Misuratore di portata a turbina a gas: come funziona, specifiche e guida alla scelta

A misuratore di portata per turbine a gas misura la portata volumetrica di un gas rilevando la velocità di rotazione del rotore di una turbina posta nel flusso del flusso. Quando il gas passa attraverso il corpo del misuratore, esercita una forza sulle pale angolate del rotore, facendolo ruotare ad una velocità direttamente proporzionale alla velocità del gas. Per i gas secchi e puliti nelle condotte ad alta velocità dove la precisione, l'ampio rapporto di turndown e l'installazione compatta sono priorità, il misuratore di portata a turbina a gas è una delle tecnologie di misurazione più affidabili e comprovate disponibili. È lo strumento preferito per la misura fiscale del gas naturale, la misurazione del gas nei processi industriali, la misurazione dell'aria compressa e l'allocazione del gas combustibile negli impianti di produzione di energia e petrolchimici. Comprendere come funziona, quali specifiche governano la selezione, dove offre le migliori prestazioni e quali sono i suoi limiti offre agli ingegneri e ai team di approvvigionamento le basi per specificare correttamente questo strumento ed estrarre la sua piena capacità di misurazione.

Principio di funzionamento di un misuratore di portata a turbina a gas

Il principio di funzionamento di un flussometro a turbina a gas si basa sul trasferimento di energia cinetica da un flusso di gas in movimento a un rotore meccanico. Il rotore è montato su un albero all'interno del corpo del misuratore, con il suo asse allineato alla direzione del flusso. Le pale del rotore sono impostate ad un angolo dell'elica fisso, tipicamente compreso tra 30 e 45 gradi all'asse del flusso, in modo che il gas che colpisce le pale generi una coppia che fa girare il rotore. A flusso costante, il rotore raggiunge una velocità angolare alla quale la coppia motrice del gas bilancia le coppie di ritardo derivanti dall'attrito del cuscinetto, dalla resistenza magnetica del sensore di raccolta e dalla resistenza del fluido sulle superfici delle pale. In questo equilibrio, la velocità del rotore è quasi proporzionale alla velocità del gas in un ampio intervallo di portate.

Il fattore K e il suo ruolo nella misurazione

Il rapporto tra la frequenza di rotazione del rotore e la portata volumetrica è espresso attraverso il fattore contatore, comunemente chiamato fattore K. Il fattore K è definito come il numero di impulsi generati per unità di volume di gas che passa attraverso il contatore, tipicamente espresso come impulsi per metro cubo o impulsi per litro. Per un misuratore di portata a turbina a gas ben costruito, il fattore K è stabile e lineare nell'intero intervallo di portata specificato dal misuratore, il che rende lo strumento adatto per applicazioni di misura fiscale ad alta precisione. Il fattore K viene determinato durante la calibrazione su un impianto di calibrazione del flusso certificato ed è indicato sul certificato di calibrazione del misuratore. Un tipico misuratore di portata a turbina a gas mantiene la linearità del fattore K entro più o meno dallo 0,5 all'1,0% nell'intervallo di portata dichiarato , con alcuni misuratori ad alta precisione che raggiungono più o meno lo 0,25% o più su una parte del loro intervallo.

Metodi di rilevamento del segnale

La rotazione del rotore della turbina deve essere convertita in un segnale elettrico senza contatto meccanico che introdurrebbe attrito e usura. Nei misuratori di portata a turbina a gas commerciali vengono utilizzati tre metodi di rilevamento:

• Pickup magnetico a riluttanza variabile : Un magnete permanente incorporato in un gruppo bobina montato nel corpo del misuratore genera un impulso di tensione ogni volta che la punta di una pala del rotore passa sotto di esso, poiché la punta della pala modifica la riluttanza magnetica del circuito. Questo metodo non richiede alimentazione esterna, genera un segnale autoalimentato ed è altamente affidabile. È il metodo di rilevamento standard per la maggior parte dei misuratori di portata a turbina a gas in applicazioni industriali e di pubblica utilità.
• Sensore ad effetto Hall : Un dispositivo a semiconduttore attivato magneticamente rileva il passaggio delle punte delle pale utilizzando l'effetto Hall. I pickup ad effetto Hall richiedono una piccola alimentazione ma forniscono fronti del segnale più puliti a basse velocità del rotore, estendendo la capacità di misurazione a basso flusso del misuratore oltre ciò che i pickup a riluttanza variabile possono ottenere. Utilizzato in applicazioni in cui la precisione a basso flusso è fondamentale.
• Pickup capacitivo RF (radiofrequenza). : Un oscillatore ad alta frequenza rileva la variazione di capacità quando ciascuna pala del rotore passa davanti alla superficie del sensore. Questo metodo senza contatto fornisce un conteggio delle lame molto accurato sia a bassa che ad alta velocità e viene utilizzato in alcuni misuratori di precisione e per misure fiscali dove è richiesto il range lineare più ampio possibile.

Specifiche chiave e cosa significano nella pratica

Per specificare correttamente un misuratore di portata a turbina a gas è necessario comprendere il reale significato di ciascuna specifica prestazionale e come si traduce in qualità di misurazione nell'applicazione specifica. I produttori utilizzano una terminologia coerente, ma le implicazioni pratiche sono talvolta oscurate dal linguaggio del marketing.

Intervallo di flusso e rapporto di turndown

Il campo di portata di un misuratore di portata a turbina a gas è definito come l'intervallo tra la portata minima alla quale si applica la precisione dichiarata (Qmin) e la portata continua massima (Qmax). Il rapporto tra questi due valori è il rapporto di turndown. La maggior parte dei misuratori di portata per turbine a gas commerciali raggiungono rapporti di turndown di Da 10:1 a 20:1 , con il raggiungimento di alcuni modelli di precisione 30:1 o superiore utilizzando un design avanzato del cuscinetto del rotore e sistemi di pickup ad effetto Hall o RF. Un rapporto di turndown di 20:1 significa che un misuratore dimensionato per misurare un flusso massimo di 200 m³/h misurerà accuratamente anche flussi fino a 10 m³/h entro le specifiche di precisione dichiarate. Questa ampia rangeability è uno dei principali vantaggi competitivi del misuratore di portata a turbina rispetto ai dispositivi a pressione differenziale, che in genere forniscono solo un turndown da 3:1 a 5:1 prima di perdere una precisione accettabile a flussi bassi.

Precisione e ripetibilità

La precisione dei misuratori di portata a turbina a gas viene generalmente indicata come percentuale della lettura (percentuale della portata) anziché come percentuale del fondo scala. Questa distinzione è importante: un misuratore con più o meno 1,0% di precisione di lettura mantiene quell'errore su tutto l'intervallo di flusso, mentre un misuratore con più o meno 1,0% di precisione di fondo scala ha un errore relativo molto maggiore a flussi bassi. Per le richieste di trasferimento fiscale, OIML R137 e AGA-7 (rapporto n. 7 dell'American Gas Association) specificano che i misuratori a turbina per misure fiscali devono raggiungere una precisione entro più o meno 1,0% della lettura in tutto l'intervallo di portata, con i misuratori con le migliori prestazioni che raggiungono più o meno lo 0,5% o più. La ripetibilità, che descrive la capacità del misuratore di produrre la stessa lettura per la stessa condizione di flusso su misurazioni ripetute, è generalmente migliore della precisione, spesso compresa tra più o meno 0,1-0,2% per i misuratori a turbina di qualità. L'elevata ripetibilità è essenziale per il testing (verifica sul campo delle prestazioni del misuratore utilizzando un misuratore master) e per le applicazioni in cui il requisito primario è la coerenza del flusso piuttosto che l'accuratezza assoluta.

Valori di pressione e temperatura

Il corpo del misuratore e le parti interne devono resistere alla pressione operativa massima e alla temperatura dell'applicazione senza cedimenti strutturali o cambiamenti dimensionali che altererebbero il fattore K. I misuratori di portata a turbina a gas per il servizio del gas naturale sono generalmente disponibili con valori di pressione di PN16, PN25, PN40 e Classe 150/300/600 secondo ASME B16.5, coprendo pressioni di linea da atmosferica a oltre 100 bar in alcune configurazioni. I valori di temperatura per i modelli industriali standard vanno da circa da meno 20 a più 60 gradi Celsius per l'elettronica e da meno 40 a più 120 gradi Celsius per il corpo meccanico nelle varianti di servizio ad alta temperatura. I misuratori di servizio criogenici per la misurazione del vapore di gas naturale liquefatto (GNL) si estendono fino a meno 196 gradi Celsius utilizzando corpi in acciaio inossidabile e materiali per cuscinetti e rotori appositamente selezionati.

Gamma di dimensioni dei tubi

I misuratori di portata a turbina a gas sono prodotti con linee di dimensioni standard da circa Da 15 mm (0,5 pollici) a 600 mm (24 pollici) foro nominale, con design a corpo wafer per dimensioni più piccole e corpi flangiati a passaggio totale per diametri nominali maggiori. La scelta della dimensione del misuratore non corrisponde necessariamente al diametro nominale della tubazione: i contatori a turbina devono essere dimensionati in modo tale che il normale flusso operativo ricada nella metà superiore dell'intervallo di flusso dichiarato del misuratore, dove la linearità è migliore, piuttosto che pari o vicino alla portata massima che rischia di superare il servizio continuo nominale e accelerare l'usura dei cuscinetti.

Applicazioni in cui i misuratori di portata a turbina a gas eccellono

I misuratori di portata a turbina a gas sono in produzione commerciale dagli anni '50 e hanno accumulato una lunga esperienza sul campo in diversi settori. La loro combinazione di precisione, rangeability e ingombro di installazione relativamente compatto li rende la scelta preferita nelle seguenti categorie di applicazioni.

Cessione fiscale e misura fiscale del gas naturale

L'applicazione più significativa dei misuratori di portata a turbina a gas a livello globale è il trasferimento fiscale del gas naturale tra produttori, società di trasmissione, società di distribuzione e grandi consumatori industriali. Nelle stazioni di misura per misura fiscale, l'uscita del contatore viene utilizzata direttamente per calcolare il valore monetario del gas trasferito, rendendo obbligatorie la precisione e la tracciabilità rispetto agli standard di misurazione nazionali. AGA-7 è lo standard industriale che disciplina la progettazione, le prestazioni e l'installazione dei misuratori di portata a turbina per la misura fiscale del gas naturale in Nord America. La norma ISO 9951 copre la stessa applicazione a livello internazionale. Questi standard specificano la tracciabilità della calibrazione, i budget di incertezza, i requisiti di installazione e le procedure di prova che costituiscono la base contrattuale per una fatturazione accurata tra i partner commerciali del gas.

Una tipica installazione per misure fiscali utilizza due o tre misuratori a turbina in parallelo con commutazione automatizzata del flusso e un tester del misuratore dedicato per la verifica della calibrazione in servizio. Il prover consente di verificare il fattore K rispetto a uno standard di volume certificato senza rimuovere il contatore dal servizio, garantendo che qualsiasi deriva nelle prestazioni del contatore venga rilevata e corretta prima che si traduca in un errore di misurazione significativo che richiederebbe una compensazione finanziaria tra le parti.

Misurazione del gas di processo industriale

Nella produzione chimica, petrolchimica e farmaceutica, i misuratori di portata a turbina a gas misurano azoto, ossigeno, idrogeno, argon, anidride carbonica e gas di processo misti nei sistemi di tubazioni che servono reattori, scambiatori di calore, sistemi di spurgo e sistemi di copertura. La loro capacità di gestire gas puliti ad alta pressione e le dimensioni compatte del corpo li rendono pratici laddove lo spazio è limitato dalla disposizione delle tubazioni esistenti. Nei sistemi di gestione dei bruciatori per forni e caldaie industriali, i misuratori a turbina forniscono il segnale di flusso utilizzato per calcolare i rapporti aria/combustibile ottimizzati per l'efficienza di combustione e la conformità alle emissioni.

Sistemi di aria compressa e gas strumentali

L'aria compressa è uno dei servizi ad alta intensità energetica nel settore manifatturiero e i misuratori di portata delle turbine a gas installati nei collettori di distribuzione dell'aria compressa consentono ai gestori dell'energia di quantificare il consumo per area di produzione, identificare le perdite e valutare i miglioramenti dell'efficienza energetica. Il misuratore misura il volume effettivo alla pressione e alla temperatura della linea e, se combinato con un trasmettitore di pressione e temperatura e un computer di flusso, fornisce il flusso volumetrico corretto in metri cubi standard all'ora o piedi cubi standard al minuto che rappresenta la quantità reale di aria consumata indipendentemente dalle variazioni di pressione del sistema durante i periodi di domanda di picco.

Misurazione del gas combustibile per la produzione di energia

Le centrali elettriche alimentate a gas utilizzano misuratori di portata a turbina per misurare la fornitura di gas combustibile a ciascuna turbina a gas e caldaia. È necessaria una misurazione accurata del carburante per il calcolo del consumo di calore, il monitoraggio dell’efficienza e la comunicazione delle emissioni in condizioni di autorizzazione ambientale. La misurazione della portata dal contatore a turbina, combinata con l'analisi del gas da un cromatografo, consente il calcolo del contenuto energetico del gas consumato per ora, che determina direttamente l'efficienza termica dell'impianto e il costo del combustibile per megawattora di generazione. Un errore dell’1% nella misurazione del gas combustibile in un impianto a ciclo combinato da 400 MW che consuma circa 70.000 m³/h di gas naturale rappresenta un errore di fatturazione equivalente a centinaia di migliaia di dollari all’anno ai prezzi tipici del gas, il che spiega l’investimento in contatori a turbina di alta qualità per il trasferimento fiscale presso gli impianti di produzione di energia.

Limitazioni e applicazioni in cui i contatori a turbina non sono la scelta migliore

La dipendenza del misuratore di portata a turbina a gas dalla rotazione meccanica significa che presenta limitazioni intrinseche in determinate condizioni di servizio che devono essere valutate onestamente confrontandolo con tecnologie alternative per un'applicazione specifica.

Gas sporchi, umidi o corrosivi

Misuratori di portata a turbina a gas richiedono gas pulito e secco per funzionare in modo affidabile. La contaminazione da particolato derivante da incrostazioni di tubi, detriti di costruzione o residui di processo danneggia le pale del rotore e le superfici dei cuscinetti, causando una deriva progressiva del fattore K ed eventuali guasti meccanici. I liquidi trascinati causano danni simili e possono creare bruschi cambiamenti del fattore K quando i liquidi passano attraverso il misuratore. I componenti del gas corrosivo, tra cui acido solfidrico, cloro e composti acidi, attaccano i materiali dei cuscinetti e possono causare il grippaggio del rotore se i materiali bagnati non sono specificatamente selezionati per la resistenza alla corrosione. Prima di specificare un contatore a turbina in qualsiasi servizio di gas, la composizione del gas, compresi i potenziali contaminanti, deve essere confermata come compatibile con il materiale del rotore del contatore, il materiale dell'albero e il tipo di cuscinetto. Il gas che non può essere garantito pulito e asciutto all'ingresso del contatore deve essere misurato mediante una tecnologia priva di parti mobili come un contatore a ultrasuoni o un misuratore a vortice.

Flusso pulsante

I compressori alternativi e le pompe volumetriche generano pulsazioni di pressione nelle tubazioni a valle che causano accelerazioni e decelerazioni periodiche del flusso di gas. Il rotore di una turbina, a causa della sua inerzia e della geometria dell'angolo delle pale, risponde al flusso pulsante registrandosi eccessivamente: accelera quando la velocità del gas aumenta e decelera più lentamente quando la velocità diminuisce, producendo un errore di dosaggio positivo sistematico. In condizioni fortemente pulsanti questo errore può raggiungere Dal 5 al 10% o più , il che è del tutto inaccettabile ai fini del trasferimento fiscale o del controllo dei processi. Gli smorzatori di pulsazioni installati a monte del contatore o la scelta di un contatore a ultrasuoni privo di rotore mobile suscettibile agli effetti inerziali sono le opzioni di bonifica per ambienti a flusso pulsante.

Portate molto basse e numeri di Reynolds bassi

Al di sotto della specifica Qmin del misuratore a turbina, l'attrito del cuscinetto e le forze di resistenza diventano significative rispetto alla forza motrice del flusso di gas, provocando la decelerazione del rotore al di sotto della velocità proporzionale alla velocità del flusso. Il fattore K si discosta dal valore calibrato e l'errore di misurazione aumenta rapidamente. Le applicazioni in cui il flusso scende regolarmente al di sotto del 10% di Qmax per periodi prolungati sono scarsamente servite dai contatori a turbina. I misuratori di portata massica termica o i misuratori Coriolis sono più adatti alla misurazione di gas a basso flusso laddove la soglia di flusso minimo del misuratore a turbina non è costantemente raggiungibile.

Requisiti di installazione per misurazioni accurate

I misuratori di portata a turbina a gas sono sensibili al profilo di velocità del gas al loro ingresso. Un profilo di velocità completamente sviluppato, simmetrico e privo di vortici che entra nel misuratore garantisce che il rotore risponda in modo uniforme su tutti i segmenti della pala e che il fattore K corrisponda al valore calibrato. Profili disturbati causati dai raccordi delle tubazioni a monte creano un flusso asimmetrico o vorticoso che sposta il fattore K effettivo e introduce un errore di misurazione sistematico che nessuna regolazione elettronica può correggere completamente.

Requisiti del tratto di tubo diritto

I tratti rettilinei minimi richiesti a monte e a valle di un misuratore di portata a turbina a gas dipendono dal tipo e dalla gravità del disturbo a monte. AGA-7 fornisce indicazioni specifiche per le configurazioni di tubazioni comuni:

Laddove non sia possibile raggiungere la lunghezza del tubo rettilineo richiesta a causa dei vincoli di spazio della tubazione, un condizionatore di flusso installato a monte del contatore può ridurre significativamente il tratto rettilineo richiesto interrompendo il vortice e ridistribuendo le distorsioni del profilo di velocità. I condizionatori di flusso conformi alle raccomandazioni dell'appendice ISO 17089 o AGA-7 riducono il fabbisogno a monte a circa 10D dopo il balsamo nella maggior parte delle configurazioni di tubazioni, al costo di una piccola caduta di pressione permanente attraverso l'elemento del condizionatore.

Orientamento e posizione di montaggio

I misuratori di portata a turbina a gas possono essere installati con qualsiasi orientamento del tubo, compreso il flusso orizzontale, verticale verso l'alto e verticale verso il basso, a condizione che il misuratore sia progettato per tale orientamento. L'installazione orizzontale è la più comune e generalmente preferita perché evita il potenziale accumulo di liquido all'ingresso del contatore che può verificarsi con un flusso verticale verso il basso nelle linee del gas che trasportano tracce di condensa. Se è necessaria l'installazione verticale, è preferibile il flusso verso l'alto rispetto al flusso verso il basso per garantire che l'eventuale liquido presente defluisca lontano dal rotore anziché accumularsi sulle punte delle pale. Il contatore deve essere installato in un luogo accessibile per la manutenzione e l'ispezione senza la necessità di impalcature o isolamenti temporanei delle tubazioni che potrebbero interrompere il servizio.

Correzione del volume e compensazione della temperatura e della pressione

Un flussometro a turbina a gas misura il volume effettivo di gas che passa attraverso il contatore alle condizioni di pressione e temperatura della linea. Nella maggior parte delle applicazioni commerciali e industriali, la quantità di interesse non è il volume effettivo alle condizioni della linea ma il volume standard o la massa corretta in base a una condizione di riferimento, in genere 0 gradi Celsius e 101,325 kPa (metri cubi standard) o 15 gradi Celsius e 101,325 kPa a seconda del contratto applicabile o dello standard normativo.

Il ruolo del computer di flusso

Un computer di flusso riceve il segnale di impulso dal misuratore a turbina insieme ai segnali di pressione e temperatura dai trasmettitori installati sopra o vicino al misuratore e applica l'equazione di stato del gas reale per calcolare il volume corretto o il flusso di massa in tempo reale. Il fattore di compressibilità Z del gas, che tiene conto della deviazione del comportamento del gas reale dal comportamento del gas ideale a pressioni elevate, deve essere calcolato da un'equazione della composizione del gas come AGA-8 (per il gas naturale) per ottenere la precisione richiesta per la misurazione fiscale. Ad una pressione di linea di 70 bar, il fattore di comprimibilità del gas naturale può essere circa 0,85, il che significa che il volume effettivo alle condizioni della linea è solo l'85% del volume previsto dai calcoli del gas ideale , e trascurare la compressibilità introdurrebbe un errore sistematico del 15% in ogni calcolo di dosaggio a quella pressione. L'implementazione accurata del computer di flusso AGA-8 o dell'equazione di stato equivalente è quindi importante per l'accuratezza complessiva del sistema quanto la qualità della calibrazione del misuratore a turbina stesso.

Integrazione della misurazione dell'energia

Per le applicazioni di gas naturale in cui la transazione commerciale si basa sul contenuto energetico anziché sul volume, il computer di flusso estende il suo calcolo al flusso di energia moltiplicando la portata volumetrica standard per il potere calorifico del gas. Il potere calorifico deriva dall'analisi gascromatografica della composizione presso la stazione di misurazione stessa o da un valore rappresentativo concordato tra le parti. La catena di misurazione dell'energia dall'impulso del contatore a turbina attraverso la correzione del volume fino al calcolo dell'energia è la funzione principale di un sistema di misurazione fiscale ed è verificata rispetto agli standard di misurazione nazionali durante la messa in servizio e nei successivi intervalli di prova.

Manutenzione e durata dei cuscinetti

Il requisito di manutenzione principale di un misuratore di portata a turbina a gas è il sistema di cuscinetti del rotore. Il rotore gira continuamente ad alta velocità durante il funzionamento e i cuscinetti che supportano l'albero del rotore sono soggetti a usura che alla fine richiede la sostituzione. Il tasso di usura dei cuscinetti determina l'intervallo di manutenzione del misuratore e la stabilità del fattore K nel tempo, rendendo la qualità dei cuscinetti uno dei parametri di progettazione più importanti in un misuratore di portata a turbina a gas ad alta affidabilità.

Tipi di cuscinetti e loro longevità

Nei misuratori di portata a turbina a gas commerciali vengono utilizzati tre tipi di cuscinetti, ciascuno con caratteristiche di prestazioni e longevità diverse:

• Cuscinetti a manicotto (diario). : Cuscinetti idrodinamici in cui un sottile film di gas o lubrificante sostiene l'albero del rotore. Nel servizio con gas secco pulito, è il gas di processo stesso a fornire la lubrificazione, eliminando la necessità di fornitura esterna di lubrificante e prevenendo la contaminazione del flusso di gas. I cuscinetti a manicotto nel servizio pulito di gas naturale possono raggiungere una durata di vita pari a cinque-dieci anni o più prima di richiedere la sostituzione.
• Cuscinetti a sfera : I cuscinetti a rotolamento forniscono un basso attrito all'avvio e basse portate, estendendo la gamma utile del misuratore verso velocità di flusso inferiori rispetto a quelle che i cuscinetti a manicotto possono sostenere. Tuttavia, i cuscinetti a sfera richiedono una lubrificazione che deve essere fornita da un serbatoio di lubrificante separato all'interno del corpo del misuratore o da una nebbia di lubrificante nel gas di processo e sono più suscettibili ai danni da contaminazione rispetto ai cuscinetti a manicotto nelle applicazioni con gas sporchi.
• Cuscinetti in ceramica : I cuscinetti ceramici in zirconio o carburo di silicio offrono un'eccellente resistenza all'usura, inerzia chimica e capacità di funzionare senza lubrificazione in ambienti corrosivi o con gas secco dove i cuscinetti metallici convenzionali sarebbero soggetti a rapida usura o attacco di corrosione. I cuscinetti ceramici sono sempre più specificati per applicazioni con gas acido (contenente idrogeno solforato) e gas corrosivi.

Monitoraggio delle condizioni e manutenzione predittiva

I moderni misuratori di portata per turbine a gas incorporano una configurazione a doppio rotore o doppio pickup che fornisce un mezzo per rilevare il degrado dei cuscinetti o danni al rotore in servizio senza rimuovere il misuratore per l'ispezione. In un misuratore a doppio rotore, due rotori sono posizionati in serie all'interno del corpo del misuratore. In condizioni normali, entrambi i rotori girano a velocità determinate dal flusso di gas e il rapporto tra le loro velocità è fissato dagli angoli delle pale. Quando l'usura dei cuscinetti o il danneggiamento del rotore iniziano a influenzare un rotore in modo diverso dall'altro, il rapporto tra le velocità di rotazione cambia, fornendo un segnale diagnostico che indica lo sviluppo di problemi meccanici prima che la precisione della misurazione venga compromessa in modo significativo. Questa capacità di manutenzione predittiva consente agli operatori di pianificare la sostituzione dei cuscinetti durante le interruzioni di manutenzione programmate anziché rispondere in modo reattivo agli eventi di guasto del contatore , che nel servizio di trasferimento fiscale può innescare costose procedure di cambio contatore e potenziali controversie sulla fatturazione.

Calibrazione, prova e tracciabilità

La precisione di un misuratore di portata a turbina a gas utilizzato nella misura fiscale o nella misurazione fiscale è buona quanto la calibrazione che ne ha stabilito la curva del fattore K e il programma di prova che verifica che il fattore K rimanga stabile per tutto il suo periodo di servizio. La calibrazione e la prova sono attività distinte ma complementari che insieme forniscono la tracciabilità metrologica richiesta per transazioni commerciali legalmente applicabili.

Calibrazione di fabbrica

La calibrazione di fabbrica viene eseguita su un impianto di calibrazione del flusso utilizzando un mezzo di riferimento, generalmente aria o gas naturale, con un contatore principale tracciabile o uno standard di volume come riferimento. La calibrazione stabilisce il fattore K a più portate nell'intervallo del misuratore, producendo una tabella di calibrazione o una curva di correzione polinomiale memorizzata nel trasmettitore elettronico del misuratore o nel computer di flusso associato. I certificati di calibrazione devono indicare lo standard di riferimento utilizzato, la sua riferibilità agli standard di misurazione nazionali o internazionali, l'incertezza dello standard di riferimento e l'incertezza estesa del fattore K calibrato del misuratore a ciascuna portata testata. Per i contatori destinati alla misura fiscale, la calibrazione deve essere eseguita sul gas in condizioni rappresentative della pressione di servizio per evitare effetti di densità sul fattore K che non vengono catturati dalla calibrazione dell'aria a pressione atmosferica.

Prova in servizio

Il misuratore di prova verifica il fattore K di un contatore installato in servizio rispetto a un dispositivo prover calibrato o a un contatore principale di calibrazione nota, senza rimuovere il contatore dalla tubazione. Prove per tubi, prove per piccoli volumi e prove per contatori principali sono i tre principali metodi di prova utilizzati per i misuratori di portata a turbina a gas nel servizio di misura fiscale. La frequenza di prova richiesta dalle normative applicabili e dagli accordi commerciali varia ma in genere varia da da mensile ad annuale a seconda dell'entità della transazione misurata e della cronologia di stabilità del contatore. I risultati della prova vengono confrontati con il fattore K stabilito e, se la deviazione supera la tolleranza concordata (tipicamente più o meno dallo 0,25 allo 0,5% a seconda del contratto), il fattore contatore viene adeguato e la discrepanza può innescare una correzione della fatturazione per il periodo di misurazione successivo all'ultima prova valida.

Lista di controllo per la selezione del misuratore di portata a turbina a gas

La scelta di un misuratore di portata a turbina a gas per un'applicazione specifica richiede una valutazione sistematica delle condizioni di processo, dei requisiti prestazionali e dei vincoli di installazione. La seguente lista di controllo copre i parametri critici che devono essere definiti prima che una specifica possa essere completata:

1. Definire la composizione del gas e confermare la pulizia : Identificare tutti i componenti compresi i contaminanti in tracce, il potenziale di condensa e le specie corrosive. Verificare che il gas possa essere garantito pulito e asciutto all'ingresso del contatore in tutte le condizioni operative.
2. Stabilire l'intervallo di flusso includendo le velocità minima, normale e massima : Confermare che l'intervallo di flusso richiesto rientri nell'intervallo ottenibile di un singolo metro o pianificare più contatori in parallelo con la commutazione automatica del flusso se l'intervallo richiesto supera ciò che un singolo contatore può coprire.
3. Specificare i requisiti di precisione e rangeability : Determinare se l'applicazione richiede una precisione di livello fiscale più o meno 0,5% o se una specifica di livello di processo più o meno 1,0% o più o meno 2,0% è accettabile, poiché ciò influisce direttamente sul costo del contatore.
4. Confermare la pressione e la temperatura di esercizio massime : Verificare che i valori nominali di pressione e temperatura del misuratore superino le condizioni massime di disturbo, non semplicemente le normali condizioni operative.
5. Valutare le tubazioni diritte disponibili : Esaminare il sito di installazione per confermare che sia possibile realizzare i tratti rettilinei richiesti a monte e a valle, oppure pianificare l'installazione di un condizionatore di flusso se ciò non è possibile.
6. Determinare il segnale di uscita e i requisiti di integrazione : confermare se l'uscita a impulsi si collegherà direttamente a un flow computer, a una scheda di ingresso DCS o a un sistema SCADA e specificare il formato di uscita richiesto (frequenza, HART, Modbus o conteggio degli impulsi).
7. Specificare il metodo e l'intervallo di lievitazione : Per i contatori per misure fiscali, il metodo di prova deve essere concordato con le parti commerciali prima che vengano specificati il contatore e il prover, poiché alcuni metodi di prova impongono requisiti specifici sulla progettazione del corpo del contatore.

Il misuratore di portata a turbina a gas rimane una delle tecnologie più precise, affidabili ed economiche per la misurazione del gas pulito ad alta velocità in tutta la gamma, dai piccoli impianti industriali alle stazioni di misurazione del trasporto di gas naturale di grande diametro. La sua semplicità meccanica, le fonti di errore ben comprese, l'ampia variabilità e l'infrastruttura matura di calibrazione e prova hanno sostenuto il suo ruolo di tecnologia dominante nella misurazione fiscale del gas naturale per oltre sessant'anni, e nulla sul mercato attuale offre una combinazione sufficientemente convincente di vantaggi concorrenti da spostarla da questa posizione nel prossimo futuro per le applicazioni in cui eccelle davvero.