Analisis de Las Normas AGA 3, 7, 8 y 9 en Español

ANALISIS Y UTILIZACIÓN DE REPORTES ANALISIS Y UTILIZACIÓN DE REPORTES AGA APLICABLES A LA MEDICIÓN DE AGA APLICABLES A LA MEDICIÓN DE

GAS NATURALGAS NATURAL

KAZUTO KAWAKITA KAZUTO KAWAKITA IPT Instituto de Pesquisas TecnológicasIPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas

LaboratórioLaboratório de de VazãoVazã[email protected]@ipt.br

IPTIPTIPT

1ª JORNADA TÉCNICA INTERNACIONAL EN 1ª JORNADA TÉCNICA INTERNACIONAL EN MEDICION DE FLUJO DE GASMEDICION DE FLUJO DE GAS

4, 5 y 6 de Septiembre, 2002Bucaramanga Colombia

IPTIPTIPT

AGA Report nº 3Orifice Metering of Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Fluids

AGA Report nº 7Measurement of Gas by Turbine Meters

AGA Report nº 8Compressibility Factors of Natural Gas and OtherRelated Hydrocarbon Gases

AGA Report nº 9Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic meter

IPTIPTIPTCAMPO DE APLICACION

Medidores tipo turbina axiales

Regula la medición de gas en los siguientes aspectos:

Construcción

Instalación

Operación

Prácticas de calibración

Métodos de cálculo para determinación de flujo volumétricoy másico de gas

CONSTRUÇÃO

COMPONENTES DEL MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPTIPT

Cuerpo

FIGURA 1

SalidaEntradaEstator de

entradaEstator

de salida

Pasaje anular

Rotor da turbina

Conexión

Invólucro do mecanismo

Indicador mecánico o electrónico

CONSTRUÇÃO

MEDIDORES TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPTIPT

VARIACION DE PARAMETROS DENTRO DE

UN MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPTIPT

Curva de presión a través de un medidor turbina

Presión p

Conversión de energiapresión energia rotacional

Diagrama equivalente de fluidode un medidor tipo turbina

Toma de presión

Termómetro de control

Comprimento

Pt100

Diferença de temperatura 1oC

Variaçión de la temperatura del gas a través de una turbinaa una velocidad de 18 m/s.

CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPTIPT

CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA

(Short coupled)

IPTIPTIPTIPTIPT

CONFIGURACION OPCIONAL PARA INSTALACION DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA

(Closed coupled)

IPTIPTIPTIPTIPT

CONFIGURACION RECOMENDADA PARA INSTALACION DE MEDIDOR TIPO TURBINA

ANGULAR

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTRECTIFICADOR DE FLUJO

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTCURVA DE EXACTITUD DE UN MEDIDOR TIPO

TURBINA A PRESION ATMOSFÉRICA

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTEFECTO DE FLUJO HELICOIDAL EN UN

MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPT

LIMITACION DE APLICACION DEL MEDIDOR TIPO TURBINA

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTPRUEBAS DE UN MEDIDOR TIPO TURBINA EN

DIFERENTES PRESIONES Y DESPUES DE 5 AÑOS

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPTIPTCOMPRESIBILIDAD

Definición del Diccionario de la Industria del Petróleo:

“Relación del volumen real del gas a una temperatura y presión dadaspor el volumen del gas cuando es calculado por la Ley de los Gases Ideales.”

O sea: Z = PV / n R TDesvio de la Ley de los Gases Ideales o “no-idealidad de un gas.”

Z es afectada por la: - presión- temperatura- composición del gas

IPTIPTIPTIPTIPT

Importante para una medición exacta de flujo de gas

COMPRESIBILIDAD

• No es fácil de entender y calcular

• Exige algún conocimento de química

• Despreciable en las condiciones base

• Puede representar 20% de corrección del volumen e altas presiones

• Varía mucho en función de la composición

• Los hidrocarburos son más compresibles que los gases inertes

Pero, es muchas veces equivocada porque:

IPTIPTIPTIPTIPTModelo teórico de una molécula de Metano (CH4)

H

HH

HC

Gas ideal (He, Freon): colisión elástica entre las moléculas de gas

Gas real: colisión no es perfectamente elástica entre lasmoléculas de gas debido a las fuerzas de Van der Waals(adherencia)

IPTIPTIPTIPTIPTMÉTODOS DE CÁLCULO DEL FACTOR DE

COMPRESIBILIDAD Z

• Sumatoria de los segundos coeficientes viriales GPA 2172-86 yanteriores

• Método alternativo de sumatoria de los términos b1/2

• NX-19 (Método AGA anterior a 1992)

• AGA-8 Gross

• AGA-8 Detail

IPTIPTIPTIPTIPTMÉTODO DEL AGA REPORT No. 8

Publicado en 1992, con la intención de cubrir un rango mas amplio de condiciones, y de ser mas exacto.

Las ecuaciones para cálculo de Fpv son ecuaciones de estado basadasen mezclas complejas y conjuntos de combinaciones binarias de moléculas puras.

Basado en ecuaciones iterativas de cálculo computacional

El cálculo detallado y una combinación de la Segunda Ecuación Virialpara aplicaciones de baja densidad, y funciones exponenciales para lasaplicaciones de densidad mas elevada, como en las líneas de transportede gas natural.

IPTIPTIPTIPTIPT

MATRIZ DE COBERTURA DEL AGA REPORT No. 8

IPTIPTIPTIPTIPT

AGA REPORT No. 8 Detail Method

AGA REPORT No. 8 Gross Method

• Rango de aplicación masamplio

• Permite el cálculo con datosincompletos de la calidad del gas

• Rango de aplicación restringido

• Permite el uso de la gravedad, calor específico o composición demetano, y concentraciones de

CO2 y N2.

• Exige un análisis completo del gas

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Incertidumbre del cálculo de la AGA Report No. 8 Detail Method

IPTIPTIPTIPTIPT

Error de Z o Fpv versus Presión

Fpv

= 1/

Zb

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

PSIA 146.4 409.8 673.2 936.6

FPV Gás rico(1239 BTU)

FPV Gás pobre(1034 BTU)

1200

Fpv: antiguo factor de supercompresibilidad

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTIPTIPT

ρΔ⋅β−

⋅π⋅= P d Cm 21

14

24

&

hNormas: ISO 5167 e AGA Report #3

P T

Ddβ =

PLACA DE ORIFICIO

v D d

ΔP

IPTIPTIPTIPTIPT

Escoamento

Tomadas de pressão dotipo corner taps

Tomadas de pressão dotipo D e D/2

Tomadas depressão do tipo

flange tapsPressãosobre aparedeinternado tubo

Perda de cargaefetiva

Plano da "venacontracta"

TOMAS DE PRESIÓN

IPTIPTIPTIPTIPT

El AGA Report No. 3, Part 2 suministra las exigencias de la especificación y de la instalación para la medición de fluidosNewtonianos monofásicos y homogéneos utilizando sistemas de medición con placas de orificio concéntrico con tomas de presión de tipo flange taps.

El documento presenta las especificaciones para la construcción e instalación de placas de orificio, tubos de medición y conexionesasociadas.

La utilización de placas con tomas de presión del tipo pipe tapsestá detallada en el AGA Report No. 3, Part 3.

PREFACIO

IPTIPTIPTIPTIPT

El AGA Report No. 3, Part 2, 4th edition, 2000 trae alteracionesen las tolerancias de especificaciones mecánicas en relación a lasediciones anteriores.

En particular, las exigencias en cuanto a los tramos rectos de tubería fueron ampliadas.

Este cambio reduce la incertidumbre atribuible a los efectos de la instalación a una magnitud menor que la de la incertidumbre del banco de datos en el cual se basa la ecuación de Reader-Harris/Gallagher (RG), por lo tanto, no deberia afectar la incertidumbre previamente definida para esta ecuación.

REQUISITOS DE ESPECIFICACION E INSTALACION

IPTIPTIPTIPTIPT

El documento no exige la actualización de instalaciones ya existentes.

La decisión sobre la actualización de las instalaciones existenteses una decisión que corresponde a las partes involucradas.

Entretanto, si las instalaciones de medición no fueran actualizadas, pueden ocurrir errores de medición debido al acondicionamientoinadecuado del flujo en los tramos rectos de tubería aguas arriba.

ACTUALIZACION DE INSTALACIONES YA EXISTENTES

IPTIPTIPTIPTIPT

La norma se basa en relaciones de diámetros (βr) en el rangoentre 0.10 y 0.75

El uso de medidores en los extremos del rango de βr debeevitarse siempre que sea posible

La incertidumbre mínima para el coeficiente de descarga Cd esconseguida con βr entre 0.2 y 0.6 y diámetros de orificios iguales o mayores que 0,45 pulgadas

RELACION DE DIAMETROS βr

IPTIPTIPTIPTIPT

ELEMENTO PRIMARIO

El elemento primario se define como el “conjuntoconstituído por la placa de orifício, la porta-placa con sus tomas de presión diferencial asociadas, el tubo de medición, y el acondicionador de flujo, si es utilizado.”

IPTIPTIPTIPTIPT

IPTIPTIPTMeasurement of Gas by

Multipath Ultrasonic Meters

Transmission Measurement CommitteeReport No. 9

Copyright © 1998 American Gas AssociationAll Rights Reserved

Operating SectionAmerican Gas Association

1515 Wilson BoulevardArlington, Virginia 22209

Catalog No. XQ9801

June 1998

IPTIPTIPTPrincipio de Operación

UnoUno o o masmas pares de pares de transductorestransductoresTránsitoTránsito alternadoalternado de de señalseñal de 100 (& 200) kHzde 100 (& 200) kHzMediciónMedición de la de la diferenciadiferencia en el en el tiempotiempo de de tránsitotránsitoCadaCada par de par de transductorestransductores muestramuestra variasvarias veces/segveces/segDeterminaciónDeterminación de la de la velocidadvelocidad del gasdel gasCalculaCalcula el el volumenvolumen a a partirpartir de la de la velocidadvelocidad mediamedia

Transdutores

DL/2 L/2

ϕv

IPTIPTIPTTransmisión de Señal Ultra-sónica

IPTIPTIPT

ϕ⋅cosv +c L = t j

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ϕ⋅ t1 -

t1

cos 2L = v̂

mj

ϕ⋅− cosvcL=tm

Ecuaciones Básicas Importantes

IPTIPTIPT

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Rr - 1v = v(r)

n1

maxdr v(r)

L1 = v L∫

v(r)dS S1 =V S∫∫

dL v(r) L1

dS v(r) S1

= kL

S

c

∫

∫∫

4dv = Q

2

m⋅π

⋅

v = f k vm adjust c L⋅ ⋅

La La expresiónexpresión masmas importanteimportante !!!!!!

Ecuaciones Básicas Importantes

IPTIPTIPT

Requisitos de un Medidor Ultra-sónico

CuerpoCuerpo del del medidormedidor de de altaalta calidadcalidad

RelojReloj de de altaalta resoluciónresolución

ElectrónicaElectrónica estableestable

SistemaSistema de de procesamientoprocesamiento de de señalesseñales inteligenteinteligente

ResultadosResultados de de pruebaspruebas y y calibracionescalibraciones extensivasextensivas

IPTIPTIPT

Ejemplo de Tiempo de Tránsito

Diámetro nominal del medidor= 12”Longitud típica del rayo = 0,70 mVelocidad del sonido en GN = 387 m/s

Tiempo de tránsito para velocidad cero del gas = Longitud / Velocidad del sonido =

0,70 / 387 = 0,0018 segundos

IPTIPTIPT

Tempo de trânsito a montante: ϕcosv cL =Tm ⋅−

Tm = (0,700) / (387 – 2 · Cos 60°) = 1,8093 · 10-3 Sec.

Diferença = 1,8065 · 10-3 – 1,8093*10-3 = 2,753 · 10-6 s !

Ejemplo de Tiempo de Tránsito

Tiempo de tránsito aguas arriba : ϕcosvcLTj ⋅+

=

(Velocidad del gas a 0,61 m/s )

T j = ( 0,700 ) / (387 + 2 . Cos 60 °) = 1.8065 . 10 -3 Sec.

IPTIPTIPTRayo Reflectivo Único

((MediciónMedición parapara control)control)

IPTIPTIPTDos Rayos Reflectivos((TransferenciaTransferencia de de custodiacustodia))

IPTIPTIPTTres Rayos Reflectivos((TransferenciaTransferencia de de custodiacustodia))

IPTIPTIPTCombinación Matricial de Cinco Rayos

((TransferenciaTransferencia de de custodiacustodia))

IPTIPTIPT

Aplicaciones de Medidores Ultra-sónicos

MedicionesMediciones de de transferenciatransferencia de de custodiacustodia

PlantasPlantas termoeléctricastermoeléctricas

Balance de Balance de gasoductosgasoductos

AlmacenamientoAlmacenamiento subterraneosubterraneo

Control de Control de compresorescompresores

MediciónMedición offshoreoffshore parapara pagopago de de impuestosimpuestos

IPTIPTIPT

Ventajas del Medidor Ultra-sónico

AmplioAmplio rangorango de de operaciónoperación (> 50:1)(> 50:1)

No No causacausa pérdidapérdida de de cargacarga

MediciónMedición de de flujoflujo bibi--direccionaldireccional

ExactitudExactitud elevadaelevada

LinealidadLinealidad

ExentoExento de de partespartes móvilesmóviles, , bajobajo mantenimientomantenimiento

AplicableAplicable a gases a gases sucjossucjos y con y con algunosalgunos líquidoslíquidos

IPTIPTIPT

Limitaciones Operacionales Típicas

TemperaturaTemperatura del gas: del gas: --30°C 30°C ⇒⇒ +80°C+80°C

PresiónPresión del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 del gas: 1 a 690 bar g (15 a 10000 psipsi g)g)

ContenidoContenido de COde CO22 inferior a 20%inferior a 20%

TemperaturaTemperatura ambienteambiente: : --40°C 40°C ⇒⇒ +60°C+60°C

NivelNivel de Hde H22S S dependedepende del del transductortransductor

VelocidadesVelocidades del gas del gas hastahasta 30 30 m/sm/s

IPTIPTIPT

Requisitos Generales de Instalación

10D 10D aguasaguas arribaarriba recomendadorecomendado

5D 5D aguasaguas abajoabajo recomendadorecomendado

AcondicionadorAcondicionador de de flujoflujo opcionalopcional

EvitarEvitar válvulasválvulas de control con dif >14 bar.de control con dif >14 bar.

CalibraciónCalibración contra contra medidormedidor patrónpatrón opcionalopcional

IPTIPTIPT Requisitos de Desempeño de AGA #9

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

-1,2

-1,4

-1,6

q min q t q max

Err

o[%

]

Repetitividade±0,4% (q i < q t )

Repetitividade: ± 0,2% (q i ≥ q t )q t ≤ 0,1q max

Erro max pico a pico: 0,7% (q i ≥ q t )

Leitura de zero < 12 mm/s (para cada feixe acústico)

Limite expandido do erro: +1,4% (q i < q t)

Limite de erro para medidorespequenos (<12”): +1,0%Limite de erro para medidoresgrandes (>12”): +0,7%

Limite de erro para medidoresgrandes (>12”): -0,7%Limite de erro para medidorespequenos (<12”): -1,0%

Limite expandido do erro: -1,4% (q i < q t)

IPTIPTIPTRequisitos de AGA 9 para medidores < 12”

Repetibilidad: ±0,2% ( q t ≤ q i ≤ q max )± 0,4% ( q min ≤ q i ≤ q t )

Resolución: ±0,001 m/s

Intervalo de muestreo: ≤ 1 segundo

Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acústico

Error máximo: ±1,0% ( q t ≤ q i ≤ q max )±1,4% ( q min ≤ q i ≤ q t )

(Ver Fig. 1)

Error máximo pico a pico: 0,7 % ( q t ≤ q i ≤ q max ) (Ver Fig. 1)

IPTIPTIPTRequisitos de AGA 9 para medidores ≥ 12”

Repetibilidad: ±0,2% ( q t ≤ q i ≤ q max )± 0,4% ( q min ≤ q i ≤ q t )

Resolución: ±0,001 m/s

Intervalo de muestreo: ≤ 1 segundo

Lectura de caudal nula: < 12 mm/s para cada rayo acústico

Error máximo: ±0,7% ( q t ≤ q i ≤ q max )±1,4% ( q min ≤ q i ≤ q t )

(Ver Fig. 1)

Error máximo pico a pico: 0,7 % ( q t ≤ q i ≤ q max ) (Ver Fig. 1)

IPTIPTIPTCapacidad de los Medidores Según AGA #9

Dimensão Nominal

QMin [ACFH]

Qt [ACFH]

QMax [ACFH]

Fundo de escala [ACFH]

Faixa de operação

3 800 1 500 18 500 24 000 12.3 / 23.2 4 900 2 000 32 000 40 000 16.0 / 35.6 6 1 000 3 000 72 000 90 000 24.0 / 72.0 8 1 200 3 500 125 000 150 000 35.7 / 104.2 10 2 000 4 000 200 000 240 000 50.0 / 100.0 12* 2 500 5 000 250 000 360 000 50.0 / 100.0 12 3 000 5 500 280 000 360 000 50.9 / 93.3 16 5 000 8 000 450 000 562 500 56.3 / 90.0 20 7 000 12 000 700 000 900 000 58.3 / 100.0 24 10 000 17 000 1 000 000 1 200 000 58.9 / 100.0 30 15 000 25 000 1 600 000 2 000 000 64.0 / 106.7 36 20 000 35 000 2 300 000 2 812 500 67.7 / 115.0

IPTIPTIPTCalibración de un medidor de 4”

4 Inch Meter Repeatability

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocity (fps)

Erro

r (Pe

rcen

t)

Velocidade [ ft/s]

Erro

de in

dica

ção

[ % ]

REPETITIVIDADE

IPTIPTIPTCalibración de un medidor de 4”

4 Inch Meter Performance

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocity (fps)

Erro

r (Pe

rcen

t)Er

rode

indi

caçã

o[ %

]

Velocidade [ ft/s]

DESEMPENHO

IPTIPTIPT

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

0.7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Velocity (Feet per Second)

Perc

ent E

rror

Velocidad [ ft/s]

Erro

de in

dica

ção

[ % ]

Calibración de diversos medidores de 8”

IPTIPTIPTCalibración de varios medidores de 8” a 30”

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

0.7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Velocity (Feet per Second)

Perc

ent E

rror

Velocidad [ ft/s]

Erro

de in

dica

ção

[ % ]

Analisis de Las Normas AGA 3, 7, 8 y 9 en Español

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