Facteurs K des compteurs de gaz rotatifs dans l'air et le gaz naturel

Cet article examine si les facteurs K des compteurs de gaz rotatifs obtenus dans l'air peuvent être transposés au service du gaz naturel. Il s'appuie sur les essais de Tang sur des compteurs DN50 et DN80 à six points de débit opérationnels par taille. La comparaison utilise les résultats de l'air atmosphérique de Chongqing et du Sichuan central et les résultats du gaz naturel sous pression de Chengdu. L'air a généralement produit des facteurs K plus élevés dans la comparaison rapportée, mais la taille et la direction de la différence variaient selon le débit et les conditions d'essai. Les résultats aident à identifier où le transfert entre conditions nécessite une vérification. L'étude n'isole pas l'effet du milieu des différences de laboratoire et de pression.

Un compteur de gaz rotatif peut être testé avec de l'air alors que son milieu de service prévu est le gaz naturel. Le facteur K est le nombre d'impulsions enregistré divisé par le volume opérationnel de référence. Dans un calcul basé sur les impulsions, le volume est obtenu en divisant le nombre d'impulsions par le facteur K applicable. Une variation de ce facteur a donc son importance même lorsque le compteur et le point de débit nominal sont identiques.

Dans quelle mesure les facteurs K de l'air et du gaz naturel rapportés concordent-ils aux points de débit opérationnels pour les deux tailles testées ? L'objectif pratique est d'identifier où un facteur dérivé de l'air nécessite une vérification supplémentaire avant utilisation dans des conditions de gaz naturel. Les désignations DN identifient la taille du compteur ; la comparaison doit néanmoins être effectuée aux points de débit opérationnels réels. Les cas de test portent sur le facteur K mesuré dans les conditions de laboratoire indiquées. L'application d'un facteur à une condition différente constitue une décision d'ingénierie distincte qui dépend de l'erreur que l'application peut tolérer.

Tang a testé des compteurs rotatifs DN50 et DN80 sur des étalons de débit d'air au champ gazier de Chongqing et au champ pétrolier et gazier du Sichuan central, ainsi que sur le système de référence de gaz naturel de la branche de Chengdu. Le plan d'essai des compteurs rotatifs répertorie six points de débit opérationnels par taille, avec une acquisition de 120 secondes et six lectures par point. Il répertorie également quatre séries d'essais de stabilité séparées d'au moins une semaine. La comparaison ci-dessous utilise les deux conditions de pression de Chengdu et les résultats moyens rapportés pour les laboratoires d'air. Ces détails de conception sont documentés dans les chapitres 3 et 5 de la thèse, en particulier le tableau 5-2 et le §5.3.2.

Dans les essais du champ gazier de Chongqing, les tableaux 4-20 à 4-23 et la figure 4-8 montrent que la pression du gaz était presque identique lors des deux premières séries d'essais. La première série était plus chaude au-dessus de 100 m³/h et plus froide en dessous de 100 m³/h. Les courbes du facteur K pour ces deux séries ne présentaient pas de tendance claire. Les troisième et quatrième séries présentaient des pressions plus basses et des températures plus élevées que les deux premières, yet leurs facteurs K ont peu changé. Contrairement aux résultats du compteur à turbine, l'auteur a constaté peu d'effet apparent des variations de pression et de température du gaz sur le facteur K dans cet ensemble particulier d'essais.

L'auteur a sélectionné deux ensembles de données d'essai de performance à des pressions différentes provenant de la succursale de Chengdu et les a comparés aux données d'essai moyennes du champ gazier de Chongqing et du champ pétrolier et gazier du Sichuan central. Le tableau 5-12 présente les données DN80 et la figure 5-9 compare les courbes des différents laboratoires.

Comparaison des facteurs K du DN80. Redessiné en anglais d'après Tang (2018), tableau 5-12. Les lignes relient les points rapportés. La pression inférieure de Chengdu est de 0,9 MPa dans le tableau et de 0,8 MPa dans la figure 5-9 originale.

La figure 5-9 montre une tendance générale à des facteurs K plus élevés dans l'air que dans le gaz naturel. La thèse rapporte une déviation maximale de 0,96 % et une minimale de 0,02 % entre l'air atmosphérique et le gaz naturel à la condition qu'elle désigne comme 0,8 MPa dans ce passage. Pour l'air atmosphérique par rapport au gaz naturel à 1,5 MPa, elle rapporte respectivement 1,15 % et 0,01 %. Le passage suivant compare le gaz naturel à 0,9 MPa et 1,5 MPa, rapportant des tendances similaires et une déviation maximale de 0,35 %, les points les plus proches étant presque confondus.

Pour le champ gazier de Chongqing, les tableaux 4-14 à 4-17 et la figure 4-6 montrent des différences très faibles du facteur K. L'auteur a néanmoins observé une tendance à des facteurs K plus élevés à des températures plus hautes et a jugé que l'effet de la température dans cette comparaison était plus important pour le compteur rotatif que pour le compteur à turbine.

Pour la branche de Chengdu, la thèse cite les tableaux 4-77 à 4-78 et la figure 4-31. L'auteur interprète la comparaison comme montrant un facteur K plus élevé à 1,5 MPa qu'à 0,9 MPa, et attribue cette tendance à la pression. Deux ensembles de données de Chengdu à des pressions différentes ont été comparés aux résultats d'essai moyens du champ gazier de Chongqing et du champ pétrolier et gazier du Sichuan central. Le tableau 5-13 présente les données DN50 et la figure 5-10 montre les courbes de comparaison.

Comparaison des facteurs K pour DN50. Redessiné en anglais d'après Tang (2018), tableau 5-13. Les lignes relient les points rapportés.

La figure 5-10 montre la tendance générale à des facteurs K plus élevés dans l'air que dans le gaz naturel. Pour l'air atmosphérique par rapport au gaz naturel à 0,9 MPa, la thèse rapporte des écarts maximaux et minimaux de 1,17 % et 0,01 %. Pour l'air atmosphérique par rapport au gaz naturel à 1,5 MPa, elle rapporte 0,78 % et 0,01 %. Les courbes du gaz naturel à 0,9 et 1,5 MPa suivaient des tendances similaires. L'écart le plus important était de 0,39 % et les points les plus proches étaient presque confondus.

Les mesures identifient des points de débit où le transfert du facteur dérivé de l'air mérite un examen plus attentif. À 70 m³/h pour DN50, les deux facteurs air rapportés dépassent les deux facteurs gaz naturel rapportés. À 40 m³/h, la valeur de Chengdu à 1,5 MPa dépasse les valeurs des deux laboratoires d'air. Ce changement dans l'ordonnancement montre pourquoi une correction unique déduite de la tendance globale manquerait d'importantes différences ponctuelles. La comparaison change simultanément de milieu, de pression et d'installation de référence, de sorte qu'elle quantifie les différences entre conditions d'essai sans isoler une contribution causale pour chaque variable. Les extrêmes rapportés sont utiles pour localiser la plage des différences observées dans les comparaisons sélectionnées. Ce ne sont pas des estimations d'incertitude ni des erreurs admissibles. Lors de l'examen des données pour un essai proposé, demandez les relevés des points de débit et l'incertitude de mesure pour chaque condition ; une moyenne globale seule peut masquer des points nécessitant une vérification distincte.

Pour les compteurs DN50 et DN80 testés, la concordance entre les facteurs K de l'air et du gaz naturel dépendait du point de débit opérationnel et de la condition de comparaison. Les tableaux permettent de vérifier le transfert aux points de débit prévus et d'enregistrer le milieu d'essai, la pression et l'installation de référence avec le facteur rapporté.

Une comparaison de suivi pourrait tester le même compteur à débit, pression et température appariés tout en faisant varier le milieu sur un système de référence compatible. La répétition de ces essais appariés sur des compteurs supplémentaires et la communication de l'incertitude associée aideraient à distinguer un effet de milieu reproductible d'une variation due au banc et au spécimen.

Le tableau 5-12 donne 0,9 MPa pour la condition de Chengdu à basse pression. La figure 5-9 et le premier paragraphe de comparaison utilisent 0,8 MPa. Les deux étiquettes sont conservées là où elles apparaissent dans la source et doivent être conciliées avant d'utiliser cette condition dans une spécification. La tendance de pression DN50 est l'interprétation de l'auteur de la comparaison sélectionnée. Le facteur K tabulé à 10 m³/h est de 1408,62 m⁻³ à 1,5 MPa et de 1409,69 m⁻³ à 0,9 MPa.

Tang Yixin. Étude comparative des essais de débitmètres à gaz avec de l'air et du gaz naturel [titre traduit]. Mémoire de master, Université du pétrole du Sud-Ouest, 2018, §5.3.2, p. 71–72 (pages PDF 79–80) ; plan d'essai au tableau 5-2, p. 61 (page PDF 69). Les graphiques en anglais ont été dessinés indépendamment à partir des tableaux 5-12 et 5-13. Les numérisations sources des figures 5-9 et 5-10 sont conservées dans le fichier de vérification des sources.

Photo de couverture éditoriale : Photographie des opérations mécaniques de Sandia, Département de l'énergie des États-Unis. Œuvre du gouvernement américain selon la source. Recadrée pour la mise en page de la couverture avec superposition du titre. La photographie illustre un travail d'ingénierie.