Системы учёта пропана и бутана

Пропан, бутан и их смеси часто проходят через один терминал и даже через один расходомер, однако система учёта не может рассматривать их как одну жидкость. Главные различия — давление насыщенных паров, плотность и то, насколько сильно объём меняется с температурой. При изменении соотношения компонентов меняются все три свойства, а вместе с ними противодавление, необходимое для сохранения жидкой фазы в расходомере, пересчёт между массой и объёмом, приведение к стандартной температуре и результаты поверки. На этой странице разобрано, как система учёта должна учитывать эти различия.

Общая компоновка узла учёта СУГ — регулирование противодавления, газоотделитель, измерительная линия — описана на странице «Блочные узлы учёта СУГ». Здесь речь идёт о том, как различия продуктов влияют на эту компоновку.

СУГ — это семейство продуктов, а не одна жидкость

То, что на рынке называют СУГ, состоит в основном из пропана и бутанов с небольшой долей лёгких олефинов, например пропилена и бутиленов. Продукт может поступать с газоперерабатывающих или нефтеперерабатывающих заводов, поэтому две партии под одним торговым наименованием могут иметь разный состав. Стандарты на автомобильный СУГ задают требования к составу и давлению паров и предусматривают сезонные классы по давлению паров. Вывод для терминала прост: систему учёта нужно проектировать под каждый продукт и диапазон смесей, которые реально будут через неё проходить, а не под «СУГ вообще».

Давление паров: влияние на противодавление и класс давления

При атмосферном давлении пропан кипит примерно при −42 °C, нормальный бутан — около 0 °C. При одинаковой температуре разница в давлении паров также велика: примерно при 15 °C давление насыщения чистого пропана составляет около 7 бар абсолютных, а чистого нормального бутана — менее 2 бар. Для учёта из этого следуют два прямых вывода:

·         Уставка противодавления: Чтобы продукт в расходомере оставался жидким, давление в линии должно поддерживаться с достаточным запасом выше давления насыщенных паров при температуре потока. Для продукта с высоким содержанием пропана требуется более высокий уровень давления, чем для бутанового. Единая фиксированная уставка при смене продукта приводит либо к лишним потерям давления, либо к риску вскипания.

·         Класс давления: Класс давления измерительной линии, датчиков и арматуры выбирают для наиболее летучего продукта при максимальной ожидаемой температуре. Если линию, рассчитанную только на бутан, позже планируют использовать для пропана, класс давления нужно пересмотреть.

Более высокая температура кипения бутана — отдельный эксплуатационный вопрос. В холодную погоду давление паров бутанового продукта снижается, и уменьшается запас по давлению между резервуаром хранения и всасыванием насоса. Сохранение жидкой фазы на входе насоса в таких условиях — исходное требование к проекту, которое стоит даже раньше точности учёта.

Плотность и пересчёт массы в объём

Плотность СУГ зависит от состава; в стандартах на СУГ есть методы расчёта плотности и давления паров по составу с использованием коэффициентов для каждого компонента. Например, примерно при 15 °C плотность насыщенного жидкого пропана составляет около 507 кг/м³, нормального бутана — около 584 кг/м³. Поэтому один и тот же объём пропана и бутана соответствует заметно разной массе, и эта разница постоянно смещается при изменении состава смеси.

Кориолисовые расходомеры измеряют массу напрямую и одновременно определяют плотность; объём рассчитывается по массе и измеренной плотности. При объёмных счётчиках для перехода к массе плотность нужно измерять отдельно или рассчитывать по составу. При любом подходе должно быть ясно, откуда берутся данные о плотности и как они обновляются при смене продукта. Важная оговорка: стандарты качества, рассчитывающие плотность по составу, предназначены для спецификации продукта, а не для расчёта количества при коммерческом учёте.

Тепловое расширение и приведение к стандартной температуре

Плотность лёгких углеводородов, таких как пропан и бутан, быстро меняется с температурой: для чистого пропана повышение всего на несколько градусов может означать снижение плотности более чем на один процент. Поэтому при учёте по объёму применяют методы температурной коррекции, разработанные для ШФЛУ и СУГ, а не таблицы для светлых нефтепродуктов. Эти методы используют плотность продукта при стандартной температуре как входной параметр, и если бутан учитывать с плотностью, справедливой для пропана, поправочный коэффициент окажется неверным. Какая стандартная температура применяется, определяется национальным законодательством и договором.

Сезонное изменение состава

Увеличение доли пропана в холодный период для поддержания достаточного давления паров — распространённая практика. Для терминала это означает, что в течение года под одним кодом продукта проходят продукты с разной плотностью и давлением паров. При каждой сезонной смене следует проверить:

·         Уставку противодавления и пределы аварийной сигнализации

·         Диапазон плотности и стандартную плотность, заданные в вычислителе расхода или контроллере налива

·         Применимость коэффициента преобразования к новому продукту и необходимость повторной поверки

·         Значения плотности, используемые при сведении баланса между запасами в резервуарах и отпуском по счётчику

Один расходомер для нескольких продуктов

Если пропан, бутан и смеси проходят через одну измерительную линию, обычно для каждого продукта в контроллере налива или вычислителе задают отдельный рецепт. Он включает коэффициент преобразования для данного продукта, диапазон плотности, параметры температурной коррекции и уставку противодавления. При смене продукта нужно оценить и смешение остатка предыдущего продукта в линии с новой партией: при малом объёме линии влияние может быть пренебрежимым, при большом требуется порядок перехода. Отдельные измерительные линии для каждого продукта полностью исключают смешение и перенастройку, но требуют больших вложений и площади.

Критерии проектирования

Вклад TLY Enerji

TLY Enerji выполняет подбор измерительной технологии и инженерное сопровождение с учётом технологических условий; в продуктовой линейке компании есть кориолисовые массовые расходомеры и плотномеры, средства измерения давления и температуры, регулирующие клапаны. В зависимости от объёма проекта это может включать подбор и поставку приборов для линий учёта пропана и бутана, монтаж и ввод в эксплуатацию расходомеров, а также поддержку сбора данных и отчётности на уровне ПЛК и SCADA. Рецепты продуктов и уставки определяются совместно с эксплуатирующей организацией на основе её продуктового плана.

Какие данные полезно предоставить для оценки

·         Перечень продуктов с типовым составом или образцами паспортов качества

·         Ожидаемые соотношения компонентов летом и зимой

·         Ведутся ли расчёты по массе или по приведённому объёму и какая стандартная температура указана в договоре

·         Число продуктов на одной измерительной линии и частота их смены

·         Минимальная и максимальная температура продукта и давление в линии

·         Имеющиеся средства поверки и ожидания по поверке для каждого продукта

Связанные страницы

·         Блочные узлы учёта СУГ: Сохранение жидкой фазы в расходомере за счёт противодавления и газоотделения.

·         Системы коммерческого учёта СУГ: Как единица расчётов и поправки определяются договором.

·         Перекачка пропана, бутана и смесей ШФЛУ: Работа с несколькими продуктами на одной инфраструктуре перекачки.

·         Терминалы СУГ: Что означает работа с жидкостью под давлением для терминала в целом.

Вопросы об учёте пропана и бутана

Можно ли учитывать пропан и бутан одним расходомером?

Да, на многих терминалах одна измерительная линия обслуживает несколько продуктов СУГ. Для каждого продукта задаётся свой рецепт, в котором коэффициент преобразования, диапазон плотности, параметры температурной коррекции и уставка противодавления выбраны именно для него. Отдельно нужно решить, как учитывать остаток продукта в линии при смене и будет ли поверка выполняться по каждому продукту.

Можно ли определить соотношение компонентов по плотности?

Только для настоящей двухкомпонентной смеси с пренебрежимо малым содержанием прочих компонентов плотность даёт представление о соотношении. Реальный СУГ содержит также изомеры, олефины и микропримеси, и одинаковая плотность может соответствовать разному составу. Если состав нужно знать достоверно, требуются отбор проб и лабораторный анализ.

Что менять в системе учёта при смене сезона?

При изменении доли пропана меняются плотность и давление паров. Поэтому нужно пересмотреть уставку противодавления, данные о плотности в вычислителе и пределы сигнализации, а также проверить применимость коэффициента преобразования к новому продукту. Если закрепить эти шаги в эксплуатационной инструкции, расхождения баланса в переходные периоды уменьшаются.

Подходят ли для СУГ таблицы коррекции для нефтепродуктов?

Нет. Пропан и бутан лежат ниже диапазона плотностей светлых нефтепродуктов и расширяются с температурой значительно сильнее, поэтому для них используют отдельные методы температурной коррекции, разработанные для ШФЛУ и СУГ. Применяемый метод и стандартную температуру следует подтвердить по договору и действующим нормативным требованиям.