultater med liten usikkerhet. Referer til bruk av strømningsretter samt at oppstrøms- og nedstrømslengder må være fri for obstruksjoner.

Enhver tilstand som gir mulighet for at væsken kan fordampe må unngås.  Dette kan best unngås ved å følge de retningslinjer som produsenten oppgir med hensyn til strømningsmengde og mottrykk.

Vital K-faktor

Kalibreringsfaktoren for et turbinmeter er et tall som sier hvor mange elektriske pulser turbinmeteret avgir per gjennomstrømmet volummengde, og beregnes etter følgende formel:

K = feil

K-faktoren spiller en vesentlig rolle når det gjelder design, kalibrering og drift av et turbinmeterbasert målesystem.  Det er derfor nødvendig å gi forholdsvis omfattende omtale av K-faktoren, se egen sak under.

Krevende K-faktor

Intet turbinmeter vil ha nøyaktig samme kalibreringsfaktor, eller K-faktor, som en annen.

Selv turbinmetre med samme dimensjon og av samme type og fabrikat vil kunne ha en forskjell i K-faktor som kan være i størrelsesorden opptil et par prosent. Dette henger sammen med at det er umulig å produsere turbinmeter med nøyaktig samme dimensjoner og geometri, spesielt gjelder dette turbinbladene og rotorens opplagring. 

Dessuten, K-faktoren vil være avhengig av hva slags flytende medium som skal måles. Strømningsrate, temperatur, tetthet, trykk og slitasje er også faktorer som innvirker på K-faktoren på en uoversiktlig måte.

På grunn av ovennevnte faktorer vil et turbinmeter, som skal måle mengder med lav usikkerhet, måtte kalibreres relativt ofte. Lavest usikkerhet oppnås dersom turbinmetret kalibreres med samme eller tilsvarende væske som den skal måle, og ved tilnærmet samme trykk, temperatur og strømningsrate.

Om artikkelserien

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

  1. Hva, hvorfor og hvordan gjøres fiskale mengdemålinger av olje?
  2. Fiskal oljemåling basert på turbinmeter
  3. Fiskale tall med hensyn til olje
  4. Kalibrering av turbinmeter benyttet i fiskale oljemålinger
  5. Fiskale oljemålinger basert på ultralyd
  6. Fiskale oljemålinger basert på Coriolis-kraft
  7. Fiskale oljemålinger oppsummert fra PUD til daglig drift

Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor Automation AS

 

Olje som produseres på Norsk kontinentalsokkel skal før den forlater installasjonen måles i en fiskal målestasjon.

 

Målestasjonen må ha en usikkerhet lavere enn hva som er spesifisert eller godkjent av Oljedirektoratet, normalt lavere enn pluss/minus 0,30 prosent av standard volum. Det vil si det volum oljen ville okkupert dersom temperaturen var lik 15 °C og trykket var 1.01325 barA.

 

Parallelle måleløp

 

Siden mengdene som skal kunne måles vil kunne variere mye i kvantitet, samtidig som det settes store krav til nøyaktighet, vil man på slike oljemålestasjoner normalt finne flere målelinjer som ligger parallelt.

 

Målelinjene forbindes med hverandre på inn- og utløpssiden ved hjelp av manifolder, slik at det normalt kun er ett rør inn og ett rør ut av målestasjonen.

 

Alle målelinjene er instrumenteringsmessig like og danner grunnlag for beregning av oljemengder som strømmer gjennom de linjene som måtte være åpne. Primærmåleren (strømningsmåleren) som benyttes i en fiskal oljemålestasjon vil kunne være forskjellig fra den ene stasjon til den andre, men de vanligste målerne er turbin, ultrasonisk eller coriolis.

 

Volumet er dynamisk

 

En turbinmeterbasert oljemålestasjon vil kalkulere mengder gjennom å telle opp pulser fra måler og dele disse med målerens kalibreringsfaktor (K-faktor). Telles det opp 1 million pulser, og måleren har en k-faktor lik 1000 pulser/m, vil volum mengde ved aktuell temperatur og trykk være 1000 m. Les også egen sak om turbinmålere.

 

Det er imidlertid tungvint å handle i volum angitt ved aktuell temperatur og trykk, da volum forandrer seg med disse størrelsene. For eksempel blir 3000 liter parafin ved 20 °C redusert til 2890 liter dersom temperaturen faller til -20 °C.

 

Å benytte korreksjonsfaktorer

Turbinmålere er fortsatt populære for nøyaktige oljemålinger.
Turbinmålere er fortsatt populære for nøyaktige oljemålinger. Instrumart
 

Internasjonale handler i volum gjøres med referanse til en gitt temperatur og trykk, for eksempel 15 °C og 1,01325 barA. Derfor må volumet som måles ved aktuell temperatur og trykk korrigeres til referanse eller standard betingelser gjennom faktorer. Det vanligste er å benytte to faktorer, én som korrigerer for temperatur og én for trykk. Faktorene som multipliseres sammen med mengde målt ved aktuell temperatur og trykk vil hver for seg ha en verdi lik 1, dersom de aktuelle verdiene er lik referanseverdiene. I avvikstilfeller vil det fremkomme verdier litt større eller litt mindre enn 1, avhengig av om avviket er positivt eller negativt.

 

Korreksjonsfaktorene som benyttes for oljevolumet, som måles av turbinmåleren ved aktuell (linje/operasjon) temperatur og trykk over til referanse eller standardbetingelser, betegnes normalt Ctlm og Cplm. Faktorene kalkuleres normalt i henhold til matematiske formler beskrevet i APIs Manual of Petroleum Measurement Standards (MPMS), kapitel 12.

 

Temperatur- og trykkorreksjon

 

Ctlm står for correction temperature liquid meter, det vil si en faktor som korrigerer væskevolumet som måles av et instrument til en referansetemperatur. Er den aktuelle temperaturen høyere enn 15 °C vil denne faktoren være litt lavere enn 1, eksempelvis 0,978799.

 

Cplm står for correction pressure liquid meter, det vil si en faktor som korrigerer væskevolumet som måles av et instrument til et referansetrykk. Er det aktuelle trykket høyere enn 1,01325 barA vil denne faktoren være litt høyere enn 1, eksempelvis 1,001460.

 

Varierende densitet

 

I tillegg til at faktorene hver for seg er avhengige av aktuell temperatur og trykk, er de begge avhengige av væskens densitet ved referansebetingelser og verdier som er knyttet til oljens beskaffenhet (olje deles opp i produktgrupper, og det vanligste i Norge er å benytte gruppen generalisert crude oil). Produktet av faktorene Ctlm og Cplm er lik forholdet mellom væskens densitet ved aktuelle betingelser og oljens densitet ved referansebetingelser, og gir således mulighet for å regne oss mellom forskjellige volumtilstander.

 

Volumet kan nå måles av turbinmåleren, referert til standard betingelser, slik:

 

Gross Standard Volum = (Ant. pulser/K-faktor) x Ctlm x Cplm

 

Hva med vanninnhold?

 

Siden denne oljen gjerne inneholder litt vann multipliseres gross (brutto) standard volum med korreksjonsfaktoren Cw slik at det kan rapporteres ”tørr” olje, hvilket er normal oljehandelsvare.

 

Net Standard Volum = Gross Standard Volum x Cw

 

Korreksjonsfaktoren Cw beregnes etter formelen:

 

Cw = 1 - (% vann/100)

 

Alternative enheter

 

Noen ønsker imidlertid å handle i andre enheter, som eksempelvis stock tank barrel (fat olje referert til 60 °F og 14,696 psiA) eller kg vekt i luft, og så videre. Husk imidlertid at overgangen til disse enhetene krever omtanke for at man skal komme ut med korrekt resultat.

 

Kvalitetsanalyser

 

Prisen som oppnås per kvantitet enhet med ”tørr” olje er også avhengig av oljens kvalitet. Derfor er det viktig at det i forbindelse med fiskale målestasjoner installeres representative strømningsproporsjonale prøvetakere til oppsamling av oljeprøver. Kvalitetsparameterne analyseres i et laboratorium; for antall prosent vann i oljen, oljens densitet, saltinnhold, svovelinnhold, RVP (reid vapour pressure, som i prinsippet er et mål for oljens damptrykk ved 100 °F, og således et mål for hvor godt oljen er stabilisert), og så videre.

 

Prisjustering?

 

Dersom det fremkommer ved kontraktinngåelse at en eller flere av disse kvalitetsparameterne har dårligere verdier enn avtalt mellom selger og kjøper, vil det være grunnlag for justering av pris. Den skal betales for gitt mengde enhet, eksempelvis netto standardvolum i kubikkmeter.

 

Både mengde og kvalitet er grunnlag for prisen som skal betales i forbindelse med oljehandler. Følgelig må de begge bestemmes korrekt, det vil si med akseptable usikkerhetsgrenser.