Fatores K de Medidores de Gás Rotativos em Ar e Gás Natural

Este artigo examina se os fatores K de medidores de gás rotativos obtidos em ar podem ser transferidos para o serviço com gás natural. Baseia-se nos testes de Tang com medidores DN50 e DN80 em seis pontos de vazão operacional por tamanho. A comparação utiliza resultados de ar atmosférico de Chongqing e Sichuan Central e resultados de gás natural pressurizado de Chengdu. O ar geralmente produziu fatores K mais altos na comparação relatada, mas o tamanho e a direção da diferença variaram com a vazão e a condição de teste. Os resultados ajudam a identificar onde a transferência entre condições precisa de verificação. O estudo não isola o efeito do meio das diferenças de laboratório e pressão.

Um medidor de gás rotativo pode ser testado com ar enquanto seu meio de serviço pretendido é o gás natural. O fator K é a contagem de pulsos registrada dividida pelo volume operacional de referência. Em um cálculo baseado em pulsos, o volume é obtido dividindo-se a contagem de pulsos pelo fator K aplicável. Uma mudança nesse fator, portanto, importa mesmo quando o medidor e o ponto de vazão nominal são os mesmos.

Qual é o grau de concordância entre os fatores K reportados para ar e gás natural nos pontos de vazão operacionais para os dois tamanhos testados? O objetivo prático é identificar onde um fator derivado do ar necessita de verificação adicional antes do uso em condições de gás natural. As designações DN identificam o tamanho do medidor; a comparação ainda precisa ser feita nos pontos de vazão operacionais reais. Os casos de teste abordam o fator K medido nas condições laboratoriais listadas. A aplicação de um fator a uma condição diferente é uma decisão de engenharia separada que depende de quanta margem de erro a aplicação pode tolerar.

Tang testou medidores rotativos DN50 e DN80 em padrões de vazão de ar no Campo de Gás de Chongqing e no Campo de Petróleo e Gás do Centro de Sichuan e no sistema de referência de gás natural da filial de Chengdu. O plano de teste dos medidores rotativos lista seis pontos de vazão operacional por tamanho, com 120 segundos de aquisição e seis leituras por ponto. Também lista quatro rodadas de teste de estabilidade separadas por pelo menos uma semana. A comparação abaixo utiliza as duas condições de pressão de Chengdu e os resultados médios relatados para os laboratórios de ar. Esses detalhes de projeto estão documentados nos Capítulos 3 e 5 da tese, especialmente na Tabela 5-2 e no §5.3.2.

Nos testes do Campo de Gás de Chongqing, as Tabelas 4-20 a 4-23 e a Figura 4-8 mostram que a pressão do gás foi quase idêntica nas duas primeiras execuções. A primeira execução foi mais quente acima de 100 m³/h e mais fria abaixo de 100 m³/h. As curvas do fator K para essas duas execuções não mostraram um padrão claro. A terceira e a quarta execuções tiveram pressões mais baixas e temperaturas mais altas do que as duas primeiras, no entanto, seus fatores K mudaram pouco. Em contraste com os resultados do medidor de turbina, o autor encontrou pouco efeito aparente das mudanças na pressão e temperatura do gás sobre o fator K neste conjunto específico de testes.

O autor selecionou dois conjuntos de dados de teste de desempenho a diferentes pressões da filial de Chengdu e comparou-os com os dados médios de teste do Campo de Gás de Chongqing e do Campo de Petróleo e Gás do Centro de Sichuan. A Tabela 5-12 apresenta os dados DN80 e a Figura 5-9 compara as curvas dos diferentes laboratórios.

Comparação do fator K do DN80. Redesenhado em inglês a partir de Tang (2018), Tabela 5-12. As linhas conectam os pontos reportados. A pressão mais baixa de Chengdu é 0,9 MPa na tabela e 0,8 MPa na Figura 5-9 original.

A Figura 5-9 mostra uma tendência geral para fatores K mais elevados no ar do que no gás natural. A tese relata um desvio máximo de 0,96% e um mínimo de 0,02% entre o ar atmosférico e o gás natural na condição que designa como 0,8 MPa nessa passagem. Para o ar atmosférico em comparação com o gás natural a 1,5 MPa, relata 1,15% e 0,01%, respetivamente. A passagem seguinte compara o gás natural a 0,9 MPa e 1,5 MPa, relatando tendências semelhantes e um desvio máximo de 0,35%, com os pontos mais próximos quase coincidentes.

Para o Campo de Gás de Chongqing, as Tabelas 4-14 a 4-17 e a Figura 4-6 mostram diferenças muito pequenas no fator K. O autor, no entanto, observou uma tendência a fatores K mais elevados em temperaturas mais altas e julgou que o efeito da temperatura nesta comparação era maior para o medidor rotativo do que para o medidor de turbina.

Para a filial de Chengdu, a tese cita as Tabelas 4-77 a 4-78 e a Figura 4-31. O autor interpreta a comparação como mostrando um fator K mais elevado a 1,5 MPa do que a 0,9 MPa, e atribui a tendência à pressão. Dois conjuntos de dados de Chengdu em pressões diferentes foram comparados com os resultados médios dos testes do Campo de Gás de Chongqing e do Campo de Petróleo e Gás do Centro de Sichuan. A Tabela 5-13 apresenta os dados de DN50 e a Figura 5-10 mostra as curvas de comparação.

Comparação do fator K para DN50. Redesenhado em inglês a partir de Tang (2018), Tabela 5-13. As linhas conectam os pontos reportados.

A Figura 5-10 mostra a tendência geral de fatores K mais altos no ar do que no gás natural. Para ar atmosférico versus gás natural a 0,9 MPa, a tese relata desvios máximos e mínimos de 1,17% e 0,01%. Para ar atmosférico versus gás natural a 1,5 MPa, relata 0,78% e 0,01%. As curvas de gás natural a 0,9 e 1,5 MPa seguiram tendências semelhantes. O maior desvio foi de 0,39% e os pontos mais próximos foram quase coincidentes.

As medições identificam pontos de vazão em que a transferência do fator derivado do ar merece um escrutínio mais atento. A 70 m³/h para DN50, ambos os fatores de ar reportados excedem ambos os fatores de gás natural reportados. A 40 m³/h, o valor de Chengdu a 1,5 MPa excede os valores de ambos os laboratórios de ar. Essa mudança na ordenação mostra por que uma única correção inferida a partir da tendência geral perderia diferenças pontuais importantes. A comparação altera simultaneamente o meio, a pressão e a instalação de referência, de modo que quantifica diferenças entre condições de teste sem isolar uma contribuição causal para cada variável. Os extremos reportados são úteis para localizar a faixa de diferenças observadas nas comparações selecionadas. Eles não são estimativas de incerteza nem erros admissíveis. Ao revisar os dados para um teste proposto, solicite as leituras dos pontos de vazão e a incerteza de medição para cada condição; uma média geral isolada pode ocultar pontos que necessitam de verificação separada.

Para os medidores DN50 e DN80 testados, a concordância entre os fatores K de ar e gás natural dependeu do ponto de vazão operacional e da condição de comparação. As tabelas apoiam a verificação da transferência nos pontos de vazão pretendidos e o registro do meio de teste, da pressão e da instalação de referência com o fator relatado.

Uma comparação de acompanhamento poderia testar o mesmo medidor em vazão, pressão e temperatura correspondentes, variando o meio em um sistema de referência compatível. Repetir esses testes pareados em medidores adicionais e relatar a incerteza associada ajudaria a distinguir um efeito de meio repetível da variação de bancada e de espécime.

A Tabela 5-12 apresenta 0,9 MPa para a condição de Chengdu de menor pressão. A Figura 5-9 e o primeiro parágrafo de comparação usam 0,8 MPa. Ambos os rótulos são mantidos onde ocorrem na fonte e devem ser reconciliados antes de usar esta condição em uma especificação. A tendência de pressão do DN50 é a interpretação do autor da comparação selecionada. O fator K tabelado a 10 m³/h é 1408,62 m⁻³ a 1,5 MPa e 1409,69 m⁻³ a 0,9 MPa.

Tang Yixin. Estudo Comparativo de Testes de Medidores de Vazão de Gás com Ar e Gás Natural [título traduzido]. Dissertação de mestrado, Universidade do Petróleo do Sudoeste, 2018, §5.3.2, pp. 71–72 (páginas 79–80 do PDF); plano de teste na Tabela 5-2, p. 61 (página 69 do PDF). Os gráficos em inglês foram desenhados de forma independente a partir das Tabelas 5-12 e 5-13. As digitalizações originais das Figuras 5-9 e 5-10 são mantidas no arquivo de verificação da fonte.

Foto de capa editorial: Fotografia de operações mecânicas de Sandia, Departamento de Energia dos Estados Unidos. Trabalho do Governo dos EUA conforme registro de origem. Recortado para layout de capa com sobreposição de título. A fotografia ilustra trabalho de engenharia.