Ultrasonik Doğalgaz Ölçüm Skidleri

Ultrasonik doğalgaz ölçüm skidi, çok yollu bir ultrasonik sayacı; akış düzenleyici, düz boru bölümleri, basınç ve sıcaklık ölçümleri ve akış bilgisayarıyla birlikte tek bir taşıyıcı şase (skid) üzerinde bir araya getiren ölçüm sistemidir. Tasarımın merkezinde sayacın kendisi kadar, sayaca ulaşan akış profilinin kalitesi, çevredeki ultrasonik gürültü kaynakları ve sayacın ürettiği teşhis (diagnostik) verilerinin nasıl kullanılacağı yer alır. Bu çözüm özellikle yüksek debili, geniş ölçüm aralığı gerektiren, basınç kaybının sınırlı tutulması istenen veya akışın iki yönde de gerçekleşebildiği hatlarda değerlendirilir.

Aşağıda geçiş süresi prensibi, skidin mekanik ve elektriksel kurgusu, kurulum etkileri ve seçim kriterleri ele alınmaktadır. Faturalamaya esas ölçümün yönetişimi ve belirsizlik bütçesi ise ticari teslim ölçüm istasyonları sayfasının konusudur.

Geçiş süresi prensibi ve çok yollu yapı

Ultrasonik sayaç (geçiş süresi prensibi), boru gövdesine karşılıklı yerleştirilmiş dönüştürücü çiftleri arasında ses darbeleri gönderir. Akış yönünde ilerleyen darbe hedefe biraz daha erken, akışa karşı ilerleyen darbe ise biraz daha geç ulaşır. İki geçiş süresi arasındaki fark, o ses yolu boyunca ortalama gaz hızını verir; aynı ölçümden gazın ses hızı da elde edilir. Hacimsel debi, yollardan elde edilen hızların sayacın geometrisiyle birleştirilmesiyle hesaplanır.

Tek bir ses yolu borunun yalnızca bir kesitini örnekler. Çok yollu sayaçlarda farklı kirişler (chord) üzerinde konumlanmış yollar hız profilini birden fazla noktadan örnekler; böylece dirsek veya vana kaynaklı asimetrik profillerin ve girdabın (swirl) ölçüme etkisi azaltılabilir. Yol sayısı ve yerleşimi üreticiye göre değişir ve gerekli düz boru uzunluğunu doğrudan etkiler. Prensip simetrik olduğu için ultrasonik sayaçlar iki yönlü akışı ölçebilir; ancak iki yönde de doğru ölçüm için akış düzenleme ve kalibrasyonun her iki yön için planlanması gerekir.

Hangi koşullarda tercih edilir?

·         Yüksek debi ve büyük hat çapı: İletim hatları, santral girişleri ve yeraltı depolama gibi noktalarda tek sayaçla geniş bir debi aralığının karşılanması istendiğinde.

·         Sınırlı basınç kaybı: Tam geçişli gövdelerde akışı daraltan bir eleman bulunmadığından ölçüm kaynaklı kalıcı basınç kaybı düşük tutulabilir.

·         İki yönlü akış: Depolama tesislerine giriş ve çıkışın aynı hattan yapıldığı uygulamalar.

·         Durum izleme ihtiyacı: Sayacın performansının sökülmeden, sürekli teşhis verileriyle izlenmesinin istendiği ticari veya dağılım (allocation) ölçüm noktaları.

Buna karşılık ultrasonik ölçüm standartları tek fazlı gaz akışını esas alır. Sıvı taşınması, boru cidarında birikim veya sayaca yakın güçlü bir gürültü kaynağı olan uygulamalarda bu riskler tasarımda çözülmeden ultrasonik çözüm önerilmemelidir. Küçük debili, düşük basınçlı noktalarda türbinli, rotorlu veya orifis tip ölçüm daha dengeli olabilir.

Skid üzerindeki elemanlar

Kurulum etkileri: akış profili ve düz boru

Sayacın kalibrasyon tesisinde gösterdiği performans, sahadaki borulama benzer bir akış profili sağladığı sürece geçerlidir. Sayacın önündeki dirsek grupları, kısmen açık vanalar veya çap değişimleri profili bozar. OIML R 137, akış bozulmalarının neden olduğu hata kaymasının izin verilen en büyük hatanın üçte birini aşmamasını öngörür; üreticiler de gerekli giriş uzunluğunu yol sayısına, doğruluk sınıfına ve akış düzenleyici kullanımına bağlı olarak tanımlar. Bu nedenle skid yerleşimi en baştan borulama çizimleriyle birlikte ele alınmalıdır.

Regülatör kaynaklı ultrasonik gürültü

Basınç regülatörleri ve kontrol vanaları, yüksek basınç farkında insan kulağının duyamadığı frekanslarda da gürültü üretir. Bu gürültü sayacın çalıştığı frekans aralığına düştüğünde, ölçülen ses darbesinin gürültüden ayırt edilmesi zorlaşır ve sinyal-gürültü oranı düşer. Saha ve test tesisi çalışmaları, regülatörün sayacın akış yukarısında bulunduğu düzenin daha kritik olduğunu ve gürültü spektrumunun regülatör tipine, iç donanımına (trim), basınç farkına ve debiye göre değiştiğini göstermektedir.

Tasarımda uygulanan başlıca yaklaşımlar; sayacı mümkünse regülatörün akış yukarısına yerleştirmek, sayaç ile gürültü kaynağı arasına dirsek, mesafe veya ses sönümleyici koymak ve regülatör ile sayacın birlikte değerlendirilmesidir. Hangi önlemin yeterli olacağı, seçilen sayaç ve regülatör çiftine özgüdür. Regülatör tarafındaki gürültü azaltma seçenekleri basınç regülasyon skidleri sayfasında ele alınır.

Teşhis verileriyle durum izleme

Ultrasonik sayaçları diğer teknolojilerden ayıran en önemli özelliklerden biri, ölçümle eş zamanlı olarak kendi çalışma durumunu gösteren veriler üretmesidir. Birikim, akış kısıtlamaları veya işletme koşullarındaki değişiklikler sayacın doğruluğunu etkileyebileceği için bu verilerin düzenli izlenmesi önerilir. Tipik teşhis parametreleri şunlardır:

·         Yollar arası ses hızı uyumu: Homojen bir gazda tüm yolların benzer ses hızı ölçmesi beklenir; sapma dönüştürücü veya zamanlama sorununa işaret edebilir.

·         Ölçülen ve hesaplanan ses hızının karşılaştırılması: Gaz bileşimi, basınç ve sıcaklıktan AGA Report No. 10 yöntemiyle hesaplanan teorik ses hızı ölçülen değerle karşılaştırılır; bu kontrol, basınç, sıcaklık ve bileşim girdilerini de dolaylı olarak doğrular.

·         Kazanç ve sinyal-gürültü oranı: Dönüştürücü kirlenmesi veya gürültü kaynaklarının etkisi hakkında erken uyarı verir.

·         Profil faktörü, simetri, çapraz akış, girdap ve türbülans: Akış profilindeki değişimleri, örneğin akış düzenleyicide birikim veya kısmen kapalı bir vana etkisini gösterir.

Teşhis verileri, sayacın doğrulama ve yeniden kalibrasyon programının yerini tek başına almaz; ancak müdahale zamanlamasını veriye dayandırır. Alarm eşikleri, devreye almada sayacın sahadaki referans değerleri kaydedilerek belirlenir.

Sayaç ile akış bilgisayarı arasındaki bağlantı

Sayaç, işletme şartlarındaki hacmi darbe (pulse) veya frekans çıkışıyla ve dijital seri haberleşmeyle akış bilgisayarına iletebilir; seri haberleşme yol bazlı teşhis verilerini de taşır. Akış bilgisayarı basınç, sıcaklık ve bileşim verisiyle referans şartlara dönüştürülmüş hacmi, gerekiyorsa kütle ve enerjiyi hesaplar, olay kayıtlarını tutar ve verileri PLC, DCS veya SCADA sistemine aktarır. Sayaç elektroniği de düzeltilmiş hacmi hesaplayabiliyorsa, hangi hesabın faturalamaya esas alınacağı ve iki değerin nasıl karşılaştırılacağı önceden tanımlanmalıdır.

Seçimi belirleyen tasarım girdileri

TLY Enerji'nin katkısı

TLY Enerji, ultrasonik ölçüm skidi projelerinde debi, basınç ve borulama verilerinin değerlendirilmesi, ultrasonik ölçümün uygulamaya uygunluğunun ve kurulum etkilerinin incelenmesi aşamalarında mühendislik desteği verir. Proje kapsamına göre ultrasonik akış ölçer ile basınç ve sıcaklık enstrümanlarının tedariki, akış ölçerin montajı ve devreye alınması, teşhis ve ölçüm verilerinin PLC veya SCADA tabanlı izleme sistemine aktarılması ile devreye alma sonrası teknik destek sağlanabilir. Tedarik sınırı ve skidin hangi taraflarca hazırlanacağı proje şartnamesi üzerinden birlikte belirlenir.

Değerlendirme için gerekli veriler

·         En düşük, normal ve en yüksek debi ile akışın tek veya iki yönlü olup olmadığı

·         Hat çapı, işletme basıncı ve sıcaklık aralığı

·         Sayacın akış yukarısı ve aşağısındaki borulama düzeni, mevcut dirsek ve vanalar

·         Aynı hat üzerindeki regülatör veya kontrol vanalarının konumu ve basınç farkları

·         Gaz bileşimi, sıvı taşınma riski ve mevcut filtrasyon düzeni

·         Ölçümün amacı ile hedeflenen doğruluk sınıfı ve kalibrasyon beklentisi

·         Akış bilgisayarı, gaz kromatografı ve kontrol sistemi arayüz gereksinimleri

İlgili sayfalar

·         Orifis tip doğalgaz ölçüm skidleri: Fark basınç prensibine dayalı alternatif ölçüm hattı ve iki teknolojinin karşılaştırması.

·         Ticari teslim doğalgaz ölçüm istasyonları: Faturalamaya esas ölçümde sistem belirsizliği, kayıt ve doğrulama yaklaşımı.

·         Doğalgaz ölçüm istasyonları: Ölçüm hattı sayısı, yedeklilik ve istasyon genel mimarisi.

·         Doğalgaz kalite ölçüm ve analiz sistemleri: Ses hızı karşılaştırması ve enerji hesabı için bileşim verisi.

·         Doğalgaz basınç regülasyon skidleri: Regülatör seçimi ve gürültü kaynağının kendisi.

Ultrasonik ölçüm skidleri hakkında sorular

Ultrasonik sayaç kaç yollu olmalı?

Tek bir doğru sayı yoktur. Yol sayısı arttıkça sayaç akış profilini daha fazla noktadan örnekler ve kurulum etkilerine karşı genellikle daha az hassas hale gelir; bu da gerekli düz boru uzunluğunu kısaltabilir. Seçim, hedeflenen doğruluk sınıfına, mevcut yerleşim alanına, akış yukarısındaki bozucu elemanlara ve sayacın kontrol amacıyla ikinci bir ölçüm sistemi içerip içermeyeceğine göre yapılır.

Ultrasonik sayaç regülatörün akış aşağısına konabilir mi?

Konabilir, ancak bu daha kritik bir düzendir. Regülatörün ürettiği yüksek frekanslı gürültü sayacın sinyal-gürültü oranını düşürebilir. Bu durumda regülatör tipi ve basınç farkı değerlendirilerek mesafe, dirsek veya ses sönümleyici gibi önlemler tasarıma eklenir ve devreye almada sinyal kalitesi teşhis verileriyle doğrulanır. Mümkün olduğunda sayacın regülatörün akış yukarısında konumlandırılması tercih edilir.

Teşhis verileri kalibrasyonun yerini tutar mı?

Tutmaz. Teşhis verileri sayacın davranışında bir değişiklik olup olmadığını gösterir ve müdahale gerektiren durumları erken fark etmeyi sağlar. Sayacın ölçüm hatasının kendisi ise akış kalibrasyonu veya sözleşmede tanımlı doğrulama yöntemleriyle belirlenir. Yeniden kalibrasyon aralıkları ülke mevzuatına, sözleşmeye ve işletmecinin ölçüm politikasına göre tanımlanır.

Gazda az miktarda sıvı varsa ultrasonik sayaç kullanılabilir mi?

Ultrasonik gaz sayaçlarına ilişkin standartlar tek fazlı gaz akışını esas alır. Sıvı damlacıkları ve birikimler ses yollarını ve akış profilini etkileyerek ölçüm hatasına ve teşhis alarmlarına yol açabilir. Sıvı taşınma riski olan hatlarda sayacın önünde uygun filtrasyon ve sıvı ayırma düşünülmeli, sayaç yerleşimi de sıvının dönüştürücü bölgesinde toplanmayacağı şekilde planlanmalıdır.