A földgázfogyasztás mérése: hőalapú alternatíva a turbinás fogyasztásmérők és a kvantométerek helyett

Egy pillantásra: A CS INSTRUMENTS hőmérséklet-alapú tömegáram-mérői mozgó mérőelemek nélkül mérik a földgázfogyasztást, és közvetlenül a normál térfogatáramot jelenítik meg – fogyasztásfigyeléshez, költségközpontokhoz és energiagazdálkodáshoz. A VA 550 és a VA 570 modellek kivitelüktől függően ATEX/IECEx-jóváhagyással, illetve DVGW-jóváhagyással kaphatók földgázhoz (16 bar-ig).

Mikor érdemes termikus tömegáram-érzékelőt használni?

Az ipari földgázhálózatokban többnyire turbina-kerék-mérők, dugattyús gázmérők és kvantométerek működnek; a felhasználók részben általánosságban szárnyas kerék-mérőkről beszélnek. Ha az alacsony áramlási sebességeket nem sikerül megfelelően mérni, a mozgó mérőelemek karbantartást igényelnek, vagy hiányoznak a digitális fogyasztási adatok, akkor érdemes megfontolni egy földgázhoz alkalmas termikus tömegáram-érzékelő használatát.

Így működnek a turbinakerék- és a forgódugattyús gázmérők – és hol vannak a határaik. A turbinakerék-gázmérőnél a gázáram egy mechanikusan rögzített turbinakerékre talál, és meghajtja azt; a fordulatszám arányos az áramlási sebességgel, és az ismert csőkeresztmetszeten keresztül a térfogatárammal. A forgódugattyús gázmérőknél a nyomáskülönbség hajtja meg a mérőkamrában lévő rotorokat, amelyek mindegyike egy pontosan meghatározott gázmennyiséget zár be, és továbbítja azt a fogyasztóhoz. A mechanikus gázmérők használható mérési tartománya nagymértékben függ a típustól, a mérettől, az üzemi nyomástól és a kivitelezéstől: az egyszerű kvantométerek gyakran lényegesen kisebb dinamikával működnek, mint egy termikus érzékelő.

Mindkét típus elvi korlátait a mozgó alkatrészek jelentik: a csapágyak a szennyeződés vagy a kopás miatt elhasználódnak, és mérési eltéréseket okoznak; a mérési tartomány túllépése csapágykárosodást okozhat; egyes csapágyakat rendszeresen meg kell olajozni – amit a gyakorlatban könnyen elhanyagolnak; szennyezett gáz esetén nagyobb eltérések lépnek fel, és a tisztítás alig lehetséges; a forgórobotos gázmérő esetében ehhez hozzáadódik a konstrukcióból adódó nyomásveszteség is.

Részterhelés és csúcsértékek rögzítése: a VA 550 és a VA 570 akár 1:1000-es mérési tartományt is biztosít. A tényleges minimális és maximális áramlás (Qmin/Qmax) továbbra is döntő fontosságú. A VA 550 és a VA 570 esetében a mérési tartomány az alkalmazásnak megfelelően választható (Low Speed, Standard, Max és High Speed). A termikus elv további előnyei a elhanyagolhatóan kis nyomásveszteség és a legkisebb fogyasztások mérésének lehetősége: a VA 550 és a VA 570 modelleket nagyon gyakran alkalmazzák nagy csőátmérőknél alacsony gázfogyasztás mellett, ahol a mechanikus gázmérők már nem képesek megbirkózni a feladattal.

A rotor kopásának elkerülése: A termikus elv egy fűtött érzékelő hőleadásán alapul – rotorcsapágy nélkül, csekély további nyomásveszteséggel. Az érzékelőket (fűtőelem és hőmérséklet-érzékelő) a zord ipari körülményekhez fejlesztették ki, és egy vékony, robusztus rozsdamentes acélcsőbe építették be: nincsenek csapágyak, nincs kopás, könnyen hozzáférhetők, és szennyeződés esetén egyszerűen tisztíthatók. A készülékek rendkívül strapabíróak és szinte karbantartásmentesek.

Normál térfogat közvetlen kimenete: A mechanikus gázmérők általában üzemi térfogatú mérők; a normál térfogatra történő átváltás külső mennyiségátalakítók segítségével történik, kiegészítő nyomás- és hőmérséklet-érzékelőkkel. Ahhoz, hogy a megkövetelt pontosságot elérjék, ezeknek az érzékelőknek rendkívül pontosnak kell lenniük, és a mérőben vagy annak közvetlen közelében kell elhelyezkedniük – mérési hibáik hozzáadódnak a mérő pontosságához, amelyet általában üzemi térfogatban adnak meg. A VA 550 és a VA 570 modellek a termikus tömegáramot mérik, és megfelelő gázparaméter-beállítások és meghatározott referenciafeltételek mellett ebből közvetlenül a normál térfogatáramot adják ki; ehhez nincs szükség külön mennyiségátalakítóra kiegészítő nyomás- és hőmérsékletméréssel. Az összehasonlításhoz a referenciafeltételeknek meg kell egyezniük (pl. 0 °C; 1 013,25 mbar (a) a DIN 1343 szerint – más néven normál m³/Nm³); a kWh-mérlegek esetében ehhez hozzáadódik a fűtőérték.

Üzemi térfogat vagy normáltérfogat: Miért döntő a különbség a földgáz esetében?

Megnövelt üzemi nyomás esetén a normáltérfogat nagyobb, mint az üzemi térfogat – az abszolút nyomások arányában, a hőmérséklet figyelembevételével kiegészítve. Ha az üzemeltetési térfogatot tévesen normál térfogatként adják meg vagy dolgozzák fel, a tényleges gázfogyasztást szisztematikusan alulbecsülik, és a kWh-mérleg egy az egyben követi a hibát, mivel lineárisan függ a térfogattól:

Ehhez hozzáadódik a hőmérsékleti viszony: 20 °C-os gázhőmérséklet és 0 °C-os normahőmérséklet között körülbelül 7 %-os eltérés van. Az értékek ideális gázra vonatkoznak; a számlázáshoz vagy a rendkívül pontos állapotátváltáshoz többek között a hőmérsékletet, a gáz tulajdonságait és a sűrűségét is figyelembe kell venni (DVGW G 685 szabályzat). Az energiamérlegek leggyakoribb hibaforrása nem a mérési pontosság, hanem egy észrevétlenül hibás térfogat-referencia.

Hol érdemes különösen alkalmazni a földgáz hőmérséklet-alapú mérését?

A fő- és elosztóvezetékekben egy mérőpont folyamatosan figyeli egy épület, terület vagy kazánház teljes fogyasztását – nagyobb meglévő vezetékek esetén a VA 550 behatoló érzékelőként érdekes megoldás, mivel nem kell teljes, névleges átmérőjű inline mérőszakaszt beépíteni. Az egyes fogyasztók (kazánok, égők, termelőberendezések) közvetlen előtt láthatóvá válik, hogy melyik fogyasztó mikor mennyi földgázt igényel – ez képezi az alapját a terhelési profiloknak és a költséghelyeknek. A legérthetőbb eredményt a kombináció adja: a főmérés és az almérők együttesen mutatják a teljes fogyasztást és annak eloszlását.

Hogyan kerülnek a mérési értékek az energiagazdálkodási rendszerbe?

Számos meglévő mechanikus fogyasztásmérő esetében a fogyasztási érték továbbítása kizárólag impulzuskimeneten keresztül történik; a modern elektronikus mérők pedig digitális interfészeket is kínálhatnak. A VA 550 és a VA 570 – a megrendelt kivitel függvényében – Modbus TCP-n keresztül, Etherneten keresztül közvetlenül integrálható a központi vezérlőrendszerbe vagy egy energiafigyelő szoftverbe (áramlás, teljes fogyasztás, gázhőmérséklet); RTU/TCP-átjáróra nincs szükség. Az opcionális PoE az adatátvitelt és az áramellátást egy hálózati kábelen keresztül biztosítja – ez jelentősen csökkenti a telepítési költségeket, különösen több mérőpont esetén. Alternatívaként Modbus RTU, 4–20 mA, impulzus, M-Bus, IO-Link vagy HART is rendelkezésre áll.

Előnyök a szerelés, karbantartás és újrakalibrálás során

A VA 550 utólagos felszerelése átszúró érzékelőként: az érzékelőt egy megfelelő folyamatcsatlakozáson vagy gömbcsapon keresztül szerelik be. A mélységskálája és a meghatározott tájolása biztosítja az érzékelő pozíciójának reprodukálhatóságát. A VA 550-et 50 bar-ig terjedő üzemi nyomásra tervezték (a DVGW-kivitel 16 bar-ig), a nyomás alatt történő be- és kiszerelés egy ½"-es, biztosítógyűrűs gömbcsapon keresztül történik.

VA 570 inline megoldásként: Tisztítás vagy újrakalibrálás esetén a mérési szakasz a vezetékben marad – csak az érzékelőegységet veszik ki. Az újrakalibráláshoz az érzékelőt be kell küldeni; a kalibrálás idejére csereérzékelők szerelhetők be, így nem kerül sor üzemszünetre.

Kezelés: A VA 550 és a VA 570 esetében az optikai gombok lehetővé teszik a beállításokat a ház kinyitása nélkül – mindkét készülék kezelése azonos. A digitális készülék- és állapotinformációk (Modbus-regiszterek) segítik a hibaelhárítást és az átadási dokumentációt.

Gyakorlati példa: A fogyasztási értéktől a folyamatparaméterig

Egy kazánalkalmazásnál 330 Nm³/h földgázt és 5 000 kg/h gőzt mérnek. A gázfogyasztás, a fűtőérték és a gőzadatok alapján kiszámítható a kazán hatékonysága – a dokumentált példában 84 %. Így a puszta fogyasztásmérésből megbízható mutatóvá válik a hatékonyság és a karbantartás szempontjából. (→ Alkalmazási jelentés: gőzkazán)

Melyik földgáz-áramlásmérő alkalmas az alkalmazáshoz?

Mi vonatkozik az ATEX-re és a gázszerelésre?

A VA 550 és a VA 570 változatoktól függően ATEX/IECEx-tanúsítvánnyal kaphatók; ezeknek a változatoknak az Ex-jelölése az adatlap szerint: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (gáz), valamint II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (por); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. Az Ex-kivitelben a közeg hőmérséklete legfeljebb 120 °C lehet, a védelmi fokozat pedig IP 65. Az EU-típusvizsgálati tanúsítvány a letöltési részben található. Az adott robbanásvédelmi zónára való alkalmasság ellenőrzése az üzemeltető feladata. A CS INSTRUMENTS ehhez műszaki adatlapokat és Ex-tanúsítványokat bocsát rendelkezésre, de nem vállal tanácsadói szerepet a zónabeosztás vagy egy adott berendezésre való alkalmasság tekintetében.