Luft- vs. Erdgas-Kalibrierung: Was die K-Faktoren von DN50- und DN80-Turbinenzählern zeigen

Eine Masterarbeit verglich die Kalibrier-K-Faktoren von Turbinen-Gaszählern DN50 und DN80 an sechs Betriebsdurchflusspunkten pro Größe. Die Studie nutzte zwei Atmosphärenluft-Einrichtungen und zwei Erdgas-Druckeinstellungen an einer dritten Einrichtung. Die veröffentlichten Tabellen zeigen, dass der niedrigste Durchflusspunkt gesonderte Aufmerksamkeit verdient. Die DN80-Luftwerte sind bei 20 m³/h höher als die Gaswerte, während die DN50-Luftwerte bei 10 m³/h niedriger sind. Eine Neuberechnung aus den gedruckten Tabellen ergibt zudem größere Differenzen am unteren Ende als die in der Erzählung angegebenen maximalen Luft-zu-Gas-Abweichungen. Dieser Artikel reproduziert die Tabellen, identifiziert die Berechnungsgrundlage und erläutert, wie der Vergleich zu interpretieren ist.

Ein Turbinen-Gaszähler mit Impulsausgang benötigt einen K-Faktor, um Impulse in Betriebsvolumen umzurechnen. Ein Labor kann einen Zähler in Luft kalibrieren, während die vorgesehene Anwendung Druckerdgas verwendet. Ein Kalibrierbericht muss daher zeigen, wie sich der Faktor über den Durchflussbereich verhält, insbesondere am niedrigsten vorgesehenen Nutzungspunkt. Eine visuell nahe Übereinstimmung bei höheren Durchflüssen kann eine Abweichung an einem Ende des Bereichs verbergen, und ein einzelner Mittelwert kann nicht zeigen, wo diese Abweichung auftritt.

Wie genau stimmen die K-Faktoren für Luft und Erdgas an den sechs getesteten Durchflusspunkten für jede Zählergröße überein, und bleibt die Richtung der Abweichung am unteren Ende gleich? Der Vergleich prüft außerdem, ob die im Bericht angegebenen Abweichungsbereiche jeden gedruckten Tabelleneintrag beschreiben können. Der Umfang ist auf die von Tang (2018) berichteten Prüflinge und Einrichtungen begrenzt.

Das Chongqing-Gasfeld und das Zentral-Sichuan-Öl- und Gasfeld wurden bei lokalem Atmosphärendruck an Luft getestet. Die Ergebnistabellen kennzeichnen beide Luftbedingungen mit 0,1 MPa. Die Chengdu-Niederlassung testete mit Erdgas bei 0,9 und 1,5 MPa. Der Turbinentestplan der Arbeit listet sechs Messwerte pro Durchflusspunkt mit einer Erfassungsdauer von 60 s auf. Er legt außerdem vier Stabilitätsrunden fest, die durch mindestens eine Woche getrennt sind. Die Tabellen 5-10 und 5-11 vergleichen ausgewählte Chengdu-Ergebnisse bei beiden Drücken mit den mittleren Ergebnissen jeder Luftanlage. Die Luftanlagen und Chengdu verwendeten unterschiedliche Referenzinstallationen, sodass der Standortvergleich sowohl die Anlage als auch das Gas und den Druck ändert.

Kᵢⱼ ist der Faktor für Durchlauf j an Punkt i, Nᵢⱼ ist die gezählte Impulssumme, Vᵢⱼ ist das Referenz-Betriebsvolumen und n ist die Anzahl der Wiederholungsmessungen. Kᵢ ist der mittlere Faktor an Punkt i. Die Tabellen geben K in m⁻³ an. Für die redaktionelle Prüfung unten ist die vorzeichenbehaftete Differenz (K_Luft − K_Gas) / K_Gas × 100 %.

Die Chongqing-Läufe zeigten nahezu überlappende Kurven, wenn Lufttemperatur und -druck ähnlich waren. In der Thesis wurden bei ähnlichem Luftdruck höhere K-Faktoren in wärmeren Läufen beobachtet. In Tabelle 5-10 liegen die vier Serien über den größten Teil des getesteten Bereichs relativ nahe beieinander. Bei 20 m³/h liegen beide Luft-Ergebnisse über beiden Erdgas-Ergebnissen. Zum Beispiel meldete Zentral-Sichuan 2323,94 m⁻³ und Chengdu meldete 2285,04 m⁻³ bei 0,9 MPa. Bei 50 m³/h kehren die beiden Chengdu-Druckwerte ihre Reihenfolge relativ zu 20 m³/h um. Diese punktuelle Umkehr schränkt die Verwendung eines einzelnen Drucktrends zur Erklärung der Tabelle ein.

K-Faktoren der Kalibrierung von DN80-Turbinenzählern. Neu gezeichnet auf Englisch nach Tang (2018), Tabelle 5-10; vgl. Original Abbildung 5-7. Gerade Linien verbinden die berichteten Punkte.

In den ersten beiden Chongqing-Läufen waren die Luftdrücke ähnlich und die Temperaturbänder lagen bei 16,46–16,56 °C bzw. 16,24–16,47 °C. Die Thesis berichtet eine höhere K-Faktor-Kurve im ersten Lauf. In Chengdu wies der Erdgaslauf bei 1,5 MPa ebenfalls eine höhere Temperatur als der Lauf bei 0,9 MPa auf, sodass die Beobachtungen die beiden Einflüsse nicht trennen. Bei 20 m³/h übersteigen beide Luftwerte beide Erdgaswerte. Bei 10 m³/h sind beide Luftwerte niedriger. Chongqing meldete 7704,33 m⁻³ gegenüber Chengdus 7869,61 m⁻³ bei 1,5 MPa. Diese Umkehr tritt innerhalb des getesteten Bereichs einer einzigen Nenngröße des Messgeräts auf.

Kalibrierung der K-Faktoren des Turbinenzählers DN50. Aus dem Englischen neu gezeichnet nach Tang (2018), Tabelle 5-11; vergleiche Original Abbildung 5-8. Gerade Linien verbinden die berichteten Punkte.

Beim minimal gemessenen Durchfluss ergibt ein benanntes Luft-zu-Gas-Paar etwa +1,70 % für DN80 und −2,10 % für DN50, wobei der Erdgas-Messwert als Nenner verwendet wird. Selbst wenn die beiden Luftanlagen zuerst gemittelt werden, ergeben dieselben Vergleiche jeweils +1,63 % und −1,89 %. Diese Berechnungen verwenden die veröffentlichten Tabellenwerte, gerundet auf zwei Dezimalstellen. Sie zeigen die Empfindlichkeit der Interpretation gegenüber Durchflusspunkt und Vergleichsbasis. Ein Labor, das eine Luftkalibrierung für eine Erdgasanwendung prüft, sollte entsprechende Betriebsdurchflüsse vergleichen, die für jede prozentuale Abweichung verwendete Referenz angeben und die Ergebnisse bei niedrigem Durchfluss im Bericht sichtbar halten. Die beiden Prüfgrößen zeigen hier entgegengesetzte Richtungen am unteren Ende, sodass ihre Zusammenfassung ein Merkmal verdecken würde, das für die Verifizierung wichtig ist. Eine separate Prüfung der Chengdu-Daten veranschaulicht, warum ein Druckvergleich ebenfalls Punkt für Punkt erfolgen sollte. Bei 70 m³/h für DN80 betrug der Faktor bei 1,5 MPa 2286,49 m⁻³ und der Faktor bei 0,9 MPa 2279,21 m⁻³, etwa 0,32 % Unterschied relativ zum Messwert bei niedrigerem Druck. Für DN50 bei 40 m³/h betrugen die entsprechenden Werte 7829,59 und 7777,02 m⁻³, etwa 0,68 % Unterschied auf derselben Basis. In beiden Fällen beschreibt der Prozentsatz eine Differenz zwischen gemessenen Faktoren. Er ist keine Schätzung der Unsicherheit oder eine Toleranz für den Betrieb.

Die Ergebnisse stützen eine durchflusspunktspezifische Überprüfung der Kalibrierungsübertragung für die getesteten Turbinenzähler DN50 und DN80. Die meisten Kurven liegen vergleichsweise nah beieinander, doch der niedrigste gemessene Durchfluss zeigt deutliche Unterschiede in entgegengesetzte Richtungen für die beiden Größen. Jede Entscheidung zur Übertragung eines K-Faktors sollte die relevanten Informationen zu Durchfluss, Medium, Druck und Anlage aus der tatsächlichen Kalibrierung verwenden. Diese Ergebnisse beschreiben die gemeldeten Proben und Testbedingungen.

Ein nachfolgender Vergleich könnte die Messungen nahe dem minimalen Betriebsdurchfluss jedes Zählers wiederholen und Druck, Temperatur und Unsicherheit zusammen mit den Pulsdaten erfassen. Das Anpassen von Druck und Temperatur bei gleichzeitiger Änderung nur des Testgases, wo das Referenzsystem dies zulässt, würde helfen, einen Mediumeffekt von den Effekten der Anlage und der Betriebsbedingungen zu trennen. Die Prüfung zusätzlicher Zähler würde zeigen, ob sich die beobachteten Richtungen im unteren Bereich über diese Exemplare hinaus wiederholen.

Die Dissertation gibt maximale Luft-zu-Gas-Abweichungen von 0,19 % und 0,16 % für DN80 sowie 0,49 % und 0,43 % für DN50 in den Vergleichen bei 0,9 und 1,5 MPa an. Sie gibt 0,32 % und 0,67 % für die beiden Erdgasdrücke für DN80 bzw. DN50 an. Der ausgewählte Abschnitt legt weder einen Ausschluss noch einen Nenner fest, der seine Luft-zu-Gas-Maximalwerte mit den Einträgen mit dem geringsten Durchfluss in Einklang bringt. Dieser Artikel behält die Zahlen des Autors wie berichtet bei und stellt die unabhängigen Tabellenberechnungen getrennt dar.

Tang Yixin (2018). Vergleichende Studie zur Prüfung von Gasdurchflussmessern mit Luft und Erdgas [übersetzter Titel]. Ingenieurwissenschaftliche Masterarbeit, Southwest Petroleum University. §5.3.1, S. 69–70 (PDF-Seiten 77–78), Tabellen 5-10 und 5-11 sowie Originalabbildungen 5-7 und 5-8. Testplan: Tabelle 5-1, S. 60. Gleichungen: §3.3, S. 18. Die englischen Diagramme verwenden die tabellierten Werte und sind unabhängig neu gezeichnet.

Cover: Betty Carrell, Archivfoto des U.S. Department of Energy. Gemeinfreies Werk der US-Regierung gemäß Dateieintrag. Redaktioneller Beschnitt und Titelüberlagerung. Fotoaufzeichnung