Étalonnage à l'air vs au gaz naturel : ce que révèlent les facteurs K des compteurs à turbine DN50 et DN80

Une thèse de master a comparé les facteurs K d'étalonnage de compteurs de gaz à turbine DN50 et DN80 à six points de débit opérationnels par taille. L'étude a utilisé deux installations à air atmosphérique et deux réglages de pression de gaz naturel dans une troisième installation. Les tableaux publiés révèlent que le point de débit le plus bas mérite une attention particulière. Les valeurs à l'air du DN80 sont supérieures aux valeurs au gaz à 20 m³/h, tandis que les valeurs à l'air du DN50 sont inférieures à 10 m³/h. Le recalcul à partir des tableaux imprimés donne également des écarts plus importants en bas de plage que les déviations maximales air-gaz citées dans le texte narratif. Cet article reproduit les tableaux, identifie la base de calcul et explique comment interpréter la comparaison.

Un compteur de gaz à turbine avec sortie impulsionnelle nécessite un facteur K pour convertir les impulsions en volume en service. Un laboratoire peut étalonner un compteur à l'air alors que l'application prévue utilise du gaz naturel sous pression. Un rapport d'étalonnage doit donc montrer comment le facteur se comporte sur la plage de débit, en particulier au point le plus bas prévu pour l'utilisation. Un ajustement visuellement proche aux débits plus élevés peut masquer une différence à une extrémité de la plage, et une seule moyenne ne peut pas montrer où cette différence se produit.

Dans quelle mesure les facteurs K à l'air et au gaz naturel concordent-ils aux six points de débit testés pour chaque taille de compteur, et la direction de la différence reste-t-elle la même près du bas de la plage ? La comparaison vérifie également si les plages d'écart rapportées dans le texte narratif peuvent décrire chaque entrée des tableaux imprimés. La portée est limitée aux spécimens et aux installations rapportés par Tang (2018).

Le champ gazier de Chongqing et le champ pétrolier et gazier du centre du Sichuan ont été testés à l'air à la pression atmosphérique locale. Les tableaux de résultats indiquent les deux conditions à l'air comme étant à 0,1 MPa. La branche de Chengdu a effectué les tests au gaz naturel à 0,9 et 1,5 MPa. Le plan d'essai de la turbine de la thèse prévoit six relevés par point de débit, avec une période d'acquisition de 60 s. Il spécifie également quatre séries de stabilité séparées d'au moins une semaine. Les tableaux 5-10 et 5-11 comparent certains résultats de Chengdu aux deux pressions avec les résultats moyens de chaque installation à air. Les installations à air et Chengdu ont utilisé des installations de référence différentes, de sorte que la comparaison entre sites fait varier à la fois l'installation, le gaz et la pression.

Kᵢⱼ est le facteur pour la passe j au point i, Nᵢⱼ est le total d'impulsions comptées, Vᵢⱼ est le volume opératoire de référence, et n est le nombre de lectures répétées. Kᵢ est le facteur moyen au point i. Les tableaux expriment K en m⁻³. Pour la vérification éditoriale ci-dessous, la différence signée est (K_air − K_gaz) / K_gaz × 100 %.

Les essais de Chongqing ont montré des courbes presque superposées lorsque la température et la pression de l'air étaient similaires. La thèse a observé des facteurs K plus élevés dans les essais à température plus chaude à pression d'air similaire. Dans le tableau 5-10, les quatre séries sont relativement proches sur la majeure partie de la plage testée. À 20 m³/h, les deux résultats pour l'air dépassent les deux résultats pour le gaz naturel. Par exemple, le Sichuan central a rapporté 2323,94 m⁻³ et Chengdu a rapporté 2285,04 m⁻³ à 0,9 MPa. À 50 m³/h, les deux valeurs de pression de Chengdu inversent leur ordre par rapport à 20 m³/h. Cette inversion ponctuelle limite l'utilisation d'une tendance de pression unique pour expliquer le tableau.

Facteurs K d'étalonnage du compteur à turbine DN80. Redessiné en anglais d'après Tang (2018), tableau 5-10 ; comparer avec la figure 5-7 originale. Les lignes droites relient les points rapportés.

Lors des deux premières campagnes de mesures à Chongqing, les pressions d'air étaient similaires et les plages de température étaient respectivement de 16,46–16,56 °C et 16,24–16,47 °C. La thèse rapporte une courbe du facteur K plus élevée lors de la première campagne. À Chengdu, l'essai au gaz naturel à 1,5 MPa présentait également une température plus élevée que l'essai à 0,9 MPa, de sorte que les observations ne permettent pas de dissocier les deux influences. À 20 m³/h, les deux valeurs pour l'air dépassent les deux valeurs pour le gaz naturel. À 10 m³/h, les deux valeurs pour l'air sont plus faibles. Chongqing a rapporté 7704,33 m⁻³ contre 7869,61 m⁻³ pour Chengdu à 1,5 MPa. Cette inversion se produit dans la plage testée d'une seule taille nominale de compteur.

Facteurs K d'étalonnage du compteur à turbine DN50. Redessiné en anglais d'après Tang (2018), tableau 5-11 ; comparer avec la figure 5-8 originale. Les lignes droites relient les points rapportés.

À la limite inférieure de débit mesuré, une paire air-gaz naturel nommée donne environ +1,70 % pour le DN80 et −2,10 % pour le DN50 en utilisant la lecture de gaz naturel comme dénominateur. Même lorsque les deux installations à air sont d'abord moyennées, ces mêmes comparaisons donnent respectivement +1,63 % et −1,89 %. Ces calculs utilisent les valeurs tabulées publiées arrondies à deux décimales. Ils montrent la sensibilité de l'interprétation au point de débit et à la base de comparaison. Un laboratoire examinant un étalonnage à l'air pour une application au gaz naturel devrait comparer les débits de fonctionnement correspondants, indiquer la référence utilisée pour tout écart en pourcentage et maintenir les résultats à faible débit visibles dans le rapport. Les deux tailles d'essai présentent ici des directions opposées à l'extrémité basse, de sorte que leur regroupement masquerait une caractéristique importante pour la vérification. Une vérification séparée des données de Chengdu illustre pourquoi une comparaison de pression devrait également être effectuée point par point. À 70 m³/h pour le DN80, le facteur à 1,5 MPa était de 2286,49 m⁻³ et le facteur à 0,9 MPa était de 2279,21 m⁻³, soit environ 0,32 % d'écart par rapport à la lecture à basse pression. Pour le DN50 à 40 m³/h, les chiffres correspondants étaient de 7829,59 et 7777,02 m⁻³, soit environ 0,68 % d'écart sur la même base. Dans les deux cas, le pourcentage décrit une différence entre facteurs mesurés. Il ne s'agit pas d'une estimation d'incertitude ni d'une tolérance de service.

Les résultats soutiennent un examen spécifique au point de débit du transfert d'étalonnage pour les compteurs à turbine DN50 et DN80 testés. La plupart des courbes sont relativement proches, mais le débit mesuré le plus faible présente des différences claires dans des directions opposées pour les deux tailles. Toute décision de transférer un facteur K doit utiliser les informations pertinentes sur le débit, le fluide, la pression et l'installation issues de l'étalonnage réel. Ces résultats décrivent les échantillons déclarés et les conditions d'essai.

Une comparaison de suivi pourrait répéter les mesures près du débit de service minimal de chaque compteur et enregistrer la pression, la température et l'incertitude parallèlement aux données d'impulsion. Faire correspondre la pression et la température tout en ne changeant que le gaz d'essai, là où le système de référence le permet, aiderait à séparer un effet du milieu des effets de l'installation et des conditions d'exploitation. Tester des compteurs supplémentaires montrerait si les directions observées à bas débit se reproduisent au-delà de ces spécimens.

Le récit de la thèse donne des écarts air-gaz maximaux de 0,19 % et 0,16 % pour le DN80, et de 0,49 % et 0,43 % pour le DN50, dans les comparaisons à 0,9 et 1,5 MPa respectivement. Il donne 0,32 % et 0,67 % pour les deux pressions de gaz naturel pour le DN80 et le DN50 respectivement. La section sélectionnée ne précise pas d'exclusion ni de dénominateur qui concilie ses maxima air-gaz avec les entrées à plus faible débit. Cet article conserve les chiffres de l'auteur tels que rapportés et présente séparément les calculs indépendants du tableau.

Tang Yixin (2018). Étude comparative des essais de débitmètres à gaz avec de l'air et du gaz naturel [titre traduit]. Mémoire de master en ingénierie, Université du pétrole du Sud-Ouest. §5.3.1, p. 69–70 (pages 77–78 du PDF), tableaux 5-10 et 5-11 et figures originales 5-7 et 5-8. Plan d'essai : tableau 5-1, p. 60. Équations : §3.3, p. 18. Les graphiques en anglais utilisent les valeurs tabulées et sont redessinés indépendamment.

Couverture : Betty Carrell, photographie d'archives du département de l'Énergie des États-Unis. Œuvre du gouvernement américain du domaine public selon le dossier. Recadrage éditorial et superposition de titre. Notice photo