Fiskale oljemålinger (4:7)

Den kritiske kalibreringen

Slik blir turbinmålere for fiskale oljemålinger kalibrert.

Når plattformer som Goliat skal laste olje til tankskip skal primærmålerne kalibreres minst en gang per skipslast. På Goliat har målestasjonen en integrert prøver med turbinmetre, som igjen må kalibreres regelmessig
Når plattformer som Goliat skal laste olje til tankskip skal primærmålerne kalibreres minst en gang per skipslast. På Goliat har målestasjonen en integrert prøver med turbinmetre, som igjen må kalibreres regelmessig (Bilde: Eni Norge)

Slik blir turbinmålere for fiskale oljemålinger kalibrert.

Om kalibrering generelt

Den som måler et eller annet, og vil anvende sine måleverdier, vil med stor sannsynlighet ha en nøyaktighetsangivelse. En som måler noe med et instrument som ikke er kontrollert eller validert har egentlig ikke noe særlig større trygghet for verdien etter målingen enn før. Det er mulig at måling med et ukalibrert instrument gir et akseptabelt resultat, men det er ingen sikkerhet for at så er tilfelle.

Full kontroll fra A til Å

Industrielle måleinstrumenter vil aldri kunne bli mer nøyaktig enn deres respektive kalibreringsfaktor og det vil derfor i de fleste måleoppsett, eksempelvis fiskale oljemengdemålinger, være svært viktig at man har full kontroll med hensyn på disse faktorene.

Kalibreringsfaktoren(e) til en måler eller meter vil kunne bli betydelig påvirket av variasjoner i maskineringstoleranser, installasjonseffekter, aldring og slitasje og også variasjoner i prosessmediet eller omgivelser.

Kalibreringsintervaller

Kalibrering, eller proving som det ofte omtales i engelsk terminologi, er en nødvendighet dersom en måler skal angi et resultat med sporbar nøyaktighet, hvilket er et krav i mange sammenhenger, eksempelvis ved kjøp og salg av bensin hvor mengdemålerne som benyttes kalibreres årlig.

I forbindelse med fiskale oljemålinger, på Norsk kontinentalsokkel, har Oljedirektoratet krav til at mengdemålerne som benyttes i forbindelse med kvantifisering av olje løftet over til en tankbåt kalibreres minst en gang per last, mens målere som benyttes i forbindelse med kontinuerlig leveranse inn i rørledning skal kalibreres minimum hver fjerde dag.

Prosessverdier som strømningsrate, temperatur, trykk, osv. skal i tillegg overvåkes. Dersom de forandrer seg mer enn oppgitte grenseverdier, i forhold til siste kalibrering, skal det foretas ny kalibrering eller ”proving”. Dette kaller vi normalt re-kalibrering.

Kalibrering

Hva menes så med kalibrering eller proving? For å si det enkelt, sammenliknes målestørrelsen til instrumentet som skal kalibreres med en normal eller referanse som angir sannheten, og som derav gir mulighet for å bestemme avviket eller målefeil. Normalen eller kalibreringsreferanse er i sin tur kalibrert mot en høyere instans, eksempelvis en av normalene til justervesenet. For å kunne generere eller utstede et kalibreringssertifikat er det krav til at kvaliteten på kalibreringen er kjent, og med det menes blant annet at målestørrelse er sporbar og at dens usikkerhet er vel dokumentert.

Sporbarhet

Med sporbarhet menes at kalibreringen kan spores gjennom en uavbrutt kjede til nasjonale eller internasjonalt anerkjente normaler eller standarder. Kalibreringskjeden skal ende opp i en av SI-systemets primærnormaler, eksempelvis meter (m) eller kilogram (kg). Om et måleinstrument, eksempelvis turbinmeter som skal måle fiskale oljemengder på en offshoreplattform skal oppfylle sine krav må meteret kalibreres av noen som kan dokumentere sporbarhet, hvilket blant annet innbærer at de kan vise til normalene som inngår i kjeden og hvilke måleusikkerheter som gjelder i de respektive punkt i kjeden.

Måleusikkerhet

Måleusikkerheten er et mål for nøyaktigheten til målingen og gir brukere av måleresultatet en mulighet til å bedømme hvor stor tillit man skal gi det. Usikkerhetsangivelse er en forutsetning i forbindelse med sporbarhet, og usikkerhetsberegninger gjøres i henhold til GUM-metoden (Guide to the expression of Uncertainty in Measurement).

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 (forrige utgave).
  4. Kalibrering av turbinmeter benyttet i fiskale oljemålinger (denne utgaven).
  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

 

Måling av råolje, som eksporteres for salg, utføres svært ofte av systemer hvor turbinmeter er den primære måleren.

 

Vital k-faktor

 

Pulsene som genereres av turbinmeter konverteres til volummengde ved hjelp av en kalibreringsfaktor, normalt kalt K-faktor. Enheten er pulser per volummengde, eksempelvis pulser per kubikkmeter.

 

Strømningsrate, for eksempel m/h, og/eller akkumulert volummengde (for eksempel m) målt av et turbinmeter vil aldri bli mer nøyaktig enn nøyaktigheten til tilhørende K-faktor.

 

K-faktoren kan fremskaffes gjennom forskjellige teknikker eller metoder, eksempelvis ved bruk av master- eller referansemeter, tankvolummåling, vekt- eller massemåling og måling av fortrengt volum (displacement provere basert på ball eller stempel).

 

Seriell referansemåling

 

Prinsipielt baserer kalibrering av mengdemålere seg på å legge to enheter som kan angi mengde i serie med hverandre. Den første enheten er operativ måler (duty-måler) eller kalibreringsobjekt. Den andre er kalibreringsnormal (master eller referanse). Basert på at de ligger i serie og at det ikke er lekkasjer eller avløp mellom de to enhetene, skal de vise lik masse eller volum ved en felles valgt referanse (volumene angitt fra hver enhet er referert til samme temperatur og trykk).

 

Dersom kalibreringsobjektet gir fra seg pulser og kalibreringsreferansen angir volumet målt i perioden kalibreringsobjektet har generert et vist antall pulser, kan kalibreringsobjektets kalibreringsfaktor beregnes. Eksempelvis får vi en kalibreringsfaktor lik 1000 pulser/m dersom vi setter krav til at det skal genereres 10000 pulser fra turbinmeter som skal kalibreres, og måler i samme periode 10 m med kalibreringsreferansen.

 

Beregning av k-faktoren

 

Formelen for å beregne kalibreringsfaktoren til et turbinmeter, som kalibreres mot en fortrengningsprøver eller -kalibrator (et kjent volum mellom to punkter som fortrenges av et fortrengningslegeme, i dette tilfelle en ball) vil være som følger.

 

Kf = (N x CTLM x CPLM) / (BV x CTLP x CPLM x CTSP x CPSP)

 

Og hvor

 

  • N: Antall pulser turbinmeteret har generert i perioden fortrengningslegemet fortrengte volumet mellom to fastlagte punkter, i prøver eller kalibreringsreferanse.
  • BV: Base Volume, volumet bestemt til å være mellom de to punktene i prøveren som fortrengningslegemet fortrenger ved en bestemt temperatur (for eksempel 20 °C) og trykk (0 barG).
  • CXXX Correction, eller korreksjonsfaktorer (beregnes i henhold til APIs beskrevne likninger) som korrigerer for at temperatur eller trykk (pressure) vil påvirke henholdsvis væske (liquid) eller stål som vi finner i henholdsvis meter og prøver.

Kjør flere forsøk

Fiskale målere som benyttes for kontinuerlig måling i rørledning skal kalibreres minst hver fjerde dag.
Fiskale målere som benyttes for kontinuerlig måling i rørledning skal kalibreres minst hver fjerde dag.
 

Den matematiske likningen vil med innlagte verdier beregne kalibreringsfaktoren som turbinmeteret skulle benyttet for å angi samme mengde som kalibreringsreferansen. Men å basere seg på kun ett kalibreringsforsøk gir liten sikkerhet for korrektheten. Vi bør derfor gjennomføre flere kalibreringsforsøk og benytte oss av gjennomsnittsverdien til de kalibreringsfaktorene som oppnås, dersom større sikkerhet for korrekt kalibreringsfaktor skal oppnås.

 

Spredningen, mellom kalibreringsfaktorene som oppnås (differansen mellom største og minste kalibreringsfaktor dividert med den minste kalibreringsfaktoren) under påfølgende kalibreringsforsøk ved ellers like betingelser, er det som omtales som repeterbarhet. I henhold til krav fra oljedirektoratet skal det i forbindelse med fiskale oljeturbinmeterkalibreringer gjennomføres minst fem påfølgende forsøk og med en spredning eller repeterbarhet lik eller mindre enn 0,05 prosent. Alternativt kan det benyttes statistisk metode hvor man regner ut spredning i henhold til to standardavvik og grense lik 0,027 prosent.

 

Se for øvrig animasjon av turbinmeterkalibrering lagt ut på Norsk Forening for Olje og Gass Måling (NFOGM) sin hjemmeside.

http://www.nfogm.no/ikbViewer/page/fagmiljo/artikkel?p_o=12094&p_menu=793112&p_submenu=793103&p_dim=797986

 

Velg rett kalibreringsmetode

 

Som nevnt tidligere er det mulig å kalibrere i henhold til forskjellige metoder. Hvilken metode som skal velges er det ikke noe entydig svar på, men må vurderes i hvert enkelt tilfelle. Det er kost- og nytteeffekten som ligger til grunn for valget, og man tar hensyn til faktorer som:

  • Pris (innkjøp, drift),
  • Fysiske faktorer (krav til nøyaktighet, repeterbarhet, rangeability/bruksområde, stabilitet over tid, robusthet ovenfor endringer i omgivelser og prosess, nødvendige sertifiseringer, osv),
  • Driftsfaktorer (temperatur, trykk, viskositet, densitet, damptrykk, korrosivitet, fluid-tilstand, strømningsprofil, data- og instrumentkoplinger, og omgivelsesvariasjoner).
  • Installasjons- og vedlikeholdsfaktorer (adkomst, ventilintegritet, mulighet for service og vedlikehold, reservedelsbehov, kalibreringsmuligheter, konsekvenser av nedstengning, osv.).
  • Menneskelige faktorer (krav til brukersnitt, datakoplinger, mulighet til å gjøre service og vedlikehold med egne ressurser, dokumentasjon, veletablert teknikk, referanser fra tilsvarende leveranser, osv.)

Neppe fasitsvar

 

Husk at intet blir bedre enn det svakeste leddet, eksempelvis lekkasje i ventiler, og at den dyreste og beste løsningen i ideelle omgivelser nødvendigvis ikke er den som fungerer best i feltomgivelser, eksempelvis offshore.

 

Vær også varsom med å bevege seg utenfor prosessgrensene til kalibreringsreferansen. Det kan eksistere sammenhenger som ikke alltid er like enkelt å fatte for en noe uerfaren operatør.

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå