Měření spotřeby zemního plynu: Tepelná alternativa k turbínovým měřičům a kvantometrům

Stručný přehled: Tepelné průtokoměry od společnosti CS INSTRUMENTS měří spotřebu zemního plynu bez pohyblivých měřicích částí a přímo poskytují normovaný objemový průtok – pro monitorování spotřeby, rozpočtové jednotky a energetický management. Modely VA 550 a VA 570 jsou v závislosti na provedení k dispozici s certifikací ATEX/IECEx nebo s certifikací DVGW pro zemní plyn (do 16 bar).

Kdy se vyplatí použít termický snímač hmotnostního průtoku?

V průmyslových zemních plynových sítích se většinou používají turbínové plynoměry, pístové plynoměry a kvantometry; uživatelé někdy obecně hovoří o lopatkových plynoměrech. Pokud jsou nízké průtoky nedostatečně měřeny, pohyblivé měřicí části vyžadují údržbu nebo chybí digitální údaje o spotřebě, je teplotní snímač hmotnostního průtoku pro zemní plyn alternativou, kterou stojí za to zvážit.

Takto fungují turbínové a rotačně-pístové plynoměry – a kde leží jejich limity. U turbínového plynoměru proud plynu naráží na mechanicky uložené turbínové kolo a pohání ho; jeho otáčky jsou úměrné rychlosti proudění a prostřednictvím známého průřezu potrubí i objemovému průtoku. U plynoměrů s rotačními písty pohání tlakový rozdíl rotory v měřicí komoře, z nichž každý uzavírá přesně definované množství plynu a dopravuje jej dále ke spotřebiteli. Využitelný měřicí rozsah mechanických plynoměrů silně závisí na konstrukci, velikosti, provozním tlaku a provedení: Jednoduché kvantometry často pracují s výrazně nižší dynamikou než teplotní snímač.

Principiální omezení obou typů spočívají v pohyblivých částech: ložiska stárnou v důsledku znečištění nebo opotřebení a způsobují odchylky v měření, překročení měřicího rozsahu může vést k poškození ložisek, některá ložiska je třeba pravidelně mazat – což se v praxi snadno opomíjí –, při znečištěném plynu dochází k větším odchylkám a čištění je téměř nemožné; u plynoměrů s rotačním pístem k tomu přibývá konstrukčně daná tlaková ztráta.

Snímání částečného zatížení a špiček: Modely VA 550 a VA 570 nabízejí měřicí rozsah až 1:1000. Rozhodující zůstávají skutečný minimální a maximální průtok (Qmin/Qmax). U modelů VA 550 a VA 570 lze zvolit měřicí rozsah podle konkrétní aplikace (Low Speed, Standard, Max a High Speed). Dalšími výhodami tepelného principu jsou zanedbatelná tlaková ztráta a měření i nejmenších spotřeb: Modely VA 550 a VA 570 se velmi často používají u velkých průřezů potrubí s nízkou spotřebou plynu, kde mechanické plynoměry narážejí na své limity.

Zamezení opotřebení rotoru: Termální princip měří na základě tepelného vyzařování vyhřívaného senzoru – bez ložisek rotoru a s minimální dodatečnou tlakovou ztrátou. Senzory (ohřívač a teplotní senzor) jsou vyvinuty pro drsné průmyslové podmínky a jsou zabudovány do tenké, robustní trubky z nerezové oceli: žádná ložiska, žádné opotřebení, snadný přístup a v případě znečištění snadné čištění. Přístroje jsou velmi robustní a téměř bezúdržbové.

Přímý výstup normovaného objemu: Mechanické plynoměry jsou zpravidla měřiči provozního objemu; přepočet na normovaný objem se provádí pomocí externích převodníků objemu s přídavnými snímači tlaku a teploty. Aby bylo dosaženo požadované přesnosti, musí být tyto snímače vysoce přesné a musí být umístěny v měřiči nebo v jeho těsné blízkosti – jejich chyby měření se sčítají k přesnosti měřiče, která je zpravidla uváděna pro provozní objem. Modely VA 550 a VA 570 snímají tepelný hmotnostní průtok a na jeho základě při vhodném nastavení parametrů plynu a stanovených referenčních podmínkách přímo udávají normovaný objemový průtok; samostatný převodník objemu s dodatečným měřením tlaku a teploty k tomu není nutný. Pro srovnání musí být referenční podmínky shodné (např. 0 °C; 1 013,25 mbar (a) podle normy DIN 1343 – označované také jako normovaný m³/Nm³); pro bilance v kWh se k tomu připočítává výhřevnost.

Provozní objem nebo normovaný objem: Proč je tento rozdíl u zemního plynu rozhodující

Při zvýšeném provozním tlaku je normovaný objem větší než provozní objem – v poměru absolutních tlaků, navíc korigovaný o teplotu. Pokud je provozní objem nesprávně uváděn jako normovaný objem nebo dále zpracováván, dochází k systematickému podhodnocení skutečné spotřeby plynu a bilance v kWh tuto chybu přesně kopíruje, protože lineárně závisí na objemu:

K tomu je třeba připočítat teplotní vliv: mezi teplotou plynu 20 °C a normativní teplotou 0 °C je rozdíl přibližně 7 %. Uvedené hodnoty slouží pouze pro ilustraci s ideálním plynem; pro účtování nebo vysoce přesný přepočet stavu je třeba zohlednit mimo jiné teplotu, vlastnosti plynu a stlačitelnost (norma DVGW G 685). Nejčastějším zdrojem chyb v energetických bilancích není přesnost měření, ale nepozorovaný nesprávný objemový vztah.

Kde se měření tepelné energie zemního plynu obzvláště vyplatí?

V hlavních a rozvodných potrubích monitoruje měřící bod nepřetržitě celkovou spotřebu budovy, areálu nebo kotelny – u větších stávajících potrubí je zajímavý model VA 550 jako vpichovací snímač, protože není nutné instalovat kompletní inline měřicí úsek v jmenovitém průměru. Přímo před jednotlivými spotřebiči (kotle, hořáky, výrobní zařízení) je zřejmé, který spotřebič kdy spotřebovává kolik zemního plynu – to je základ pro profily zatížení a nákladová střediska. Nejvýstižnější je kombinace: hlavní měření spolu s podružnými měřiči ukazuje celkovou spotřebu a její rozložení.

Jak se naměřené hodnoty dostávají do systému energetického managementu?

U mnoha nainstalovaných mechanických stávajících měřidel se přenos hodnoty spotřeby provádí pouze přes impulsní výstup; moderní elektronická měřidla mohou rovněž nabízet digitální rozhraní. Přístroje VA 550 a VA 570 lze – v závislosti na objednaném provedení – prostřednictvím Modbus TCP přes Ethernet přímo integrovat do centrálního řídicího systému nebo do softwaru pro monitorování energie (průtok, celková spotřeba, teplota plynu); není tak zapotřebí brána RTU/TCP. Volitelná technologie PoE kombinuje přenos dat a napájení v jednom síťovém kabelu – to snižuje náročnost instalace, zejména v případě více měřících bodů. Alternativně jsou k dispozici rozhraní Modbus RTU, 4–20 mA, impuls, M-Bus, IO-Link nebo HART.

Výhody při montáži, údržbě a rekalibraci

Dodatečná montáž VA 550 jako zapichovacího snímače: Snímač se instaluje přes vhodný procesní vstup nebo kulový ventil. Hloubková stupnice a definované vyrovnání zajišťují reprodukovatelnou polohu snímače. Snímač VA 550 je dimenzován pro provozní tlaky do 50 bar (provedení podle DVGW do 16 bar), montáž a demontáž pod tlakem se provádí pomocí ½" kulového ventilu s pojistným kroužkem.

VA 570 jako řešení typu inline: Při čištění nebo rekalibraci zůstává měřicí úsek v potrubí – vyjímá se pouze snímačová jednotka. Pro rekalibraci se snímač zasílá k výrobci; na dobu kalibrace lze nainstalovat náhradní snímače, takže nedochází k přerušení provozu.

Ovládání: U modelů VA 550 a VA 570 umožňují optická tlačítka provádět nastavení bez otevření krytu – ovládání obou přístrojů je identické. Digitální informace o přístroji a stavu (Modbus registry) usnadňují vyhledávání chyb a dokumentaci při předání.

Příklad z praxe: Od hodnoty spotřeby k procesnímu ukazateli

V případě kotlové aplikace se měří 330 Nm³/h zemního plynu a 5 000 kg/h páry. Z spotřeby plynu, výhřevnosti a údajů o páře se vypočítá účinnost kotle – v dokumentovaném příkladu 84 %. Tím se z pouhého měření spotřeby stává spolehlivý ukazatel pro účinnost a údržbu. (→ Zpráva o použití parního kotle)

Který průtokoměr zemního plynu je vhodný pro danou aplikaci?

Co platí pro ATEX a plynové instalace?

VA 550 a VA 570 jsou v závislosti na variantě k dispozici s certifikací ATEX/IECEx; označení Ex těchto variant je podle technického listu: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (plyn) a II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (prach); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. U provedení Ex platí teplota média do 120 °C a stupeň ochrany IP 65. Osvědčení o typové zkoušce EU je k dispozici v sekci ke stažení. Posouzení vhodnosti pro konkrétní zónu ochrany proti výbuchu je povinností provozovatele. Společnost CS INSTRUMENTS k tomuto účelu poskytuje technické listy a certifikáty Ex, nepřijímá však žádnou poradenskou roli, pokud jde o rozdělení zón nebo vhodnost pro konkrétní zařízení.