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MEDICIÓN DE GAS NATURAL
Ing. Edgar Vargas Philips
18 de abril del 2012
Contenido
• Sistema de Medición de Gas Natural
• Cromatografía gaseosa
• Factor de Compresibilidad del Gas Natural
• Contaminantes del Gas natural • Sistema de Gestión de las Mediciones
• Sistema de Gestión de Laboratorios de Calibración
Edgar Vargas Philips evargas@gtb.com.bo; edgarvargasphilips@hotmail.com • Ingeniero Químico (Sucre – Bolivia) • Ingeniero en Sistemas (Sucre – Bolivia) • Diplomado en Ingeniería del Gas Natural (Santa Cruz – Bolivia) • Especialista en Medición de Gas Natural (CTGAS - Brasil) • Medidores Ultrasónicos de Gas (EMERSON - Argentina) • Incertidumbre en la medición de Gas Natural (EEUU ) • Medición de Gas Natural (EEUU ) • Trabajos Realizados:
Operador de Medición (GTB) Operador de Compresión (GTB) Contenido temático de la especialización en Medición de Gas Natural
(TRANSREDES) Lider en la Certificación de la norma ISO10012 (GTB) Coordinador de Medición GTB
• Exposiciones realizadas: Medición Ultrasónica (U.M.R.P.S.F.X.Ch.) Medición de Gas Natural (U.M.R.P.S.F.X.Ch.) Medición de Gas Natural (IBMETRO – Santa Cruz - Bolivia) Congreso Work Shop sobre ISO10012 (Petrobras – Rio de Janerio - Brasil) Aplicación de la norma ISO10012 (FIGAS, Tarija - Bolivia)
Sistemas de Medición de Gas Natural
Sistemas de Medición de Gas Natural
1. Elementos Primarios, Sensor de Temperatura (TE), Medidor(FE), Transmisor de Flujo (FT)
2. Elementos Secundarios, Transmisor de Presión(PT), Transmisor de Temperatura (TT), Cromatografo(AT)
3. Elementos Terciarios, Computadores de Flujo (FQI)
Sistemas de Medición de Gas Natural
1. Elementos Primarios, Sensor de Temperatura (TE), Medidor, Transmisor de Flujo (FT)
2. Elementos Secundarios, Transmisor de Presión(PT), Transmisor de Temperatura (TT), Cromatografo(AT)
3. Elementos Terciarios, Computadores de Flujo (FQI)
Sistema de Medición con Placa de Orifico
Normas y Buenas Practica Aplicables
1. ISO 5167-1 MEASUREMENT OF FLUID FLOW BY MEANS
OF PRESSURE DIFFERENTIAL DEVICES INSERTED IN CIRCULAR CROS-SECTION CONDUITS RUNNING FULL PART 1: GENERAL PRINCIPLES AND REQUERIMENTS.
2. ISO 5167-2 MEASUREMENT OF FLUID FLOW BY MEANS OF PRESSURE DIFFERENTIAL DEVICES INSERTED IN CIRCULAR CROS-SECTION CONDUITS RUNNING FULL PART 2: ORIFICE PLATES.
3. AGA 3 ORIFICE METERIG OF NATURAL GAS AND OTHER RELATED HYDROCARBON FLUIDS PART 1: GENERAL EQUATIONS AND UNCERTAINTY GUIDELINES.
4. AGA 3 PART 2: SPECIFICARTION AND INSTALLATION REQUIREMENTS.
5. AGA 3 PART 3: NATURAL GAS APPLICATIONS.
6. AGA 3 PART 4: BACKGROUND, DEVELOPMENT, IMPLEMENTATION PROCEDURE, AND SUBROUTINE DOCUMENTATION FOR EMPIRICAL FLANGE-TAPPED DISCHARGE COEFFICIENT EQUATION
CONTENIDO • PRINCIPIO DE OPERACIÓN. • MEDIDORES DIFERENCIALES. • DISEÑO Y SELECCIÓN. • ECUACIONES DE FLUJO. • INSPECCIÓN
PRINCIPIO DE OPERACIÓN Medición por Placa de orificio
La placa de orificio es el medidor de flujo más ampliamente
utilizado.
Extensa cantidad de datos experimentales.
Placa de Orificio
Porta Placas
Tubo de Medición
Rectificador y Acondicionador de
Flujo
Tomas de Presión Estática y
Diferencial.
Termopozo
PRINCIPIO DE OPERACIÓN Medición por Placa de orificio
PRINCIPIO DE OPERACIÓN Placa de orificio
Dos formas básicas:
Con Asa: usada en tuberías
con bridas RF
Universal para bridas RTJ y
cajas porta placas.
D
d
Porta Placa
ASA TOMA AGUAS ABAJO
TOMA AGUAS ARRIBA
EMPACADURA ORIFICIO DE DRENAJE
PRINCIPIO DE OPERACIÓN
Caída de la presión estática
D
PR
ESIÓ
N
POSICIÓN
PÉRDIDAS DE PRESIÓN EN LA TUBERÍA
IMPACTO DEL FLUIDO CONTRA LA PLACA DE ORIFICIO
PÉRDIDAS DE PRESIÓN = P1-P3
PLACA DE ORIFICIO
Q P
D
P1
P2
P3
ΔP=P1-P2
5D a 8D
PRINCIPIO DE OPERACIÓN Placa de orificio
Lamina delgada con un orificio
circular concentrica
Espesor pequeño
Bordes rectos
Borde aguas arriba es recto
Dos formas básicas:
Con Asa: usada en tuberías
con bridas RF
Universal para bridas RTJ y
cajas porta placas.
D
d
DISEÑO Y SELECCION Placa de orificio
d: (diámetro del orificio calculado)
diametro interno del orificio ,
calculado a temperatura de flujo
Tf (usado para el calculo).
dm: (diámetro del orificio medido)
diámetro interno del orificio ,
medido a temperatura Tm
correspondiente al instante de la
medición dimensional.
dr: (diámetro de referencia del
orificio) diámetro interno del
orifico calculado a la temperatura
de referencia Tr..
DISEÑO Y SELECCION Tubo de medición
D: (diámetro de la tubería
calculado) diámetro interno de las
sección aguas arriba calculado a la
temperatura de flujo Tf.
Dm: (diámetro del tubería medido)
diámetro interno de la sección de
la sección aguas arriba. Medido a
la Tm correspondiente al instante
en que se llevó a cado la medición
dimensional.
Dr: (diámetro de referencia de la
tubería) diámetro interno de la
sección de la tubería aguas arriba,
calculado a la temperatura de
referencia Tr
DISEÑO Y SELECCION Calculo de los diámetros
α1: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐ó𝑛 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠)
α2: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐ó𝑛 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠)
𝑇𝑟: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
𝑑 = 𝑑𝑟 1 + α1 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑟)
D= 𝐷𝑟 1+∝2∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑟)
𝑑𝑟 = 𝑑𝑚 1 + α1 ∗ (𝑇𝑟 − 𝑇𝑚)
𝐷𝑟 = 𝐷𝑚 1 + α1 ∗ (𝑇𝑟 − 𝑇𝑚)
DISEÑO Y SELECCION
dm promedio de 4 o mas
mediciones
Registrar la Tm
Temperatura ambiente controlado
± 1°F (1±0.5°C).
Placa de Orificio – Diámetro del Orificio y Circularidad
DISEÑO Y SELECCION Calculo del β
Β: relación de diametros
β=𝑑
𝐷
d
D
PRINCIPIO DE OPERACIÓN Placa de Orificio - Planicitud
DISEÑO Y SELECCION
Recto
Afilado libres de acumulación,
libre de polvos, grasas,
aceites
Rasguños
Abolladuras
Raspaduras
Recomendaciones:
Implementar procedimientos
Rugosidad 𝑅𝑎 < 50µ𝑃𝑙𝑔 (1.27µ𝑚)
Rugosímetro
Placa de Orificio - Rugosidad
DISEÑO Y SELECCION
Para el borde aguas arriba y
aguas abajo
Recto
Afilado
Libre de defectos visibles
Libre de asperezas
Placa de Orificio – Borde de la Placa
PRINCIPIO DE OPERACIÓN Placa de Orificio – Borde de la Placa
Se recomienda operar entre un
10% y el 90% del rango
calibrado de las mediciones de
presión diferencial
DISEÑO Y SELECCION Placa de Orificio – Espesores
E
Aguas
abajo Aguas arriba
D
d
e
Flujo
0.005 D e 0.02 D
La diferencia entre cualquier valor medido
de e en cualquier punto del orificio no debe
ser mayor que 0.001 D
e E 0.05 D, sin embargo
si 50 mm D 64 mm, E debe ser 3,2
mm
Si D 200 mm la diferencia entre los valores
medidos de E en cualquier punto de la placa
no debe ser mayor que 0.001 D
Si D < 200 mm la diferencia entre los
valores medidos de E en cualquier punto de
la placa no debe ser mayor que 0.2 mm
Si E e la placa debe ser biselada en el
lado aguas abajo. La superficie biselada
debe estar bien acabada
El ángulo del bisel debe ser 45°± 15°
DISEÑO Y SELECCION Placa de Orificio – Excentricidad
∈𝑥≤0.0025 ∗ 𝐷𝑚
0.1 + 2.3 ∗ 𝛽4
∈𝑥=𝑋 − 𝑋´
2
DISEÑO Y SELECCION Placa de Orificio – Tubo de Medición
DISEÑO Y SELECCION Placa de Orificio – Tubo de Medición
PRINCIPIO DE OPERACIÓN Placa de Orificio – Tubo de Medición
DISEÑO Y SELECCION Placa de Orificio – Tubo de Medición
Cualquier conexión bridada o soldada aguas abajo deber de estar a
por lo menos 2” de la cara aguas debajo de la placa o en su caso
debe estar bien pulida de tal manera de garantizar su circularidad y
rugosidad estipulada.
Los empaques dentro de la región hasta 0.5*D aguas abajo no
debe invadir el área de flujo.
El acondicionar de flujo debe de encontrarse aguas arriba de la
placa de orificio.
Todas las secciones del tubo deben cumplir los requisitos de calidad
superficial.
La rugosidad de la superficie interna del tubo se determina en
misma localización axial donde se determino el diámetro. (realizar
mínimo 4 mediciones)
DISEÑO Y SELECCION Placa de Orificio – Tubo de Medición
Para medidores D nominal <12”
• Si βr<=0.6 rugosidad máxima 300µPlg y > 34µPlg
• Si βr >=0.6 rugosidad máxima 250µPlg y > 34µPlg
Para medidores D nominal >12”
• Si βr<=0.6 rugosidad máxima 600µPlg y > 34µPlg
• Si βr<=0.6 rugosidad máxima 500µPlg y > 34µPlg
DISEÑO Y SELECCION Placa de Orificio – Tubo de Medición – Diámetro del tubo
El Dm se determina con el promedio de por lo menos 4
mediones uniformes espaciadas sobre el plano a 1” de caras
aguas arriba de la placa de orificio.
Para determina UL debe de verificarse por lo menos en dos
secciones trasnversales.
El diámetro del tubo debe realizarse mediciones a 1” aguas
abajo de la placa.
Sobre las secciones aguas abajo DL debe hacerse 2
mediciones de verificación del diametro.
Realizar las mediciones ambiente controlados estables maximo
con variaciones de 5°F
DISEÑO Y SELECCION Tubo de Medición – Diámetro del tubo - Tolerancia
En la región 1D aguas arriba de la placa:
En cualquier otra región aguas arriba de la placa:
𝐷1𝐷𝑚 − 𝐷𝑚
𝐷𝑚∗ 100 ≤ 0.25%
𝐷𝑚𝑎𝑥 − 𝐷𝑚𝑖𝑛
𝐷𝑚∗ 100 ≤ 0.5%
En cualquier otra región aguas abajo de la placa:
𝐷𝐷𝐿 − 𝐷𝑚
𝐷𝑚∗ 100 ≤ 0.5%
DISEÑO Y SELECCION Rectificadores y Acondicionadores de Flujo
Rectificadores de 19 tubos:
• Concéntricos
• Paredes de los tubos en contacto.
• No pueden estar espaciados
DISEÑO Y SELECCION Rectificadores y Acondicionadores de Flujo
Rectificadores de 19 tubos:
• El montaje de los rectificadores debe se axial en el tubo
OD: diámetro del rectificador
LTB: distancia del rectificador
NPS: Diámetro nominal
DISEÑO Y SELECCION Rectificadores y Acondicionadores de Flujo
Rectificadores de 19 tubos:
DISEÑO Y SELECCION Tomas de Presión
Son un par de agujeros taladrados radialmente en la pared del
tubo de medición o del porta placa.
El borde interno deber ser al ras.
En el caso de placas con tomas en las bridas o en la cámara
anular, las tomas deben estar en ángulo recto para facilitar la
manipulación de las válvulas de conexión.
Posicionados longitudinalmente a 1” de la placa de orificio
aguas arriba y aguas abajo.
Ambas tomas deben estar a la misma posición
No se debe utilizar la línea de presión para la toma de
medición de otros instrumentos
DISEÑO Y SELECCION Tomas de Presión
El taladrado de los agujeros para las tomas de presión debe
realizarse radialmente al tubo de medición
Tolerancia:
DISEÑO Y SELECCION Tomas de Presión
El diámetro de las tomas no debe reducirse dentro del
recorrido de una longitud igual a 2.5 veces del diámetro de la
toma.
Todas las tomas de presión deben conservar la circularidad.
El diámetro interno de la línea manométrica debe permanecer
constante hasta el sensor de presión y/o manifold
Para evitar perdidas o caídas de presión en la línea de gas
entre la tomada y en sensor de presión esta debe diseñarse
con la menor longitud posible.
DISEÑO Y SELECCION Tomas de Presión – Estática - diferencial
Presión estática, se puede medir directamente o
obtenerse agregando la presión atmosférica a la
presión manométrica.
Presión Diferencial, medida entre las tomas en
las brida aguas arriba y abajo.
DISEÑO Y SELECCION Tomas de Temperatura
Los termopozos se localizan aguas abajo pueden estar a
una distancia entre DL y 4DL con acondicionador y a una
distancia no inferior de 36 plg
ECUACIONES DE FLUJO
Leyes
La ecuaciones de flujo se basa en las siguientes leyes:
Conservación de la masa.
Conservación de la energía.
Ecuaciones de estado
Ecuaciones empíricas.
Postulados termodinámicos.
ECUACIONES DE FLUJO Ecuación de Bernoulli
ECUACIONES DE FLUJO Ecuación de Continuidad
ECUACIONES DE FLUJO Ecuación para Caudal de Masa
∈: 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛
C: coeficiente de descarga 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎
Fh: Factor de corrección 𝐹ℎ = 1 + 1 − 𝛽4(𝑑ℎ
𝑑)2
ECUACIONES DE FLUJO Calculo del coeficiente de descarga (C)
ECUACIONES DE FLUJO Calculo del factor de expansión isentropica (Є)
Calculo del Caudal
𝑞𝑣 =𝑞𝑚
𝜌𝑡,𝑝 𝑄𝑣 =
𝑞𝑚
𝜌𝑏
qv : flujo volumétrico en condiciones de operación
Qv : Flujo volumétrico en condiciones estándares
¿PREGUNTAS?
FIN
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