Mätning av naturgasförbrukning: Ett termiskt alternativ till turbinmätare och kvantometrar

I korthet: Termiska massflödesmätare från CS INSTRUMENTS mäter naturgasförbrukningen utan rörliga mätdelar och visar direkt normvolymflödet – för förbrukningsövervakning, kostnadsställen och energihantering. VA 550 och VA 570 finns, beroende på utförande, med ATEX/IECEx-godkännande respektive DVGW-godkännande för naturgas (upp till 16 bar).

När lönar det sig att använda en termisk massflödessensor?

I industriella naturgasnät används oftast turbinmätare, kolvgasmätare och kvantometer; användare talar ibland generellt om vinghjulsmätare. Om låga flöden inte mäts tillräckligt noggrant, om rörliga mätdelar kräver underhåll eller om digitala förbrukningsdata saknas, är en termisk massflödessensor för naturgas ett alternativ värt att överväga.

Så fungerar turbin- och roterande kolvgasmätare – och var deras begränsningar ligger. I en turbingasmätare träffar gasströmmen ett mekaniskt lagrat turbinhjul och driver det; varvtalet är proportionellt mot flödeshastigheten och, via den kända rörsektionen, mot volymflödet. I en roterande kolvgasmätare driver tryckskillnaden rotorer i en mätkammare, vilka var för sig innesluter en exakt definierad gasmängd och vidarebefordrar den till flödet. Det användbara mätområdet för mekaniska gasmätare beror i hög grad på konstruktion, storlek, drifttryck och utförande: Enkla kvantometrar arbetar ofta med betydligt lägre dynamik än en termisk mätare.

De principmässiga begränsningarna för båda konstruktionstyperna är de rörliga delarna: Lager slits ut på grund av smuts eller nötning och orsakar mätavvikelser, överskridanden av mätområdet kan orsaka skador på lagren, vissa lager måste smörjas regelbundet – vilket i praktiken lätt försummas –, vid förorenad gas uppstår större avvikelser och en rengöring är knappast möjlig; hos rotationskolvgasmätaren tillkommer dessutom ett konstruktionsbetingat tryckfall.

Mätning av dellast och toppvärden: VA 550 och VA 570 erbjuder ett mätområde upp till 1:1000. Det avgörande är fortfarande det faktiska minimala och maximala flödet (Qmin/Qmax). För VA 550 och VA 570 kan mätområdet väljas efter applikation (Low Speed, Standard, Max och High Speed). Ytterligare fördelar med den termiska principen är det försumbar lilla tryckfallet och mätningen av de allra minsta flödena: VA 550 och VA 570 används mycket ofta vid stora rörsektioner med låg gasförbrukning, där mekaniska gasmätare når sina gränser.

Undvik rotorslitage: Den termiska principen mäter via värmeavgivningen från en uppvärmd mätare – utan rotorlager och med liten extra tryckförlust. Mätarna (värmare och temperaturgivare) är utvecklade för tuffa industriella förhållanden och inbyggda i ett tunt, robust rostfritt stålrör: inga lager, inget slitage, lättåtkomliga och enkla att rengöra vid föroreningar. Enheterna är mycket robusta och praktiskt taget underhållsfria.

Utmatning av normvolym direkt: Mekaniska gasmätare är i regel driftsvolymmätare; omräkningen till normvolym sker via externa volymomvandlare med extra tryck- och temperaturgivare. För att den erforderliga noggrannheten ska uppnås måste dessa mätare vara mycket exakta och placeras i eller nära mätaren – deras mätfel läggs till mätarens noggrannhet, som vanligtvis anges i driftsvolym. VA 550 och VA 570 mäter den termiska massflödet och anger utifrån detta direkt normvolymflödet vid lämplig gasparametrisering och fastställda referensförhållanden; en separat volymomvandlare med ytterligare tryck- och temperaturmätning krävs inte för detta. För jämförelser måste referensförhållandena stämma överens (t.ex. 0 °C; 1 013,25 mbar (a) enligt DIN 1343 – även benämnt norm-m³/Nm³); för kWh-balanser tillkommer värmevärdet.

Driftsvolym eller normvolym: Varför skillnaden är avgörande för naturgas

Vid förhöjt drifttryck är normvolymen större än driftsvolymen – i förhållande till de absoluta trycken, dessutom korrigerat med temperaturen. Om en driftsvolym felaktigt anges som normvolym eller bearbetas vidare underskattas den faktiska gasförbrukningen systematiskt, och kWh-balansen följer felet rakt av, eftersom den är linjärt beroende av volymen:

Därtill kommer temperaturreferensen: Mellan 20 °C gastemperatur och 0 °C standardreferens ligger skillnaden på cirka 7 %. Värdena tjänar som illustration med idealgas; för fakturering eller mycket noggrann tillståndsomräkning måste bland annat temperatur, gasens beskaffenhet och kompressibilitet beaktas (DVGW-regelverk G 685). Den vanligaste felkällan i energibalanser är inte mätprecisionen, utan en obemärkt felaktig volymreferens.

Var lönar sig termisk mätning av naturgas särskilt?

I huvud- och distributionsledningar övervakar en mätplats kontinuerligt den totala förbrukningen i en byggnad, ett område eller ett pannrum – vid större befintliga ledningar är VA 550 intressant som insticksmätare, eftersom ingen komplett inline-mätsträcka i DN behöver installeras. Direkt före enskilda förbrukare (pannor, brännare, produktionsanläggningar) blir det tydligt vilken förbrukare som behöver hur mycket naturgas och när – vilket utgör grunden för belastningsprofiler och kostnadsställen. Det mest informativa är kombinationen: huvudmätning plus undermätare visar den totala förbrukningen och dess fördelning.

Hur överförs mätvärdena till energihanteringssystemet?

Hos många installerade mekaniska befintliga mätare sker överföringen av förbrukningsvärdet endast via en impulsutgång; moderna elektroniska mätare kan också erbjuda digitala gränssnitt. VA 550 och VA 570 kan – beroende på vilken utförande som beställts – integreras direkt via Modbus TCP över Ethernet i den centrala styrtekniken eller en programvara för energiovervakning (flöde, total förbrukning, gastemperatur); en RTU/TCP-gateway behövs inte. PoE (Power over Ethernet) som tillval kombinerar dataöverföring och strömförsörjning i en nätverkskabel – vilket minskar installationsarbetet, särskilt vid flera mätplatser. Alternativt finns Modbus RTU, 4…20 mA, impuls, M-Bus, IO-Link eller HART tillgängliga.

Fördelar vid montering, underhåll och omkalibrering

Eftermontera VA 550 som insticksmätare: Mätaren monteras via en lämplig processanslutning eller en kulventil. Djupskala och definierad inriktning säkerställer en reproducerbar sensorposition. VA 550 är konstruerad för drifttryck upp till 50 bar (DVGW-utförande upp till 16 bar). Montering och demontering under tryck sker via en ½"-kulventil med låsring.

VA 570 som inline-lösning: Vid rengöring eller omkalibrering förblir mätsträckan kvar i ledningen – endast sensorenheten tas bort. För kalibrering skickas mätaren in; ersättningsmätare kan monteras under kalibreringen, så att driften inte avbryts.

Användning: På VA 550 och VA 570 möjliggör optiska knappar inställningar utan att höljet behöver öppnas – användningen av båda enheterna är identisk. Digital enhets- och statusinformation (Modbus-register) underlättar felsökning och överlämningsdokumentation.

Praktiskt exempel: Från förbrukningsvärde till processparameter

I en pannapplikation mäts 330 Nm³/h naturgas och 5 000 kg/h ånga. Utifrån gasförbrukning, värmevärde och ångdata beräknas pannans verkningsgrad – i det dokumenterade exemplet 84 %. På så sätt omvandlas den rena flödesmätningen till ett tillförlitligt nyckeltal för effektivitet och underhåll. (→ Användningsrapport ångpanna)

Vilken naturgasflödesmätare passar för applikationen?

Vad gäller för ATEX och gasinstallationer?

VA 550 och VA 570 finns, beroende på variant, med ATEX/IECEx-godkännande; Ex-märkningen för dessa varianter är enligt databladet: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (gas) samt II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (damm); IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. I Ex-utförandet gäller en medietemperatur upp till 120 °C och skyddsklass IP 65. EU:s typgodkännandeintyg finns i nedladdningsavsnittet. Det är operatörens ansvar att kontrollera lämpligheten för det specifika explosionsskyddsområdet. CS INSTRUMENTS tillhandahåller tekniska datablad och Ex-certifikat för detta ändamål, men tar inte på sig någon rådgivande roll vad gäller zonindelning eller lämplighet för en specifik anläggning.