Medicin de Gas Natural con Medidores Coriolis CORIOLIS

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Medición de Gas Natural con Medidores Coriolis CORIOLIS MASS FLOW METERS FOR NATURAL GAS

Medición de Gas Natural con Medidores Coriolis CORIOLIS MASS FLOW METERS FOR NATURAL GAS MEASUREMENT by Karl Stappert, Micro Motion, Inc. JORNADAS LATINOAMERICANAS DE REFINACION CUYO 2006 Mendoza, Octubre 2006 Fernando C. Martínez Gerente de Ventas División Flujo – Cono Sur

AGA Reporte Numero 11 / API MPMS Capitulo 14. 9 Medición de Gas Natural

AGA Reporte Numero 11 / API MPMS Capitulo 14. 9 Medición de Gas Natural utilizando Medidores Coriolis • AGA (American Gas Association) Reporte 11 y API (American Petroleum Institute) capitulo 14. 9 del MPMS (Manual Petroleum Measurements Standards) tratan sobre las mediciones de Gas Natural utilizando medidores Coriolis. • AGA 11 especificamente se concentra en mediciones de de gas natural cuyos rangos de composición se encuentran comprendidos en AGA 8 (Factores de compresibilidad para Gas Natural y otros gases de hidrocarburos). • La tecnología Coriolis posee muy buena exactitud a bajos caudales permitiendo manejar rangeabilidades de 30: 1 o mayores a presiones de 300 psi (20 Bar) • Los gases son fluidos compresibles y cuando son medidos con tecnologías tradicionales se requiere disponer de la medición de presión y temperatura de proceso para el calculo del volumen corregido. • La tecnología Coriolis mide la masa del gas en forma directa con la mas alta exactitud. Slide: 2

Teoría de Operación – Flujo Masico En un medidor Coriolis, la fuerza inercial es

Teoría de Operación – Flujo Masico En un medidor Coriolis, la fuerza inercial es provista por la vibración de los tubos. La deformación del tubo (twist) o ángulo de deflexión del plano de vibración es medida y convertida en una medición de flujo. à Esta demostrado que el diseño de tubo dual es el mas eficiente para cancelar los efectos de vibraciones externas, pero existen otras geometrías para ajustarse a diferentes aplicaciones o para evitar la transgresión. Flujo de patentes. à Eje Axial Tubos del sensor Flujo Vibración Twist Slide: 3

AGA 11 – Calibración de los medidores Coriolis Reporte GRI 04/0172 La calibración con

AGA 11 – Calibración de los medidores Coriolis Reporte GRI 04/0172 La calibración con agua puede ser transferida a aplicaciones en gas natural sin perdida de la exactitud. Slide: 4

AGA 11 – Ensayo de los efectos de instalación Reporte GRI-01/0222 No es requerido

AGA 11 – Ensayo de los efectos de instalación Reporte GRI-01/0222 No es requerido ningun acondicionamiento de flujo o tramos rectos Slide: 5

AGA 11 – Apéndice G Vibración y Fluido pulsante Slide: 6

AGA 11 – Apéndice G Vibración y Fluido pulsante Slide: 6

Rangeabilidad de un Medidor Coriolis Alta presión = Alta Rangeabilidad La instalación ideal de

Rangeabilidad de un Medidor Coriolis Alta presión = Alta Rangeabilidad La instalación ideal de un medidor Coriolis es aguas arriba del regulador Principales consideraciones en el dimensionamiento del medidor: - Caída de presión @ Flujo máximo Slide: 7 - Exactitud @ Flujo mínimo

Compensación por Temperatura y Presión à Las diferencias de temperatura y presión afectan las

Compensación por Temperatura y Presión à Las diferencias de temperatura y presión afectan las características de vibración de los tubos y sin bien este efecto es muy pequeño comparado al efecto que puede causar la estabilidad del cero, el Reporte AGA 11 (apéndice C) recomienda sean compensados. à La compensación por efecto de la temperatura en la elasticidad de los tubos se realizaautomáticamente por medio del sensor RTD incluido en el sensor. à La presión estática del gas puede inducir un pequeño error en la rigidez de los tubos fundamentalmente a presiones mayores de 500 psi y su compensación se realiza por medio del monitoreo de esa presión a través de transductores externos. Slide: 8

AGA 11 – Velocidad del Gas y Filtración à Los tubos de los sensores

AGA 11 – Velocidad del Gas y Filtración à Los tubos de los sensores Coriolis están fabricados en aceros con aleaciones de níquel (aceros inoxidables, hastelloy) para evitar la corrosión y erosión à El reporte AGA 11 indica en su punto 3. 1. 2. 2, que el gas a altas velocidades generara ruido que afectara la señal del medidor, pero esto rara vez es una preocupación a valores por debajo de los 200 ft/s. à Aunque la erosión por corrosión y velocidad no es una preocupación en medidores Coriolis si lo es la posibilidad de que el flujo transporte partículas sólidas abrasivas. Restos sólidos transportados a alta velocidad pueden impactar en el diámetro interior de los tubos erosionándolos. à La presencia de restos pegajosos como por ejemplo grasas y/o lubricantes que han fugado de compresores y válvulas pueden adherirse a las paredes de los tubos modificando su masa y afectando a la medición. à Una correcta selección de filtros debería proteger a los medidores de los efectos de abrasión y recubrimiento interior del tubo. El Reporte AGA 11 en el punto 8. 2. 6 alienta al uso de filtros para protección del medidor. Slide: 9

Aprobaciones para Transferencia de Custodia à AGA Reporte 11 à API MPMS capitulo 14.

Aprobaciones para Transferencia de Custodia à AGA Reporte 11 à API MPMS capitulo 14. 9 à API MPMS capitulo 5. 6 à NIST, Estados Unidos à PTB, Alemania à NMi, Holanda à Measurement Canada à INMETRO, Brasil à El instituto de pesos y medidas de Holanda NMi ha realizado diferentes ensayos que demostraron que los factores de calibración determinados con agua eran transferibles a mediciones de gas sin necesidad de calibraciones en campo à Como soporte de lo enunciado por el Nmi, el apéndice J del Reporte AGA 11 publica el ensayo realizado por el Pigsar de Alemania específicamente realizado con un medidor CMF 300 de Micro Motion a una presión de 450 psi (31 Bar). Los resultados obtenidos de la calibración realizada con agua y gas arrojaron exactitudes promedio mejores de +/-0, 2% en un rango mayor a 20: 1. à En el año 2001 Measurement Canada aprobó específicamente a Micro Motion como fabricante de medidores Coriolis aptos para transferencia de custodia de gas natural. à Óptimos resultados fueron obtenidos en diferentes calibraciones realizadas en Estados Unidos y Australia con medidores de 3”. Slide: 10

Conversión de masa a volumen en condiciones estándar RS 485 or Pulse AGA 8

Conversión de masa a volumen en condiciones estándar RS 485 or Pulse AGA 8 Detail AGA 8 Gross 1 or 2 Slide: 11

Orientación del medidor y requerimientos de instalación à La instalación recomendada para el uso

Orientación del medidor y requerimientos de instalación à La instalación recomendada para el uso de medidores Coriolis en aplicaciones de medición de gas es con los tubos hacia arriba. à Un medidor Coriolis puede también ser instalado en bandera para aplicaciones en medición de gas con la dirección de flujo hacia abajo para evitar la acumulación de condensados, sólidos, sedimentos u otros factores que puedan afectar su performance. à Una ventaja importante de los medidores Coriolis es que no se requieren tramos rectos antes o después del medidor como tampoco ningún elemento acondicionador del flujo. Slide: 12

Porque utilizar medidores Coriolis Medición volumétrica à Los medidores Coriolis no son afectados por

Porque utilizar medidores Coriolis Medición volumétrica à Los medidores Coriolis no son afectados por perfiles de flujo, y proveen mayor rangeabilidad que un medidor volumétrico basado en Placa Orificio, Acondicionador de Flujo Vortex o Turbina velocidad 42 D No tramos rectos à à à 6 D No hay limitación en el numero de Reynolds No hay partes móviles que puedan desgastarse Reducidos puntos de fuga Bajo costo de mantenimiento Bajo costo de instalación Slide: 13

Instalación en cañería y soportación à Una instalación adecuada del medidor es requerida para

Instalación en cañería y soportación à Una instalación adecuada del medidor es requerida para asegurar la exactitud y confiabilidad en la medición. à Es importante disponer de una cañería suficientemente alineada, se recomienda utilizar dispositivos de alineación para la cañería de entrada y salida del medidor durante los trabajos soldadura de las conexiones que serán utilizadas para montar el medidor. Efectos basados en esfuerzos axiales y de torsión pueden afectar fundamentalmente la estabilidad del cero. Anclajes firmes aguas arriba y abajo del medidor son necesarios para una adecuada soportación para aislar las vibraciones externas que podrían influir en la especificación del error de la medición à Slide: 14

AGA 11 – Recomendaciones de instalación à En el punto 8. 2. 1 (Piping

AGA 11 – Recomendaciones de instalación à En el punto 8. 2. 1 (Piping Configuration) del Reporte AGA 11 podemos encontrar un ejemplo de instalacion de un medidor Coriolis para medición de gas. à Una buena recomendacion es instalar un by-pass con valvulas de bloqueo que nos permita inspecionar el medidor sin interrumpir el servicio Double Block & Bleed Valve Slide: 15

Mantenimiento y verificaciones en campo à Verificación del Cero – La estabilidad del cero

Mantenimiento y verificaciones en campo à Verificación del Cero – La estabilidad del cero debe ser chequeada periódicamente y ajustada si su valor no se ajusta a la especificación. Un corrimiento en el cero puede significar erosión, corrosión o recubrimiento interno (coating) que afecta a la performance del medidor. à Chequeo de los diagnósticos del sensor y transmisor – Según lo indicado en el punto 5. 4. 5 del Reporte AGA 11, los fabricantes deben proveer a sus medidores de capacidad de diagnósticos que cubran al menos la información de estado de la bobina principal o de excitación, amplitud de las bobinas sensoras (pickoff), temperatura, indicación de status y calidad de la medición, alarmas de falla y valor de la densidad. à Análisis de la tendencia de la densidad medida – Si bien al momento de la publicación del Reporte AGA 11 la densidad medida por el medidor Coriolis no podía ser considerada para el calculo de conversión de masa a volumen, esta información es vital para estructurar la base de los diagnósticos. – La densidad medida por el medidor Coriolis es utilizada para el análisis y diagnostico de recubrimiento interno, erosión y corrosión. Slide: 16

Sumario de beneficios de los Medidores Coriolis à Son medidores de flujo bidireccional à

Sumario de beneficios de los Medidores Coriolis à Son medidores de flujo bidireccional à La medición de masa no es afectada por cambios en la composición del gas. à No posee partes sometidas a rodajes que requieran mantenimientos frecuentes à No es requerido dispositivos de acondicionamientos de flujo ni tramos rectos aguas arriba y abajo del medidor à Inmune a vibraciones o flujo pulsante à Los medidores Coriolis no son afectados por perfiles de flujo, y proveen mayor rangeabilidad que un medidor volumétrico basado en velocidad à Alta capacidad de diagnósticos disponible à Menor costo de instalación comparado con otras tecnologías à Reducidos puntos de fuga Slide: 17

Conclusiones à La tecnología Coriolis es relativamente nueva en aplicaciones de medición de gas

Conclusiones à La tecnología Coriolis es relativamente nueva en aplicaciones de medición de gas natural pero desde hace muchos años ha sido exitosamente utilizada en transacciones comerciales de GNC. Por ejemplo, en Argentina Micro Motion es proveedor de los mayores fabricantes de dispensadores de venta local e internacional. à Los principales organismos de aprobación internacional han certificado que la tecnología Coriolis es perfectamente apta para aplicaciones de transferencia de custodia de gas natural. à Los factores de calibración obtenidos en ensayos realizados con agua son perfectamente transferibles a la calibración con gas. à El uso de la tecnología es recomendada principalmente para aplicaciones en tamaños de línea de 8” o menores, donde una alta rangeabilidad es requerida y donde las condiciones de proceso sean muy variables. Slide: 18

Cadena de suministro de gas natural Producción Slide: 19

Cadena de suministro de gas natural Producción Slide: 19

Producción Medición de gas húmedo (wet gas) High turndown Slide: 20

Producción Medición de gas húmedo (wet gas) High turndown Slide: 20

Cadena de suministro de gas natural Grandes consumidores de gas Slide: 21

Cadena de suministro de gas natural Grandes consumidores de gas Slide: 21

Grandes consumidores Generación – Aplicación dual Daniel Senior. Sonics 10” con R 050 Slide:

Grandes consumidores Generación – Aplicación dual Daniel Senior. Sonics 10” con R 050 Slide: 22 • Medición de flujos mínimos en central de generación • 475 psig • 1. 8 to 320 MMSCF/D – (Dual Senior. Sonic) • 0. 12 to 2 MMSCF/D – (R 050) • Necesidad de alta rangeabilidad • Implementación económica • Medición confiable • Solución de medición provista por Daniel

Cadena de suministro de gas natural Almacenamiento de gas natural Slide: 23

Cadena de suministro de gas natural Almacenamiento de gas natural Slide: 23

Almacenamiento de gas natural 27 Medidores CMF 200 Pozos de inyección Slide: 24

Almacenamiento de gas natural 27 Medidores CMF 200 Pozos de inyección Slide: 24

Cadena de suministro de gas natural Gas natural licuado Slide: 25

Cadena de suministro de gas natural Gas natural licuado Slide: 25

Gas natural licuado – Gas. Net, Australia Filling truck Slide: 26

Gas natural licuado – Gas. Net, Australia Filling truck Slide: 26

Gas natural licuado – Gas. Net, Australia – 165°C Gas natural licuado Slide: 27

Gas natural licuado – Gas. Net, Australia – 165°C Gas natural licuado Slide: 27

Cadena de suministro de gas natural City Gates Slide: 28

Cadena de suministro de gas natural City Gates Slide: 28

Aplicacion en City Gates - CMF 300 Dual con Master Meter in-situ PIGSAR Calibrations

Aplicacion en City Gates - CMF 300 Dual con Master Meter in-situ PIGSAR Calibrations Condiciones de Operación • 0. 7 to 64 MMSCF/D Normal • 90/1 Min Turndown @ 15 psid • 115 MMSCF/D Maximum • 160/1 Max Turndown @ 50 psid • 450 psig Previous Equipment Equipamiento previo Nota de Aplicación • “ 0. 1 % or better pay/reference match!” (48+ months) • $100 K project savings! (straight run engr’g, fabr, installation Transferencia de Custodia en Gas. Natural Slide: 29

Cadena de suministro de gas natural Grandes consumidores de gas Slide: 30

Cadena de suministro de gas natural Grandes consumidores de gas Slide: 30

Distribución Alimentación de Fuel Gas para generación Fuel gas a una central de generación

Distribución Alimentación de Fuel Gas para generación Fuel gas a una central de generación Slide: 31

Cadena de suministro de gas natural Consumidores comerciales Slide: 32

Cadena de suministro de gas natural Consumidores comerciales Slide: 32

Dispensadores de GNC y probadores CNG 050, estándar de mercado CNG Dispenser WWW. TGTCNG.

Dispensadores de GNC y probadores CNG 050, estándar de mercado CNG Dispenser WWW. TGTCNG. COM CNG Prover CNG 050 Powered! Slide: 33

Model 3711 Gas Flow Computer Slide: 34

Model 3711 Gas Flow Computer Slide: 34

Model 3711 Specification General Requirement Description Power 12 -24 VDC Power +/-20% Enclosure Explosion

Model 3711 Specification General Requirement Description Power 12 -24 VDC Power +/-20% Enclosure Explosion Proof 2” Pipe Mount Die-cast aluminum alloy iridite plating and MMI blue paint 2 Line LCD Display Labeling Micro Motion branding and contact information, Serial Number, Model Number, Approvals Information, and Bar Code Size Compact… MMI Transmitter-like (6. 3” x 5. 9” x 5. 3”) Environmental -50°C to 85°C Storage -40°C to 75°C Operating 5 to 95%, non condensing at 140°F Radiated emissions meet FCC Part 15, Class A Radiated and conductive transmissions meet requirements of IEC 61326 Electrical Equipment for Measurement, Control, Laboratory, and Industrial Location Slide: 35

Model 3711 Specification I/O Requirement Description Power 12 -28 VDC @ 2. 25 Watts

Model 3711 Specification I/O Requirement Description Power 12 -28 VDC @ 2. 25 Watts (190 ma Max. ) Expansion I/O 1 Analog/Digital Output RTD 2 or 3 -wire RTD element (0. 00385 alpha) (4 -20 ma, 12 bit res. @ 0. 1% of Full Scale) Sensing range – 40 to +240 °C 2 Analog/Digital Input EIA-485 (RS 485) 19, 200 bps (Terminals A & B) (1 -5 VDC, 0. 5% over – 40 to +65 °C) Core Processor Power 15 VDC @ 140 ma Max. (Terminals + and -) 2 Pulse/Digital Input MVD Interface Remote Com. User Com. EIA-232 (RS 232 C) 1200 to 19. 200 bps or optional Bell 212 2400 baud modem (Contact sense, 10 KHz max, software selectable de-bounce) Native ROC and Extended Modbus protocol 1 Digital Output EIA-232 (RS 232 C) 1200 to 19. 200 bps (selectable) (Solid state, 50 VDC, 0. 2 amps max, 3000 V Isolation) Native ROC and Extended Modbus protocol Slide: 36

Model 3711 Specification Pressure Measurement * Second Release Requirement Description Pressure Sensor Stainless Steel

Model 3711 Specification Pressure Measurement * Second Release Requirement Description Pressure Sensor Stainless Steel 0 -300 or 0 -1000 psig @ 0. 35% of Span at -40 to 70°C ¼” – 18 NPT Process Connections Pressure Sensor Options * Inferred Pressure Z – No Pressure Sensors 1 - 300 PSIA & None 2 - 1000 PSIA & None 3 - 300 PSIA & 300 PSIA 4 - 300 PSIA & 1000 PSIA 5 - 1000 PSIA & 1000 PSIA Inferred pressure w/auto-compensation of flow pressure effect (Patent Pending) Slide: 37

3711 Measurement Standards Overview • Global Flow Measurement Compliance • AGA 8 -92 (Equation

3711 Measurement Standards Overview • Global Flow Measurement Compliance • AGA 8 -92 (Equation of State) • • • GPA 2145 -03 & 2172 -96 (Base Condition Equations and Constants) • Gas Producers Association, Standard 2145 published 2003 – Table of Physical constants for Hydrocarbons and other compounds of interest to the Natural Gas Industry • Gas Producers Association, Standard 2172 published 1996 – Calculation of gross heating value, relative density, and compressibility factor from compositional analysis GOST 30319. 2 -96 (Equation of State) • • European Gas Research Group, Publication GERG TM 5 – Calculates compression factor, molar density, mass density and gas mixture molar mass. ISO 6976 (Base Condition Equations and Constants) • • Russian Agency for Technical Regulation and Metrology, Standard 30319. 2 published 1996 – Methods for calculating Natural Gas compressibility factor SGERG-91 (Equation of State) • • America Gas Association, Report No. 8 published 1992 – Compressibility factors of natural gas and other related hydrocarbon gases International Organization for Standardization, Standard 6976 - Natural Gas calculation of Calorific values, density, relative density, and Wobbe Index from composition API MPMS Chapter 21 Compliance • • • Measurement Accounting Methodology Historical Databases Event and Alarm Logging Slide: 38

Model 3711 Specification Gas Property Inputs 4 -20 ma (BTU) 4 -20 ma (Specific

Model 3711 Specification Gas Property Inputs 4 -20 ma (BTU) 4 -20 ma (Specific Gravity) RS 232 Modbus (Gas Composition) Radio to Radio (Gas Composition) Radio Phone Land line SCADA Slide: 39

Model 3711 Specification Gas Sampler Control (pulse/MCF) 4 -20 ma (BTU) Slide: 40

Model 3711 Specification Gas Sampler Control (pulse/MCF) 4 -20 ma (BTU) Slide: 40

Model 3711 Specification Odorant Injection Control Odorizer Control (4 -20 ma Flow) Odorizer Control

Model 3711 Specification Odorant Injection Control Odorizer Control (4 -20 ma Flow) Odorizer Control (pulse/MCF) Odorization Verification (1 pulse/injection) Slide: 41

Model 3711 Target Applications Purified Gas Typical Applications • Fuel Gas • Process Gas

Model 3711 Target Applications Purified Gas Typical Applications • Fuel Gas • Process Gas • Custody Transfer Purified Gases • Natural Gas Gathering • Check Metering Fuel Gas Gathering/Production Gas Process Gas Check Metering Slide: 42

3711 Target Applications Single Pressure Sensor Target Applications • City Gates • Industrial Gates

3711 Target Applications Single Pressure Sensor Target Applications • City Gates • Industrial Gates • Power Gates • Check Metering Inferred Upstream Pressure Downstream • Delivery Pressure • Flow Pressure Effect Slide: 43

3711 Target Applications Dual Pressure Sensor Target Applications • City Gates • Industrial Gates

3711 Target Applications Dual Pressure Sensor Target Applications • City Gates • Industrial Gates • Power Gates • Fuel Gas Measured Downstream Pressure • Delivery Pressure Measured Upstream Pressure • Line Pack • Flow Pressure Effect Slide: 44

3711 Target Applications Flow Control Target Applications: • Allocation • Injection • Withdrawal Slide:

3711 Target Applications Flow Control Target Applications: • Allocation • Injection • Withdrawal Slide: 45

Model 3711 Specification Configuration Software • ROCLINK 800 is the easy-to-use software for configuration

Model 3711 Specification Configuration Software • ROCLINK 800 is the easy-to-use software for configuration and downloading data • Compatible with Emerson Flow Computer Division flow computers for mixed-technology installations • On-line help screens get first-time users up and running quickly Slide: 46

Model 3711 Specification Core Processor Interface • General Info Screen • Mass Flow Setup

Model 3711 Specification Core Processor Interface • General Info Screen • Mass Flow Setup Screen • Density Setup Screen • Temperature Setup Screen • Diagnostics Screen • User Registers Screen Slide: 47

Historical Databases • The 3711 maintains API Chapter 21 compliant historical archives for measured

Historical Databases • The 3711 maintains API Chapter 21 compliant historical archives for measured and calculated values, and events/alarms. • Up to 35 standard history points can be archived on an hourly and daily basis for up to 35 days. • An extended history database supports data logging of 15 points at intervals from 1 to 60 minutes, giving operators the flexibility to meet the needs of advanced applications. Slide: 48

Event and Alarm Logs • The Event Log records the last 240 parameter changes

Event and Alarm Logs • The Event Log records the last 240 parameter changes and power on/off cycles. • The Alarm Log records the last 240 occurrences of alarms (set or clear). • The logs can be viewed, saved to a disk file, or printed by using ROCLINK 800 software. Slide: 49