Măsurarea consumului de gaz natural: o alternativă termică la contoarele cu roată de turbină și la cuantometre

Pe scurt: Debitmetrele termice de masă de la CS INSTRUMENTS măsoară consumul de gaz natural fără piese mobile de măsurare și afișează direct debitul volumic normalizat – pentru monitorizarea consumului, gestionarea centrelor de cost și gestionarea energiei. Modelele VA 550 și VA 570 sunt disponibile, în funcție de variantă, cu omologare ATEX/IECEx sau cu omologare DVGW pentru gaz natural (până la 16 bar).

Când se justifică utilizarea unui senzor termic de debit masic?

În rețelele industriale de gaze naturale se utilizează, de obicei, contoare cu roată turbină, contoare de gaz cu piston și quantometre; utilizatorii se referă uneori, în mod general, la contoare cu roată cu palete. Atunci când debitele mici nu sunt măsurate corespunzător, componentele mobile ale contorului necesită întreținere sau lipsesc datele digitale privind consumul, un senzor termic de debit masic pentru gaz natural reprezintă o alternativă demnă de luat în considerare.

Iată cum funcționează contoarele de gaz cu roată de turbină și cu piston rotativ – și care sunt limitele acestora. În cazul contorului de gaz cu roată de turbină, fluxul de gaz lovește o roată de turbină montată mecanic și o antrenează; viteza de rotație este proporțională cu viteza de curgere și, prin secțiunea cunoscută a conductei, cu debitul volumic. În cazul contorului de gaz cu pistoane rotative, diferența de presiune antrenează rotoarele dintr-o cameră de măsurare, fiecare dintre acestea încadrând o cantitate de gaz definită cu precizie și transportând-o mai departe către consumator. Domeniul de măsurare util al contoarelor mecanice de gaz depinde în mare măsură de tipul de construcție, dimensiune, presiunea de funcționare și model: contoarele simple funcționează adesea cu o dinamică semnificativ mai redusă decât un senzor termic.

Limitele inerente ambelor tipuri de construcție sunt părțile mobile: rulmenții se uzează din cauza murdăriei sau a abraziunii și generează abateri de măsurare, depășirea domeniului de măsurare poate provoca deteriorarea rulmenților, unii rulmenți trebuie lubrifiați periodic – aspect care, în practică, este ușor neglijat –, în cazul gazului contaminat apar abateri mai mari, iar curățarea este aproape imposibilă; în cazul contorului de gaz cu piston rotativ se adaugă și pierderea de presiune specifică tipului de construcție.

Măsurarea debitului parțial și a vârfurilor: VA 550 și VA 570 oferă un interval de măsurare de până la 1:1000. Debitul minim și maxim real (Qmin/Qmax) rămân factori decisivi. În cazul modelelor VA 550 și VA 570, domeniul de măsurare poate fi selectat în funcție de aplicație (Low Speed, Standard, Max și High Speed). Alte avantaje ale principiului termic sunt pierderea de presiune neglijabilă și măsurarea celor mai mici consumuri: foarte des, modelele VA 550 și VA 570 sunt utilizate la secțiuni transversale mari ale conductelor cu consumuri reduse de gaz, unde contoarele mecanice de gaz își ating limitele.

Evitarea uzurii rotorului: Principiul termic măsoară prin intermediul căldurii degajate de un senzor încălzit – fără lagăre de rotor, cu o pierdere de presiune suplimentară redusă. Senzorii (elementul de încălzire și senzorul de temperatură) sunt concepuți pentru utilizarea industrială în condiții dure și sunt integrați într-un tub subțire și robust din oțel inoxidabil: fără lagăre, fără uzură, ușor accesibili și simplu de curățat în caz de murdărire. Aparatele sunt foarte robuste și practic nu necesită întreținere.

Afișarea directă a volumului normalizat: Contoarele mecanice de gaz sunt, de regulă, contoare de volum de funcționare; conversia în volum normalizat se realizează prin intermediul unor convertizoare de debit externe, dotate cu senzori suplimentari de presiune și senzori de temperatură. Pentru a atinge precizia cerută, acești senzori trebuie să fie de înaltă precizie și să fie amplasați în contor sau în imediata apropiere a acestuia – erorile lor de măsurare se adaugă la precizia contorului, care este specificată, de regulă, în volum de funcționare. VA 550 și VA 570 măsoară debitul masic termic și, pe baza parametrilor corespunzători ai gazului și a condițiilor de referință stabilite, afișează direct debitul volumic standard; nu este necesar un convertor de debit separat cu măsurare suplimentară a presiunii și temperaturii. Pentru comparații, condițiile de referință trebuie să coincidă (de exemplu, 0 °C; 1.013,25 mbar (a) conform DIN 1343 – denumit și m³/Nm³ standard); pentru bilanțurile în kWh se adaugă puterea calorifică.

Volumul de funcționare sau volumul normalizat: de ce diferența este decisivă în cazul gazului natural

La o presiune de funcționare crescută, volumul normalizat este mai mare decât volumul de funcționare – în raport cu presiunile absolute, corectat suplimentar în funcție de temperatură. Dacă un volum de funcționare este indicat în mod eronat ca volum standard sau este prelucrat în continuare, consumul real de gaz este subestimat în mod sistematic, iar bilanțul în kWh reflectă această eroare întocmai, deoarece depinde liniar de volum:

La aceasta se adaugă factorul de temperatură: între 20 °C temperatura gazului și 0 °C referința standard există o diferență de aproximativ 7 %. Valorile servesc la ilustrare cu un gaz ideal; pentru facturare sau pentru conversia extrem de precisă a stării, trebuie luate în considerare, printre altele, temperatura, compoziția gazului și compresibilitatea (normativul DVGW G 685). Cea mai frecventă sursă de eroare în bilanțurile energetice nu este precizia măsurării, ci o referință de volum incorectă, trecută cu vederea.

Unde este deosebit de utilă măsurarea termică a gazului natural?

În conductele principale și de distribuție, un punct de măsurare monitorizează continuu consumul total al unei clădiri, al unei zone sau al unei centrale termice – în cazul conductelor existente de dimensiuni mari, senzorul VA 550 este o opțiune interesantă, deoarece nu este necesară instalarea unei secțiuni de măsurare complete în linie, cu diametru nominal. Imediat înaintea consumatorilor individuali (cazane, arzătoare, instalații de producție) se poate vedea clar care consumator are nevoie de cât gaz natural și când – aceasta constituind baza pentru profilurile de sarcină și centrele de cost. Cea mai relevantă este combinația: măsurarea principală plus subcontorul indică consumul total și distribuția acestuia.

Cum ajung valorile măsurate în sistemul de gestionare a energiei?

În cazul multor contoare mecanice existente, transmiterea valorii de consum se realizează doar printr-o ieșire impulsuri; contoarele electronice moderne pot oferi, de asemenea, interfețe digitale. VA 550 și VA 570 pot fi integrate – în funcție de versiunea comandată – direct în sistemul central de control sau într-un software de monitorizare a energiei prin Modbus TCP via Ethernet (debit, consum total, temperatura gazului); nu este necesară o poartă RTU/TCP. Opțiunea PoE combină transmisia de date și alimentarea într-un singur cablu de rețea – ceea ce reduce efortul de instalare, în special în cazul mai multor puncte de măsurare. Alternativ, sunt disponibile Modbus RTU, 4–20 mA, impuls, M-Bus, IO-Link sau HART.

Avantaje la montare, întreținere și recalibrare

Echiparea ulterioară cu VA 550 ca senzor de înfipt: senzorul se montează printr-un acces de proces adecvat sau printr-un robinet cu bilă. Scala de adâncime și orientarea definită asigură o poziție reproductibilă a senzorului. VA 550 este proiectat pentru presiuni de lucru de până la 50 bar (versiunea DVGW până la 16 bar); montarea și demontarea sub presiune se efectuează prin intermediul unui robinet cu bilă de ½" cu inel de siguranță.

VA 570 ca soluție în linie: la curățare sau recalibrare, secțiunea de măsurare rămâne în conductă – se scoate doar unitatea senzorului. Pentru recalibrare, senzorul se trimite la service; se pot monta senzori de schimb pe durata calibrării, astfel încât să nu se producă nicio întrerupere a funcționării.

Operare: În cazul modelelor VA 550 și VA 570, butoanele optice permit efectuarea setărilor fără a deschide carcasa – operarea ambelor dispozitive este identică. Informațiile digitale privind dispozitivul și starea acestuia (registre Modbus) facilitează depistarea erorilor și documentarea predării.

Exemplu practic: De la valoarea consumului la indicatorul de proces

Într-o aplicație cu cazan, se înregistrează 330 Nm³/h de gaz natural și 5.000 kg/h de abur. Din consumul de gaz, puterea calorică și datele privind aburul se calculează randamentul cazanului – în exemplul documentat, acesta este de 84 %. Astfel, din simpla masurare a consumului se obține un indicator fiabil pentru eficiență și întreținere. (→ Raport de aplicație: cazan cu abur)

Care debitmetru de gaz natural este potrivit pentru această aplicație?

Ce se aplică în cazul ATEX și al instalațiilor de gaz?

VA 550 și VA 570 sunt disponibile, în funcție de variantă, cu omologare ATEX/IECEx; marcajul Ex al acestor variante este, conform fișei tehnice: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (gaz) și II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (praf); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. În varianta Ex, temperatura mediului de lucru este de până la 120 °C, iar gradul de protecție este IP 65. Certificatul de omologare UE este disponibil în secțiunea de descărcări. Verificarea adecvării pentru zona specifică de protecție împotriva exploziilor revine operatorului. CS INSTRUMENTS pune la dispoziție fișe tehnice și certificate Ex în acest scop, dar nu își asumă nicio funcție de consultanță în ceea ce privește clasificarea zonelor sau adecvarea pentru o instalație specifică.