Factores K de medidores de gas rotativos en aire y gas natural

Este artículo examina si los factores K de los medidores de gas rotativos obtenidos en aire pueden trasladarse al servicio con gas natural. Se basa en las pruebas de Tang de medidores DN50 y DN80 en seis puntos de caudal operativo por tamaño. La comparación utiliza resultados de aire atmosférico de Chongqing y Sichuan Central y resultados de gas natural presurizado de Chengdu. En la comparación reportada, el aire generalmente produjo factores K más altos, pero el tamaño y la dirección de la diferencia variaron con el caudal y las condiciones de prueba. Los resultados ayudan a identificar dónde la transferencia entre condiciones necesita verificación. El estudio no aísla el efecto del medio de las diferencias de laboratorio y presión.

Un medidor de gas rotativo puede probarse con aire mientras que su medio de servicio previsto es gas natural. El factor K es el recuento de pulsos registrado dividido por el volumen de funcionamiento de referencia. En un cálculo basado en pulsos, el volumen se obtiene dividiendo el recuento de pulsos por el factor K aplicable. Por lo tanto, un cambio en ese factor es importante incluso cuando el medidor y el punto de caudal nominal son los mismos.

¿Qué tan de acuerdo están los factores K de aire y gas natural reportados en los puntos de flujo operativos para los dos tamaños probados? El propósito práctico es identificar dónde un factor derivado del aire necesita verificación adicional antes de su uso en condiciones de gas natural. Las designaciones DN identifican el tamaño del medidor; la comparación aún debe realizarse en los puntos de flujo operativos reales. Los casos de prueba abordan el factor K medido bajo las condiciones de laboratorio indicadas. Aplicar un factor a una condición diferente es una decisión de ingeniería separada que depende de cuánto error puede tolerar la aplicación.

Tang probó medidores rotativos DN50 y DN80 en patrones de flujo de aire en el Campo de Gas de Chongqing y el Campo de Petróleo y Gas del Centro de Sichuan, y en el sistema de referencia de gas natural de la sucursal de Chengdu. El plan de pruebas de medidores rotativos enumera seis puntos de flujo operativo por tamaño, con 120 segundos de adquisición y seis lecturas por punto. También enumera cuatro rondas de pruebas de estabilidad separadas por al menos una semana. La comparación a continuación utiliza las dos condiciones de presión de Chengdu y los resultados medios reportados para los laboratorios de aire. Estos detalles de diseño están documentados en los Capítulos 3 y 5 de la tesis, especialmente en la Tabla 5-2 y el §5.3.2.

En las pruebas del Campo de Gas de Chongqing, las Tablas 4-20 a 4-23 y la Figura 4-8 muestran que la presión del gas fue casi idéntica en las dos primeras corridas. La primera corrida fue más cálida por encima de 100 m³/h y más fría por debajo de 100 m³/h. Las curvas del factor K para estas dos corridas no mostraron un patrón claro. La tercera y cuarta corridas tuvieron presiones más bajas y temperaturas más altas que las dos primeras, sin embargo, sus factores K cambiaron poco. En contraste con los resultados del medidor de turbina, el autor encontró poco efecto aparente de los cambios en la presión y temperatura del gas sobre el factor K en este conjunto particular de pruebas.

El autor seleccionó dos conjuntos de datos de pruebas de rendimiento a diferentes presiones de la sucursal de Chengdu y los comparó con los datos de prueba medios del Campo de Gas de Chongqing y del Campo de Petróleo y Gas del Sichuan Central. La Tabla 5-12 presenta los datos de DN80 y la Figura 5-9 compara las curvas de los diferentes laboratorios.

Comparación del factor K del DN80. Redibujado en inglés a partir de Tang (2018), Tabla 5-12. Las líneas conectan los puntos reportados. La presión inferior de Chengdu es de 0.9 MPa en la tabla y de 0.8 MPa en la Figura 5-9 original.

La Figura 5-9 muestra una tendencia general hacia factores K más altos en aire que en gas natural. La tesis reporta una desviación máxima de 0,96% y una mínima de 0,02% entre aire atmosférico y gas natural en la condición que etiqueta como 0,8 MPa en ese pasaje. Para aire atmosférico versus gas natural a 1,5 MPa reporta 1,15% y 0,01%, respectivamente. El siguiente pasaje compara gas natural a 0,9 MPa y 1,5 MPa, reportando tendencias similares y una desviación máxima de 0,35%, con los puntos más cercanos casi coincidentes.

Para el Campo de Gas de Chongqing, las Tablas 4-14 a 4-17 y la Figura 4-6 muestran diferencias muy pequeñas en el factor K. No obstante, el autor observó una tendencia hacia factores K más altos a temperaturas más elevadas y juzgó que el efecto de la temperatura en esta comparación era mayor para el medidor rotativo que para el medidor de turbina.

Para la sucursal de Chengdu, la tesis cita las Tablas 4-77 a 4-78 y la Figura 4-31. El autor interpreta la comparación como una muestra de un factor K más alto a 1,5 MPa que a 0,9 MPa, y atribuye la tendencia a la presión. Se compararon dos conjuntos de datos de Chengdu a diferentes presiones con los resultados medios de las pruebas del Campo de Gas de Chongqing y del Campo de Petróleo y Gas del Sichuan Central. La Tabla 5-13 presenta los datos de DN50 y la Figura 5-10 muestra las curvas de comparación.

Comparación del factor K para DN50. Redibujado en inglés a partir de Tang (2018), Tabla 5-13. Las líneas conectan los puntos reportados.

La Figura 5-10 muestra la tendencia general hacia factores K más altos en aire que en gas natural. Para aire atmosférico frente a gas natural a 0,9 MPa, la tesis reporta desviaciones máximas y mínimas de 1,17% y 0,01%. Para aire atmosférico frente a gas natural a 1,5 MPa, reporta 0,78% y 0,01%. Las curvas de gas natural a 0,9 y 1,5 MPa siguieron tendencias similares. La mayor desviación fue de 0,39% y los puntos más cercanos fueron casi coincidentes.

Las mediciones identifican puntos de flujo donde la transferencia del factor derivado del aire merece un escrutinio más detallado. A 70 m³/h para DN50, ambos factores de aire reportados superan ambos factores de gas natural reportados. A 40 m³/h, el valor de Chengdu a 1,5 MPa supera los valores de ambos laboratorios de aire. Este cambio en el ordenamiento muestra por qué una única corrección inferida a partir de la tendencia general pasaría por alto diferencias puntuales importantes. La comparación cambia de medio, presión e instalación de referencia a la vez, por lo que cuantifica las diferencias entre condiciones de ensayo sin aislar una contribución causal para cada variable. Los extremos reportados son útiles para localizar el rango de diferencias observadas en las comparaciones seleccionadas. No son estimaciones de incertidumbre ni errores admisibles. Al revisar los datos para un ensayo propuesto, solicite las lecturas de los puntos de flujo y la incertidumbre de medición para cada condición; un promedio general por sí solo puede ocultar puntos que requieren una verificación por separado.

Para los medidores DN50 y DN80 probados, la concordancia entre los factores K de aire y gas natural dependió del punto de caudal operativo y de la condición de comparación. Las tablas respaldan la verificación de la transferencia en los puntos de caudal previstos y el registro del medio de prueba, la presión y la instalación de referencia junto con el factor informado.

Una comparación de seguimiento podría probar el mismo medidor con caudal, presión y temperatura igualados mientras se varía el medio en un sistema de referencia compatible. Repetir esas pruebas emparejadas en medidores adicionales e informar la incertidumbre asociada ayudaría a distinguir un efecto repetible del medio de la variación del banco y del espécimen.

La Tabla 5-12 da 0,9 MPa para la condición de Chengdu de menor presión. La Figura 5-9 y el primer párrafo de comparación usan 0,8 MPa. Ambas etiquetas se conservan donde aparecen en la fuente y deben conciliarse antes de usar esta condición en una especificación. La tendencia de presión DN50 es la interpretación del autor de la comparación seleccionada. El factor K tabulado a 10 m³/h es 1408,62 m⁻³ a 1,5 MPa y 1409,69 m⁻³ a 0,9 MPa.

Tang Yixin. Estudio comparativo de la prueba de caudalímetros de gas con aire y gas natural [título traducido]. Tesis de maestría, Universidad del Petróleo del Suroeste, 2018, §5.3.2, pp. 71–72 (páginas 79–80 del PDF); plan de prueba en la Tabla 5-2, p. 61 (página 69 del PDF). Los gráficos en inglés se elaboraron de forma independiente a partir de las Tablas 5-12 y 5-13. Los escaneos de origen de las Figuras 5-9 y 5-10 se conservan en el archivo de verificación de la fuente.

Foto de portada editorial: Fotografía de operaciones mecánicas de Sandia, Departamento de Energía de los Estados Unidos. Trabajo del Gobierno de EE. UU. según el registro de origen. Recortado para el diseño de la portada con superposición de título. La fotografía ilustra el trabajo de ingeniería.