Måling af naturgasforbrug: Et termisk alternativ til turbinehjulsmålere og kvantometre

Overblik: Termiske massestrømsmålere fra CS INSTRUMENTS måler naturgasforbruget uden bevægelige måledele og angiver standardiseret volumenstrøm – til forbrugsovervågning, omkostningssteder og energistyring. VA 550 og VA 570 fås, afhængigt af udførelsen, med ATEX/IECEx-godkendelse eller med DVGW godkendelse til naturgas (op til 16 bar).

Hvornår er det en fordel at anvende en termisk masseflowmåler?

I industrielle naturgasnet anvendes der oftest turbinehjulsmålere, stempelgasmålere og kvantometre; brugere omtaler dem undertiden generelt som vingehjulsmålere. Hvis lave gennemstrømninger ikke registreres tilstrækkeligt, bevægelige måledele medfører vedligeholdelse, eller der mangler digitale forbrugsdata, er en termisk masseflowmåler til naturgas et alternativ, der er værd at undersøge.

Sådan fungerer turbinehjuls- og roterende stempelgasmålere – og hvor deres begrænsninger ligger. I en turbinehjulsgasmåler rammer gasstrømmen et mekanisk lejet turbinehjul og driver det; omdrejningshastigheden er proportional med strømningshastigheden og, via det kendte rørtværsnit, med volumenstrømmen. I en roterende stempel-gasmåler driver trykforskellen rotorer i et målekammer, som hver især indkapsler en nøjagtigt defineret gasmængde og transporterer den videre til forbrugerne. Det anvendelige måleområde for mekaniske gasmålere afhænger i høj grad af konstruktion, størrelse, driftstryk og udførelse: Enkle kvantometre arbejder ofte med en betydeligt lavere dynamik end en termisk sensor.

De principielle begrænsninger for begge konstruktionstyper er de bevægelige dele: Lejer ældes på grund af snavs eller slid og forårsager måleafvigelser, overskridelse af måleområdet kan medføre skader på lejerne, nogle lejer skal smøres regelmæssigt – hvilket i praksis let overses –, ved forurenet gas opstår der større afvigelser, og en rengøring er næsten umulig; hos roterende stempelgasmålere kommer det konstruktionsbetingede tryktab oveni.

Måling af delbelastning og spidsbelastning: VA 550 og VA 570 tilbyder et måleområde op til 1:1000. Den faktiske minimale og maksimale gennemstrømning (Qmin/Qmax) er afgørende. Hos VA 550 og VA 570 kan måleområdet vælges efter anvendelsen (Low Speed, Standard, Max og High Speed). Yderligere fordele ved det termiske princip er det ubetydeligt lille tryktab og måling af selv de mindste forbrug: VA 550 og VA 570 anvendes meget ofte ved store rørtværsnit med lavt gasforbrug, hvor mekaniske gasmålere når deres grænser.

Undgå rotorslid: Det termiske princip måler via varmeafgivelsen fra en opvarmet sensor – uden rotorlejer og med et minimalt ekstra tryktab. Sensorerne (varmeelement og temperatursensor) er udviklet til brug under barske industrielle forhold og monteret i et tyndt, robust rustfrit stålrør: ingen lejer, intet slid, let tilgængelige og nemme at rengøre i tilfælde af tilsmudsning. Målerne er meget robuste og næsten vedligeholdelsesfrie.

Direkte angivelse af normvolumen: Mekaniske gasmålere er som regel driftsvolumetællere; omregningen til normvolumen sker via eksterne mængdeomregnere med yderligere tryk- og temperatursensorer. For at opnå den krævede nøjagtighed skal disse sensorer være yderst præcise og være placeret i eller tæt på måleren – deres målefejl indgår i tillæg til målerens nøjagtighed, som normalt angives i driftsvolumen. VA 550 og VA 570 registrerer den termiske massestrøm og angiver ud fra denne, ved passende gasparametrisering og fastlagte referencebetingelser, standardiseret volumenstrøm direkte; en separat mængdeomregner med yderligere tryk- og temperaturmåling er ikke nødvendig hertil. Til sammenligninger skal referencebetingelserne stemme overens (f.eks. 0 °C; 1.013,25 mbar (a) i henhold til DIN 1343 – også benævnt norm-m³/Nm³); til kWh-opgørelser tilføjes brændværdien.

Driftsvolumen eller normvolumen: Hvorfor forskellen er afgørende for naturgas

Ved forhøjet driftstryk er normvolumenet større end driftsvolumenet – i forhold til det absolutte pres, yderligere korrigeret for temperaturen. Hvis et driftsvolumen fejlagtigt angives som normvolumen eller viderebehandles som sådan, undervurderes det faktiske gasforbrug systematisk, og kWh-balancen følger fejlen én til én, fordi den afhænger lineært af volumenet:

Hertil kommer temperaturrelaterede faktorer: Mellem en gastemperatur på 20 °C og en standardtemperatur på 0 °C er der en afvigelse på ca. 7 %. Værdierne tjener til illustrative formål med et ideelt gas; ved afregning eller meget nøjagtig tilstandsomregning skal der blandt andet tages højde for temperatur, gasegenskaber og kompressibilitet (DVGW-regelværk G 685). Den hyppigste fejlkilde i energibalancer er ikke målenøjagtigheden, men en ubemærket forkert volumenreference.

Hvor er termisk naturgasmåling særligt fordelagtig?

I hoved- og fordelingsledninger overvåger en målepunkt kontinuerligt det samlede forbrug i en bygning, et område eller et kedelhus – ved større eksisterende ledninger er VA 550 interessant som type indskyder, da der ikke skal installeres en komplet målesektion i nominel diameter. Lige foran de enkelte forbrugere (kedler, brændere, produktionsanlæg) kan man se, hvilken forbruger der har brug for hvor meget naturgas og hvornår – grundlaget for belastningsprofiler og omkostningssteder. Det mest sigende er kombinationen: Hovedmåling plus undermåler viser det samlede forbrug og dets fordeling.

Hvordan overføres måltværdierne til energistyringssystemet?

Hos mange installerede mekaniske eksisterende målere foregår overførslen af forbrugsværdien udelukkende via en pulsudgang; moderne elektroniske målere kan ligeledes tilbyde digitale grænseflader. VA 550 og VA 570 kan – afhængigt af den bestilte udførelse – via Modbus TCP over Ethernet integreres direkte i det centrale styringssystem eller en energiovervågningssoftware (gennemstrømning, det samlede forbrug, gastemperatur); der er ikke behov for en RTU/TCP-gateway. Valgfri strømforsyning via Ethernet kombinerer dataoverførsel og strømforsyning i ét netværkskabel – det reducerer installationsomkostningerne, især ved flere målepunkter. Alternativt er Modbus RTU, 4–20 mA, impuls, M-Bus, IO-Link eller HART til rådighed.

Fordele ved montering, vedligeholdelse og rekalibrering

Eftermontering af VA 550 som type indskyder: Sensoren monteres via en egnet procesadgang eller kugleventil. Dybdeskala og defineret retning sikrer en reproducerbar sensorposition. VA 550 er konstrueret til driftstryk op til 50 bar (DVGW-udgave op til 16 bar); montering og demontering under tryk sker via en ½"-kugleventil med sikringsring.

VA 570 som inline-løsning: Ved rengøring eller rekalibrering forbliver målesektionen i røret – kun sensorenheden fjernes. Til rekalibrering indsendes sensoren; der kan monteres udskiftningssensorer i kalibreringsperioden, så driften ikke afbrydes.

Betjening: På VA 550 og VA 570 muliggør optiske taster indstillinger uden at åbne kabinettet – betjeningen af begge enheder er identisk. Digitale enheds- og statusoplysninger (Modbus-registre) understøtter fejlsøgning og overdragelsesdokumentation.

Praksisexempel: Fra forbrugsværdi til proceskarakteristik

I en kedelanvendelse registreres 330 Nm³/h naturgas og 5.000 kg/h damp. Ud fra gasforbruget, brændværdien og dampdataene beregnes kedlens virkningsgrad – i det dokumenterede eksempel 84 %. På denne måde bliver den rene forbrugsmåling til en pålidelig nøgletal for effektivitet og vedligeholdelse. (→ Anvendelsesrapport om dampkedler)

Hvilken naturgasflowmåler passer til anvendelsen?

Hvad gælder for ATEX og gasinstallationer?

VA 550 og VA 570 fås afhængigt af variant med ATEX/IECEx-godkendelse; Ex-mærkningen for disse varianter er ifølge databladet: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (gas) samt II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (støv); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. I Ex-udførelsen gælder en medietemperatur på op til 120 °C og beskyttelsesklasse IP 65. EU-typegodkendelsesattesten findes i download-området. Det er operatørens ansvar at kontrollere egnetheden til det specifikke eksplosionsbeskyttelsesområde. CS INSTRUMENTS stiller tekniske datablade og Ex-certifikater til rådighed til dette formål, men påtager sig ikke nogen rådgivende rolle med hensyn til zoneinddeling eller egnethed til et specifikt anlæg.