K-Faktoren von Drehkolbengaszählern in Luft und Erdgas

Dieser Artikel untersucht, ob die an Luft ermittelten K-Faktoren von Drehkolbengaszählern auf den Erdgaseinsatz übertragen werden können. Er stützt sich auf Tangs Tests von DN50- und DN80-Zählern bei sechs Betriebsdurchflusspunkten pro Größe. Der Vergleich verwendet Ergebnisse für atmosphärische Luft aus Chongqing und Zentral-Sichuan sowie Ergebnisse für unter Druck stehendes Erdgas aus Chengdu. In dem berichteten Vergleich ergaben sich mit Luft im Allgemeinen höhere K-Faktoren, doch Größe und Richtung der Abweichung variierten mit Durchfluss und Prüfbedingung. Die Ergebnisse helfen zu erkennen, wo eine Übertragung zwischen den Bedingungen überprüft werden muss. Die Studie isoliert nicht den Einfluss des Mediums von Labor- und Druckunterschieden.

Ein Drehkolbengaszähler kann mit Luft geprüft werden, während sein vorgesehenes Betriebsmedium Erdgas ist. Der K-Faktor ist die aufgezeichnete Impulsanzahl geteilt durch das Referenz-Betriebsvolumen. Bei einer impulsbasierten Berechnung wird das Volumen ermittelt, indem die Impulsanzahl durch den geltenden K-Faktor geteilt wird. Eine Änderung dieses Faktors ist daher von Bedeutung, selbst wenn der Zähler und der nominale Durchflusspunkt gleich bleiben.

Wie gut stimmen die gemeldeten K-Faktoren für Luft und Erdgas über die Betriebsdurchflusspunkte hinweg für die beiden getesteten Größen überein? Der praktische Zweck besteht darin, zu ermitteln, wo ein aus Luft abgeleiteter Faktor vor der Verwendung unter Erdgasbedingungen zusätzlich verifiziert werden muss. Die DN-Bezeichnungen kennzeichnen die Zählergröße; der Vergleich muss dennoch an den tatsächlichen Betriebsdurchflusspunkten durchgeführt werden. Die Testfälle betreffen den gemessenen K-Faktor unter den aufgeführten Laborbedingungen. Die Anwendung eines Faktors auf eine andere Bedingung ist eine separate technische Entscheidung, die davon abhängt, wie viel Fehler die Anwendung tolerieren kann.

Tang testete DN50- und DN80-Drehkolbenzähler an Luftströmungsnormalen im Chongqing-Gasfeld und im zentralen Sichuan-Öl- und Gasfeld sowie am Erdgas-Referenzsystem der Chengdu-Niederlassung. Der Prüfplan für die Drehkolbenzähler listet sechs Betriebsdurchflusspunkte pro Größe auf, mit 120 Sekunden Erfassung und sechs Messwerten pro Punkt. Er listet außerdem vier Stabilitätsprüfungsrunden auf, die durch mindestens eine Woche getrennt sind. Der folgende Vergleich verwendet die beiden Chengdu-Druckbedingungen und die für die Luftlabore gemeldeten Mittelwerte. Diese Konstruktionsdetails sind in den Kapiteln 3 und 5 der Dissertation dokumentiert, insbesondere in Tabelle 5-2 und §5.3.2.

In den Tests des Chongqing-Gasfelds zeigen die Tabellen 4-20 bis 4-23 und Abbildung 4-8, dass der Gasdruck in den ersten beiden Durchläufen nahezu identisch war. Der erste Durchlauf war oberhalb von 100 m³/h wärmer und unterhalb von 100 m³/h kühler. Die K-Faktor-Kurven für diese beiden Durchläufe zeigten kein klares Muster. Der dritte und vierte Durchlauf wiesen niedrigere Drücke und höhere Temperaturen als die ersten beiden auf, doch ihre K-Faktoren änderten sich kaum. Im Gegensatz zu den Ergebnissen des Turbinenmessers fand der Autor in diesem speziellen Testsatz kaum einen erkennbaren Einfluss von Änderungen des Gasdrucks und der Temperatur auf den K-Faktor.

Der Autor wählte zwei Sätze von Leistungstestdaten bei unterschiedlichen Drücken aus der Chengdu-Niederlassung aus und verglich sie mit den mittleren Testdaten aus dem Chongqing-Gasfeld und dem Zentral-Sichuan-Öl- und Gasfeld. Tabelle 5-12 gibt die DN80-Daten an, und Abbildung 5-9 vergleicht die Kurven der verschiedenen Labore.

Vergleich des K-Faktors für DN80. Neu gezeichnet auf Englisch nach Tang (2018), Tabelle 5-12. Die Linien verbinden die berichteten Punkte. Der niedrigere Druck in Chengdu beträgt 0,9 MPa in der Tabelle und 0,8 MPa in der ursprünglichen Abbildung 5-9.

Abbildung 5-9 zeigt eine allgemeine Tendenz zu höheren K-Faktoren in Luft als in Erdgas. Die Arbeit berichtet über eine maximale Abweichung von 0,96 % und eine minimale von 0,02 % zwischen atmosphärischer Luft und Erdgas bei der Bedingung, die sie in diesem Abschnitt als 0,8 MPa bezeichnet. Für atmosphärische Luft gegenüber Erdgas bei 1,5 MPa werden 1,15 % bzw. 0,01 % berichtet. Der nächste Abschnitt vergleicht Erdgas bei 0,9 MPa und 1,5 MPa, berichtet über ähnliche Trends und eine maximale Abweichung von 0,35 %, wobei die nächstgelegenen Punkte nahezu übereinstimmen.

Für das Chongqing-Gasfeld zeigen die Tabellen 4-14 bis 4-17 und Abbildung 4-6 sehr kleine Unterschiede beim K-Faktor. Der Autor beobachtete dennoch eine Tendenz zu höheren K-Faktoren bei höheren Temperaturen und beurteilte den Temperatureffekt in diesem Vergleich als größer für den Drehkolbenzähler als für den Turbinenzähler.

Für die Chengdu-Niederlassung zitiert die Arbeit die Tabellen 4-77 bis 4-78 und Abbildung 4-31. Der Autor interpretiert den Vergleich dahingehend, dass bei 1,5 MPa ein höherer K-Faktor als bei 0,9 MPa vorliegt, und führt diesen Trend auf den Druck zurück. Zwei Chengdu-Datensätze bei unterschiedlichen Drücken wurden mit den mittleren Testergebnissen des Chongqing-Gasfelds und des zentralen Sichuan-Öl- und Gasfelds verglichen. Tabelle 5-13 zeigt die DN50-Daten und Abbildung 5-10 die Vergleichskurven.

Vergleich des DN50-K-Faktors. Auf Englisch neu gezeichnet nach Tang (2018), Tabelle 5-13. Linien verbinden die berichteten Punkte.

Abbildung 5-10 zeigt die allgemeine Tendenz zu höheren K-Faktoren in Luft als in Erdgas. Für atmosphärische Luft gegenüber Erdgas bei 0,9 MPa berichtet die Arbeit maximale und minimale Abweichungen von 1,17 % und 0,01 %. Für atmosphärische Luft gegenüber Erdgas bei 1,5 MPa werden 0,78 % und 0,01 % angegeben. Die Erdgaskurven bei 0,9 und 1,5 MPa folgten ähnlichen Trends. Die größte Abweichung betrug 0,39 %, und die nächstgelegenen Punkte waren nahezu deckungsgleich.

Die Messungen identifizieren Durchflusspunkte, an denen die Übertragung des luftabgeleiteten Faktors einer genaueren Prüfung bedarf. Bei 70 m³/h für DN50 überschreiten beide berichteten Luftfaktoren beide berichteten Erdgasfaktoren. Bei 40 m³/h übersteigt der Chengdu-Wert bei 1,5 MPa die Werte beider Luftlabore. Diese Änderung der Reihenfolge zeigt, warum eine einzelne, aus dem Gesamttrend abgeleitete Korrektur wichtige punktuelle Unterschiede verfehlen würde. Der Vergleich ändert Medium, Druck und Referenzeinrichtung gemeinsam, sodass er Unterschiede zwischen Testbedingungen quantifiziert, ohne einen kausalen Beitrag für jede Variable zu isolieren. Die berichteten Extremwerte sind nützlich, um den Bereich der beobachteten Unterschiede über die ausgewählten Vergleiche hinweg zu lokalisieren. Sie sind keine Unsicherheitsschätzungen oder zulässigen Fehler. Bei der Prüfung der Daten für einen vorgeschlagenen Test sollten die Durchflusspunktmesswerte und die Messunsicherheit für jede Bedingung angefordert werden; ein Gesamtdurchschnitt allein kann Punkte verbergen, die einer separaten Überprüfung bedürfen.

Bei den getesteten DN50- und DN80-Zählern hing die Übereinstimmung der K-Faktoren zwischen Luft und Erdgas vom Betriebsdurchflusspunkt und der Vergleichsbedingung ab. Die Tabellen unterstützen die Prüfung der Übertragbarkeit an den vorgesehenen Durchflusspunkten sowie die Dokumentation des Testmediums, des Drucks und der Referenzeinrichtung zusammen mit dem angegebenen Faktor.

Ein Folgevergleich könnte denselben Zähler bei angeglichenem Durchfluss, Druck und Temperatur testen, während das Medium auf einem kompatiblen Referenzsystem variiert wird. Die Wiederholung dieser Paartests an weiteren Zählern und die Angabe der zugehörigen Unsicherheit würden helfen, einen reproduzierbaren Mediumeffekt von Prüfstands- und Exemplarvariationen zu unterscheiden.

Tabelle 5-12 gibt 0,9 MPa für die Chengdu-Bedingung mit niedrigerem Druck an. Abbildung 5-9 und der erste Vergleichsabsatz verwenden 0,8 MPa. Beide Bezeichnungen werden dort beibehalten, wo sie in der Quelle vorkommen, und sollten abgeglichen werden, bevor diese Bedingung in einer Spezifikation verwendet wird. Der DN50-Drucktrend ist die Interpretation des Autors des ausgewählten Vergleichs. Der tabellierte K-Faktor bei 10 m³/h beträgt 1408,62 m⁻³ bei 1,5 MPa und 1409,69 m⁻³ bei 0,9 MPa.

Tang Yixin. Vergleichende Studie zur Prüfung von Gasströmungsmessern mit Luft und Erdgas [übersetzter Titel]. Masterarbeit, Southwest Petroleum University, 2018, §5.3.2, S. 71–72 (PDF-Seiten 79–80); Testplan in Tabelle 5-2, S. 61 (PDF-Seite 69). Englische Diagramme wurden unabhängig aus den Tabellen 5-12 und 5-13 erstellt. Die Quellscans der Abbildungen 5-9 und 5-10 sind in der Quelldatei zur Verifizierung aufbewahrt.

Redaktionelles Titelbild: Foto der mechanischen Abläufe bei Sandia, US-Energieministerium. US-Regierungsarbeit gemäß Quelldatensatz. Für das Cover-Layout mit Titelüberlagerung zugeschnitten. Das Foto veranschaulicht Ingenieurarbeit.