Het aardgasverbruik meten: een thermisch alternatief voor turbinewielmeters en quantometers

In één oogopslag: thermische massadebietmeters van CS INSTRUMENTS meten het aardgasverbruik zonder bewegende meetonderdelen en geven direct de gestandaardiseerde volumestroom weer – voor verbruiksmonitoring, kostenplaatsen en energiemanagement. De VA 550 en VA 570 zijn, afhankelijk van de uitvoering, verkrijgbaar met ATEX/IECEx-certificering of met DVGW-goedkeuring voor aardgas (tot 16 bar).

Wanneer is het gebruik van een thermische massa debietmeter de moeite waard?

In industriële aardgasnetwerken worden meestal turbinewielmeters, zuigergasmeters en quantometers gebruikt; gebruikers spreken soms in het algemeen van vleugelwielmeters. Wanneer lage doorstroomhoeveelheden onvoldoende worden geregistreerd, bewegende meetonderdelen onderhoud vergen of digitale verbruiksgegevens ontbreken, is een thermische massa debietmeter voor aardgas het alternatief dat het overwegen waard is.

Zo werken turbinewiel- en roterende-zuiger-gasmeters – en waar hun grenzen liggen. Bij de turbinewiel-gasmeter komt de gasstroom in contact met een mechanisch gelagerd turbinewiel en drijft dit aan; het toerental is evenredig aan de stroomsnelheid en, via de bekende buisdiameter, aan het volume. Bij de roterende-zuiger-gasmeter drijft het drukverschil rotoren aan in een meetkamer, die elk een exact gedefinieerde hoeveelheid gas insluiten en deze naar de consument doorvoeren. Het bruikbare meetbereik van mechanische gasmeters hangt sterk af van het type, de grootte, de bedrijfsdruk en de uitvoering: eenvoudige quantometers werken vaak met een aanzienlijk lagere dynamiek dan een thermische sensor.

De principiële beperkingen van beide typen zijn de bewegende onderdelen: lagers verslijten door vuil of slijtage en veroorzaken meetafwijkingen, overschrijding van het meetbereik kan lagerschade veroorzaken, sommige lagers moeten regelmatig worden gesmeerd – wat in de praktijk gemakkelijk wordt verwaarloosd –, bij vervuild gas ontstaan grotere afwijkingen en reiniging is nauwelijks mogelijk; bij de roterende-zuigergasmeter komt daar nog het constructiegebonden drukverlies bij.

Deellast en pieken meten: de VA 550 en VA 570 bieden een meetbereik tot 1:1000. De werkelijke minimale en maximale doorstroming (Qmin/Qmax) blijven bepalend. Bij de VA 550 en VA 570 kan het meetbereik worden gekozen op basis van de toepassing (Low Speed, Standard, Max en High Speed). Andere voordelen van het thermische principe zijn het verwaarloosbaar kleine drukverlies en het meten van zeer kleine verbruiken: de VA 550 en VA 570 worden vaak ingezet bij grote buisdiameters met een laag gasverbruik, waar mechanische gasmeters hun grenzen bereiken.

Rotorslijtage voorkomen: het thermische principe meet aan de hand van de warmteafgifte van een verwarmde sensor – zonder rotorlagers, met een gering extra drukverlies. De sensoren (verwarming en temperatuursensor) zijn ontwikkeld voor ruw industrieel gebruik en ingebouwd in een dunne, robuuste roestvrijstalen buis: geen lagers, geen slijtage, gemakkelijk toegankelijk en eenvoudig te reinigen bij vervuiling. De apparaten zijn zeer robuust en vrijwel onderhoudsvrij.

Normvolume direct weergeven: Mechanische gasmeters zijn doorgaans bedrijfsvolumemeters; de omrekening naar normvolume vindt plaats via externe omrekeners met extra druk- en temperatuursensoren. Om de vereiste nauwkeurigheid te bereiken, moeten deze sensoren uiterst nauwkeurig zijn en in of dicht bij de meter zijn geplaatst – hun meetfouten worden meegenomen in de nauwkeurigheid van de meter, die doorgaans wordt aangegeven in bedrijfsvolume. De VA 550 en VA 570 meten de thermische massastroom en geven op basis daarvan, bij geschikte gasparametrering en vastgelegde referentieomstandigheden, direct de gestandaardiseerde volumestroom door; een aparte omzetter met extra druk- en temperatuurmeting is hiervoor niet nodig. Voor vergelijkingen moeten de referentieomstandigheden overeenkomen (bijv. 0 °C; 1.013,25 mbar (a) volgens DIN 1343 – ook wel norm-m³/Nm³ genoemd); voor kWh-balansen komt daar de verbrandingswaarde bij.

Bedrijfsvolume of normvolume: waarom het verschil bij aardgas doorslaggevend is

Bij een verhoogde bedrijfsdruk is het normvolume groter dan het bedrijfsvolume – in de verhouding van de absolute drukken, bovendien gecorrigeerd voor de temperatuur. Als een bedrijfsvolume ten onrechte als normvolume wordt weergegeven of verwerkt, wordt het werkelijke gasverbruik systematisch onderschat en volgt de kWh-balans deze fout één op één, omdat deze lineair afhankelijk is van het volume:

Daarnaast speelt de temperatuur een rol: tussen een gastemperatuur van 20 °C en de normwaarde van 0 °C ligt het verschil op ongeveer 7 %. De waarden dienen ter illustratie met een ideaal gas; voor facturering of uiterst nauwkeurige toestandsomrekening moet onder andere rekening worden gehouden met temperatuur, gaskwaliteit en samendrukbaarheid (DVGW-regelgeving G 685). De meest voorkomende foutbron in energiebalansen is niet de meetnauwkeurigheid, maar een onopgemerkte onjuiste volumereferentie.

Waar is thermische aardgasmeting bijzonder de moeite waard?

In hoofd- en distributieleidingen bewaakt een meetplaats continu het totaal verbruik van een gebouw, een zone of een ketelhuis – bij grotere bestaande leidingen is de VA 550 als insteektype sensor interessant, omdat er geen complete inline-meetgedeelte in de nominale diameter hoeft te worden ingebouwd. Direct vóór afzonderlijke consumenten (ketels, branders, productie-installaties) wordt zichtbaar welke consument wanneer hoeveel aardgas nodig heeft – de basis voor belastingsprofielen en kostenplaatsen. Het meest veelzeggend is de combinatie: hoofdmeting plus submeters tonen het totaal verbruik en de verdeling daarvan.

Hoe komen de gemeten waarden in het energiebeheersysteem terecht?

Bij veel geïnstalleerde mechanische bestaande meters gebeurt de doorgifte van de verbruikswaarde uitsluitend via een pulsuitgang; moderne elektronische meters kunnen ook digitale interfaces bieden. De VA 550 en VA 570 kunnen – afhankelijk van de bestelde uitvoering – via Modbus TCP over Ethernet rechtstreeks worden geïntegreerd in het centrale besturingssysteem of in energiemonitoringsoftware (doorstroom, totaal verbruik, gastemperatuur); een RTU/TCP-gateway is niet nodig. Optionele PoE combineert gegevensoverdracht en stroomvoorziening in één netwerkkabel – dat vermindert de installatie-inspanning, met name bij meerdere meetplaatsen. Als alternatief zijn Modbus RTU, 4–20 mA, impuls, M-Bus, IO-Link of HART beschikbaar.

Voordelen bij montage, onderhoud en herkalibratie

VA 550 achteraf inbouwen als insteektype sensor: de sensor wordt via een geschikte procesaansluiting of kogelkraan gemonteerd. Een diepteschaal en een gedefinieerde uitlijning zorgen voor een reproduceerbare sensorpositie. De VA 550 is ontworpen voor werkdrukken tot 50 bar (DVGW-uitvoering tot 16 bar); in- en uitbouw onder druk vindt plaats via een ½"-kogelkraan met borgring.

VA 570 als inline-oplossing: bij reiniging of herkalibratie blijft het meetgedeelte in de leiding zitten – alleen de sensoreenheid wordt verwijderd. Voor herkalibratie wordt de sensor opgestuurd; vervangende sensoren kunnen voor de duur van de kalibratie worden geïnstalleerd, zodat er geen bedrijfsonderbreking ontstaat.

Bediening: Bij de VA 550 en VA 570 maken optische toetsen instellingen mogelijk zonder de behuizing te openen – de bediening van beide apparaten is identiek. Digitale apparaat- en statusinformatie (Modbus-registers) ondersteunen het opsporen van fouten en de overdrachtsdocumentatie.

Praktijkvoorbeeld: Van verbruikswaarde naar procesindicator

Bij een keteltoepassing worden 330 Nm³/h aardgas en 5.000 kg/h stoom gemeten. Uit het gasverbruik, de calorische waarde en de stoomgegevens wordt het ketelrendement berekend – in het gedocumenteerde voorbeeld 84 %. Zo wordt de pure verbruiksmeting een betrouwbare indicator voor rendement en onderhoud. (→ Toepassingsrapport stoomketel)

Welke aardgasdebietmeter is geschikt voor de toepassing?

Wat geldt er voor ATEX en de gasinstallatie?

VA 550 en VA 570 zijn, afhankelijk van de variant, verkrijgbaar met ATEX/IECEx-goedkeuring; de Ex-markering van deze varianten luidt volgens het gegevensblad: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (gas) en II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (stof); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. In de Ex-uitvoering geldt een mediumtemperatuur tot 120 °C en beschermingsklasse IP 65. Het EU-typegoedkeuringscertificaat is te vinden in de downloadrubriek. Het is de verantwoordelijkheid van de exploitant om te controleren of het apparaat geschikt is voor de specifieke explosieveiligheidszone. CS INSTRUMENTS stelt hiervoor technische gegevensbladen en Ex-certificaten ter beschikking, maar vervult geen adviserende rol met betrekking tot zone-indeling of geschiktheid voor een specifieke installatie.