Måling av naturgassforbruk: Et termisk alternativ til turbinmålere og kvantometre

På et øyeblikk: Termiske massestrømningsmålere fra CS INSTRUMENTS måler naturgassforbruket uten bevegelige måledeler og angir standardvolumstrømmen direkte – for forbruksovervåking, kostnadssteder og energistyring. VA 550 og VA 570 er, avhengig av utførelse, tilgjengelige med ATEX/IECEx-godkjenning eller med DVGW-godkjenning for naturgass (opp til 16 bar).

Når lønner det seg å bruke en termisk massestrømssensor?

I industrielle naturgassnett brukes det vanligvis turbinmålere, stempelmålere og kvantometre; brukere omtaler dem noen ganger generelt som vingemålere. Når lave gjennomstrømninger ikke registreres tilstrekkelig, bevegelige måledeler krever vedlikehold eller digitale forbruksdata mangler, er en termisk massestrømssensor for naturgass et alternativ verdt å vurdere.

Slik fungerer turbin- og roterende stempelgassmålere – og hvor deres begrensninger ligger. I en turbin-gassmåler treffer gassstrømmen et mekanisk opphengt turbinhjul og driver det; hvor omdreiningstallet er proporsjonalt med strømningshastigheten og, via det kjente rørtverrsnittet, med volumstrømmen. I en roterende stempelgassmåler driver trykkforskjellen rotorer i et målekammer, som hver omslutter en nøyaktig definert gassmengde og fører den videre til forbrukeren. Det brukbare måleområdet for mekaniske gassmålere avhenger i stor grad av konstruksjon, størrelse, driftstrykk og utførelse: Enkle kvantometre fungerer ofte med betydelig lavere dynamikk enn en termisk sensor.

De prinsippbetingede begrensningene for begge konstruksjonstypene er de bevegelige delene: Lagrene slites på grunn av smuss eller slitasje og forårsaker måleavvik, overskridelse av måleområdet kan føre til skader på lagrene, noen lagre må smøres regelmessig – noe som i praksis lett blir oversett –, ved forurenset gass oppstår større avvik, og rengjøring er nesten umulig; hos rotasjonskolbe-gassmålere kommer det konstruksjonsbetingede trykktapet i tillegg.

Måling av dellast og toppbelastning: VA 550 og VA 570 tilbyr et måleområde på opptil 1:1000. Det avgjørende er den faktiske minimale og maksimale gjennomstrømningen (Qmin/Qmax). For VA 550 og VA 570 kan måleområdet velges i henhold til bruksområdet (Low Speed, Standard, Max og High Speed). Andre fordeler med det termiske prinsippet er det ubetydelige trykktapet og måling av svært lave forbruk: VA 550 og VA 570 brukes svært ofte ved store rørsnitt med lavt gassforbruk, der mekaniske gassmålere når sine grenser.

Unngå rotorslitasje: Det termiske prinsippet måler ved hjelp av varmeavgivelsen fra en oppvarmet sensor – uten rotorlager og med lite ekstra trykktap. Sensorene (varmeelement og temperatursensor) er utviklet for tøffe industrielle bruksforhold og montert i et tynt, robust rustfritt stålrør: ingen lagre, ingen slitasje, lett tilgjengelig og enkelt å rengjøre ved forurensning. Enhetene er svært robuste og nærmest vedlikeholdsfrie.

Direkte utlesning av normvolum: Mekaniske gassmålere er vanligvis driftsvolummålere; omregningen til normvolum skjer via eksterne mengdeomregner med ekstra trykk- og temperatursensorer. For å oppnå den nødvendige nøyaktigheten må disse sensorene være svært nøyaktige og være plassert i eller i nærheten av måleren – deres målefeil inngår i tillegg til målerens nøyaktighet, som vanligvis angis i driftsvolum. VA 550 og VA 570 registrerer den termiske massestrømmen og angir derfra normvolumstrømmen direkte ved passende gassparametrisering og fastsatte referansebetingelser; en separat mengdeomregner med tilleggsmåling av trykk og temperatur er ikke nødvendig for dette. For sammenligninger må referansebetingelsene stemme overens (f.eks. 0 °C; 1 013,25 mbar (a) i henhold til DIN 1343 – også kalt norm-m³/Nm³); for kWh-balanse kommer brennverdien i tillegg.

Driftsvolum eller normvolum: Hvorfor forskjellen er avgjørende for naturgass

Ved økt driftstrykk er normvolumet større enn driftsvolumet – i forhold til absolutttrykkene, i tillegg korrigert for temperaturen. Hvis et driftsvolum feilaktig oppgis som normvolum eller behandles videre som sådan, blir det faktiske gassforbruket systematisk undervurdert, og kWh-balansen følger feilen én til én, fordi den er lineært avhengig av volumet:

I tillegg kommer temperaturreferansen: Mellom 20 °C gasstemperatur og 0 °C standardreferanse ligger det rundt 7 %. Verdiene tjener til illustrasjon med ideelt gass; for fakturering eller svært nøyaktig tilstandsomregning må blant annet temperatur, gasskvalitet og kompressibilitet tas i betraktning (DVGW-regelverk G 685). Den vanligste feilkilden i energibalanseberegninger er ikke målenøyaktigheten, men en ubemerket feil volumreferanse.

Hvor er termisk naturgassmåling spesielt lønnsomt?

I hoved- og fordelingsledninger overvåker en målepunkt kontinuerlig det totale forbruket i en bygning, et område eller et fyrhus – ved større eksisterende rørledninger er VA 550 interessant som innstikkføler, fordi det ikke er nødvendig å installere en komplett innlinjemålesekvens i nominell diameter. Rett foran de enkelte forbrukerne (kjeler, brennere, produksjonsanlegg) blir det tydelig hvilken forbruker som trenger hvor mye naturgass og når – grunnlaget for lastprofiler og kostnadssteder. Det mest informative er kombinasjonen: Hovedmåling pluss undermålere viser det totale forbruket og fordelingen av dette.

Hvordan overføres måleverdiene til energistyringssystemet?

For mange installerte mekaniske eksisterende målere skjer overføringen av forbruksverdien kun via en impulsutgang; moderne elektroniske målere kan også tilby digitale grensesnitt. VA 550 og VA 570 kan – avhengig av den bestilte utførelsen – integreres direkte via Modbus TCP over Ethernet i det sentrale styringssystemet eller en programvare for energiovervåking (gjennomstrømning, totalt forbruk, gass-temperatur); en RTU/TCP-gateway er ikke nødvendig. Valgfritt PoE kombinerer dataoverføring og strømforsyning i én nettverkskabel – dette reduserer installasjonsarbeidet, spesielt ved flere målepunkter. Alternativt er Modbus RTU, 4–20 mA, impuls, M-Bus, IO-Link eller HART tilgjengelig.

Fordeler ved montering, vedlikehold og rekalibrering

Ettermontering av VA 550 som innstikk-sensor: Sensoren monteres via en egnet prosessåpning eller kuleventil. Dybdeskala og definert retning sikrer en reproduserbar sensorposisjon. VA 550 er konstruert for driftstrykk opp til 50 bar (DVGW-utførelse opp til 16 bar); inn- og utmontering under trykk skjer via en ½"-kuleventil med sikringsring.

VA 570 som inline-løsning: Ved rengjøring eller rekalibrering forblir måleavstanden i røret – kun sensorenheten tas ut. For rekalibrering sendes sensoren inn; erstatningssensorer kan monteres for kalibreringsperioden, slik at driften ikke blir avbrutt.

Betjening: På VA 550 og VA 570 muliggjør optiske knapper innstillinger uten å åpne huset – betjeningen av begge enhetene er identisk. Digital enhets- og statusinformasjon (Modbus-register) støtter feilsøking og overleveringsdokumentasjon.

Praksiseeksempel: Fra forbruksverdi til prosessindikator

I en kjeleapplikasjon måles 330 Nm³/h naturgass og 5 000 kg/h damp. Ut fra gassforbruk, brennverdi og dampdata beregnes kjeleutbyttet – i det dokumenterte eksemplet 84 %. På denne måten blir den rene forbruksmålingen til et pålitelig nøkkeltall for effektivitet og vedlikehold. (→ Anvendelsesrapport dampkjele)

Hvilken naturgassstrømningsmåler passer til anvendelsen?

Hva gjelder for ATEX og gassinstallasjoner?

VA 550 og VA 570 er, avhengig av variant, tilgjengelige med ATEX/IECEx-godkjenning; Ex-merkingen for disse variantene er ifølge databladet: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (gass) samt II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (støv); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. I Ex-utførelsen gjelder en medietemperatur på opptil 120 °C og beskyttelsesklasse IP 65. EU-typegodkjenningssertifikatet finnes i nedlastingsområdet. Det er operatørens ansvar å vurdere egnetheten for det spesifikke eksplosjonsbeskyttelsesområdet. CS INSTRUMENTS stiller tekniske datablad og Ex-sertifikater til rådighet for dette formålet, men påtar seg ikke noen rådgivende rolle når det gjelder soninndeling eller egnethet for et bestemt anlegg.