{

MEDICIÓN DE HIDROCARBUROS EMI-COCHABAMBA

CÓMO MEDIR?

En la Industria del Gas o Petróleo siempre es necesario medir, con exactitud, a un costo razonable

Sin embargo, debemos tener ciertas consideraciones al momento de elegir la tecnología:

Compatibilidad con el fluido Costo inicial Exactitud Mantenimiento Durabilidad Versatilidad Caída de presión

DONDE ESTAMOS MIDIENDO?

Medicion de gas en distintas etapas del proceso productivo

Separa-tion

Oil andGas Well

Gas Well

Water

Oil

Vented andFlared

Products Removed

NonhydrocarbonGases Removed

Returned to Field

Vented and Flared UndergroundStorageReservoir

CompressorStation

CompressorStation

GasProcessing

Plant Odorant

MainLineSales Natural Gas

Company

LNG Storage

Consumers

Producción Transmisión Distribución

EN QUE PUNTO DEL PROCESO ESTAMOS MIDIENDO?: PRODUCCIÓN, TRANSMISIÓN O DISTRIBUCIÓN

• Si es medicion de control de produccion de pozos: gas sin secar, sucio y con liquidos en el flujo ( agua y/o crudo), estamos hablando de flujo practicamente multifasico.

• El error esperado no puede ser muy exigente, ni tampoco es necesario.

• Tecnologias alternativas para medir flujos no newtonianos

• Esperar un error del 5% - 10% es razonable

GAS EN PRODUCCIÓN: FLUJO MULTIFASICO

Medidor basado en modelación matematica para determinacion de fracciones: gas, crudo y agua.

Mide conductancia, capacitancia, velocidad de flujo total.

Debe resolver un conjunto de tres ecuaciones con tres incognitas.

Error: 5-10%

Corte interior

PEEK Insulators High Pressure feed-

throughs

Capacitance Electrodes

Diff. Pressure

• Transmisión o Producción: Error empieza a ser importante y seleccionar el medidor adecuado es tarea de los ingenieros de proyecto y Medición.

• No importa solo cuan exacto podemos medir, si no cuanto cuesta ser tan exactos!

EN QUE PUNTO DEL PROCESO ESTAMOS MIDIENDO?: PRODUCCIÓN, TRANSMISIÓN O DISTRIBUCIÓN

Cómo medir en transferencias comerciales

De desplazamiento positivo, que miden volumen directamente.

De velocidad que infieren volumen a partir de velocidad de rotor y área.

De masa, que infieren volumen a partir de la fuerza coriolis y la densidad del fluido.

Generadores de presión diferencial.

Ultrasónicos que infieren volumen a partir del tiempo de tránsito de pulsos ultrasónicos y área.

Existen medidores con otros principios, para medición de bajos volumenes de gas: domiciliarios, a diafragma, de lóbulos rotativos (Pdmeter)

Error esperado: 2 - 5%

El medidor másico está aún en etapa de consolidación en el Mercado. No hay una Norma que lo referencie.

Para Grandes volúmenes se utilizan desplazamiento positivo, Turbinas, placas de orificio y ultrasónicos

Cómo medir en transferencias comerciales

Rangos de aplicación: distintos tipos de medidores

1 2 5 10 2 5 100 2 5 1000 2 5 10000 2 5 100000 2 5 1000000 2

Medidores Qmax/ Qmin= 50Domiciliarios Pmax.= 200 mBar

A diafragma de baja presión Qmax/Qmin=50Pmax.= 200 mBar

A diafragma de alta presión Qmax/Qmin=50Pmax= 7 Bar

Medidores de lóbulos rotativos Qmax/Qmin= 50

Turbinas Qmax/Qmin=10 en baja presiónQmax/Qmin=20 en alta presión

QmaxQmin=3 Placas de orificio

Qmax/Qmin=60 Ultrasónicos

Medición de Gas NaturalRangos de aplicación aconsejables para diversos tipos de medidores

Medidor tipo: Turbina de Gas Natural Se basa en la relación lineal entre la velocidad de flujo y la velocidad de

rotación del rotor.

Esta linealidad se ve efactada basicamente por la variación del rozamiento del mecanismo.

Muy buena estabilidad en el tiempo, aunque el rozamiento descalibrará la turbina

Se debe realizar la prueba de “Spin” para comprobar el buen estado del rotor. (50 segundos)

Contrastes con campanas neumáticas o sopladores con toberas sónicas calibradas

RANGOS DE APLICACIÓN

Considerablemente superior a las placas de orificio

Muy lineales dentro del rango de operación (10% al 100%)

A mayor masa, mayor rangeabilidad ( Raiz cuadrada Pf/pr)

Linealidad Standard: +/- 0.25%

Recomendada en flujos con amplias variaciones de Max/min

No sirve en flujo pulsante, mide en exceso

Requiere instalación con by pass o turbina redundante para su mantenimiento

MEDIDOR TIPO :PLACA DE ORIFICIO

Cubre un amplio rango de aplicación

Fué por muchos años el sistema de medición más usado y todavía lo es (primeros datos de estudio: 1920’s)

Gran versatilidad

Buena exactitud para muchas aplicaciones Económico

Existe una Norma de recomendación: AGA 3, edición 2000

Su principio de medición se basa en la interposición de un elemento restrictivo al paso de gas, generando un cambio de energía.

Dicho cambio se da en la forma de una caída de presión estática.

Esta caída de presión genera un aumento de la velocidad de flujo.

Este cambio en la energía cinética y la diferencia de presión puede ser medido como un cambio de energía.

MEDIDOR TIPO :PLACA DE ORIFICIO

El elemento primario comprende no solo la restricción, sino también la tubería contigua aguas arriba y agua abajo

Elemento restrictivo

Tubería asociada al elemento primario

Su aplicación tan amplia lo hace uno de los métodos más populares.

Sin embargo, su principio de medición, comprende cierta incertidumbre inherente imposible de reducir.

Además, muchos factores externos dependientes de la instalación aumentarán o disminuirán dicha incertidumbre.

Errores más comunes:

Por deformación del perfil de velocidad de flujo.

Defectos en la placa misma.

Error introducido por elementos externos.

Su rangeabilidad es pobre: 3:1; en el mejor caso 7:1

Para un xtc de +/-0.1% de error, a fondo de escala, al caer el flujo al 22% ya tenemos 2% de error en la medición, solo por este efecto.

Deformación del perfil de velocidades: La acumulación de liquidos o suciedad en las cercanias de la placa, puede generar errores importantes.

El cambio progresivo de la rugosidad es otro factor.

El error de la placa normalmente esta dado por el desgaste del borde recto de la placa.

En general podemos decir que casi cualquier circunstancia que se pueda presentar en un tramo cuya atención a sido descuidada, producirá errores por defecto.

FMC OrificeMaster : portaplacas simple camara

Caracteristicas: Seguro::

Contruida para maxima seguridad durante medicion, mantenimiento e inspección.

Disenada para prevenir la voladura de la cubierta superior en caso de no haber despresurizado la linea antes de realizar la maniobra de extracción.

Cumple con la especificaciones de ASTM. exactitud:

Cumple con todas las especificaciones y tolerancias de la ultima revision de AGA 3.

FMC OrificeMaster Simple camara

caracteristicas Operacion y mantenimiento:

Operación simple, no requiere mas que una persona para toda la operacion.

Instalacion vertical u horizontal para todos los modelos y tamaños.

Utiliza o-rings standards disponibles en gran variedad de materiales.

FMC MeasureMaster portaplacas doble camaracaracteristicas Seguridad: desarrollada y construida para operarla con absoluta

seguridad. tapa de cierre segura, no se desprende en caso de alta presion en

linea al momento de realizar la operación. El sistema portaplacas se mantiene en control positivo durante toda

la operación de extracción. Cumple con todas las especificaciones segun ASTM

exactitud: El sistema de centrado y asiento del portaplacas, elimina gaps,

defleccion de la placa y protuberancias del sello dentro del tubo. Testeadas antes de salir de fabrica para asegurar exactitud y

confiabilidad.

Medidor Ultrasónico multihaz

MPU 600

Amplio rango de medición de flujo (Velocidad) 100 to 1.3 ft/sec

Importantes reducciones en costos de instalación.

En tuberias y válvulas, reduciendo la estación completa de medición.

Reducción en costos operativos y de mantenimiento.

Medición No-intrusiva Sin partes internas móviles que puedan fallar.

Reemplazo de transductores bajo presión “de operación” y sin desenergizarlo

Medición de Flujo Bi-Directional

Diagnóstico remoto del elemento “primario” de medición: Los sensores

No agrega caída de presión al sistema

Medición de Velocidad con “haz directo”

V

U

D

q

LTd

du

du

TTTTL

V-

×=)cos(2 q

)cos(qVc

LTd +

=

)cos(qVc

LTu -

=

du

du

TT

TTLc

+×=

2uT

Medición de Velocidad de flujo instantánea

ViWiVinstiå=

=5

0

..

La velocidad instantánea es simplemente la sumatoria de Velocidades ponderadas por el factor de area

V0

V1

V2 ; V3

V4 ; V5

Q= V. A

Placa de Orificio

Fácil instalación• Capaz de medir

líquidos con pequeños arrastres de

sólidos• Capaz de medir gases que puedan

llevar líquidos

• Precisión obtenida de +/- 1

a +/- 2

Dos tomas conectadas en la parte anterior y

posterior de la placa captan la presión

diferencial la cual es proporcional al cuadrado

del caudal

 

Tobera

• Permite caudales 60% superiores a la placa de

orificio• Capaz de medir

líquidos con pequeños arrastres de sólidos

• Coste de 8 a 16 veces el de un

diafragma• Perdida de carga

30 a 80% de la presión diferencial

Está situada en la tubería con dos tomas una anterior y

la otra en el centro de la sección más pequeña

Precisión de 0.95 s 1%

Medición de caudal: Presión Diferencial

Tubo de Venturi

• Permite caudales 60% superiores a la

placa de orificio• Perdida de carga de

10 a 20%

• Coste elevado de 20 veces el de

un diafragma

Precisión de 0.75%

Tubo de Pitot• Trabaja con grandes

caudales• Baja perdida de carga

• Baja precisión • Sensible a las variaciones de

velocidad• Necesita

trabajar con flujo laminar

Mide la presión dinámica (diferencia entre la presión total y la presión estática) la

cual es proporcional al cuadrado de la velocidad

Precisión de 1.5 a 4%

Tubo Annubar

• Baja perdida de carga

• Mide pequeños y grandes flujos

• Mayor precisión que el

tubo de pitot

El tubo que mide la presión total está

situado a lo largo de un diámetro

transversal de la tubería y consta de varios orificios de

posición crítica determinada por computador, que

cubren cada uno la presión total en un

anillo de área transversal de la

tubería. Estos anillos tienen áreas iguales.

En tuberías de tamaño mayor que 1”

se dispone en el interior del tubo otro

que promedia las presiones obtenidas

en los orificios.

Precisión de 1%

Turbina

• No utiliza rodamiento axiales• Precisión elevada

de 0.3%

Solo maneja líquidos limpios y filtradosNo debe

quedar vacio cuando el

caudal cesaLa

sobrevelocidad por exceso de

caudal es perjudicial

Consisten en un rotor que gira al paso del

fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal

La máxima precisión

se consigue con un

régimen laminar

instalando el el

instrumento en una tubería recta de

longitudes minimas de

15 diámetros

aguas arriba y 6 diámetros

aguas abajo

Sondas Ultrasónicas

Puede medir flujos con dos fases

Mide directamente el flujo por variación de

frecuencia

Son sensibles a la variación de

densidadTiene un gran

costo de instalación y

mantenimiento

Miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al propagarse

este en el sentido del flujo del fluido y en el

sentido contrario

Precisión de medida es

de 2%

Medición de caudal: Velocidad

Disco Giratorio

Mide el caudal teniendo un

volumen conocido en la cámara

Dispone de una cámara circular con un disco plano móvil dotado de una ranura en la que esta intercalada una

placa fija que separa la entrada de la salida e

impide el giro del disco durante el paso del

fluido.

Se fabrica para

pequeños tamaños

de tuberíaUtiliza partes

mecánicas

Medición de caudal: Desplazamiento Positivo

Pistón Oscilante

• Mide el caudal teniendo un

volumen conocido en la cámara

Dispone de un pistón en una cámara de

medida cilíndrica El movimiento circular del

pistón transmite directamente eje

mecánico de movimiento oscilante

Se aplica en la medición de caudales de agua y líquidos

viscosos o corrosivos.

Precisión de 1%

pudiéndose llegar a 0.2%

con pistón metálico

Medidor Rotativo• Mide el caudal desplazando un

volumen fijo

Tiene válvulas rotativas que giran excéntricamente

rozando con las paredes de una cámara circular y

transportan el liquido en forma incremental de la

entrada a la salida

Se emplean mucho en la

industria petroquímica

para la medida de crudos y gasolinas

Para Grandes transferencias comerciales, Se utilizan placas de orificio, turbinas y ultrasónicos.

Placas de orificio: Baja rangeabilidad, económico, no requiere recalibraciones, verificación sencilla, sin autodiagnosis

Turbinas: Buena rangeabilidad (20:1), ideal para amplias variaciones de flujo, requiere recalibraciones con cierta frecuencia por desgaste mecánico, posee algún nivel primario de autodiagnosis, no puede hacerse mantenimiento en linea, costo moderado pero superior a un sistema por placas en diametros medios (10” - 12”)

Ultrasónicos: costosos en bajos diámetros, muy amplia rangeabilidad, gran set de diagnosticos, mantenimiento en linea, ideal para medios y altos volúmenes de transferencia

Medición de Gas Natural en transferencias Comerciales

AGA Report 9

Junio 1998

Introducción.

Condiciones de Operación.

Requerimientos del Medidor.

Requerimientos de performance, pruebas.

Pruebas del medidor.

Requerimientos de instalación.

Pruebas de verificación en campo.

AGA Reporte 9

Define el principio de Medición: Medidor de flujo por medición del tiempo de tránsito de un pulso ultrasónico de alta frecuencia.

Define el mínimo de haces : Al menos dos pares independientes de sensores de medición: No hace mención si son de medición de velocidad o compensadores.

Define los factores que influirán en la exactitud de la medición.

AGA 9: Introducción

Precisa geometría del cuerpo y la ubicación de los sensores.

La técnica de integración utilizada, dependiente del diseño del medidor.

La calidad del perfil de gas a medir.

La exactitud en la medición de los tiempos de tránsito: la cual depende a su vez, de la estabilidad del reloj interno, correcta detección de la posición de referencia de la onda de sonido y correcta compensación de los retardos en la electrónica y sensores.

Factores que influyen en la exactitud

Calidad del Gas: Limita la aplicación de la norma a las mezclas de gas natural especificada en AGA 8, con densidades comprendidas entre 0.554 y 0.87

El fabricante debe ser consultado ante la presencia de: CO2 por encima de 10%, gas natural con densidad próxima al límite máximo y total de azufre en cualquiera de sus posibles combinaciones , en no más de 320 ppm.

Menciona la posibilidad de depósitos de residuos varios por operación normal de ductos y que éstos pueden afectar la medición pero no especifica cuánto

Condiciones de Operación Calidad del Gas

Define al ingeniero de diseño, responsable por la determinación de los correctos límites de presión y temperaturas, máximos y mínimos.

Asimismo el ingeniero de diseño debe verificar los límites de flujo y asegurarse que están dentro de los límites especificados del medidor a la vez que, con criterio, debe diseñar el sistema considerando la velocidad máxima admisible por razones de seguridad, o máximo ruido admisible en la estación

Recomienda al ingeniero , verificar los últimos tests disponibles en relación a la influencia de la configuración de la tubería aguas arriba del medidor. Admite su influencia pero no determina cuánto

Condiciones de Operación.

Diámetro interior: Hace especial mención a la diferencia admisible en diámetros internos respecto solo del tramo aguas arriba del medidor: dentro del +/- 1% uno del otro.

Sugiere que los puertos de instalación de los sensores deben ser de un diseño tal que evite la acumulación de suciedad o liquidos de arrastre, pero no da ninguna sugerencia.

La presión estática debe ser medida a través de una conexión en el mismo cuerpo del medidor.

Se debe diseñar el medidor con algun sistema de soporte para evitar que ruede , si fuera apoyado en una pendiente de 10%

Requerimientos del medidor

Requerimientos Generales

Repetibilidad : ± 0.2% para qt ≤ qi ≤ qmáx

: ± 0.4% para qmín ≤ qi ≤ qt

Resolución 0.003 ft/s (0.001 m/s)

Velocidad de muestreo ≤ 1 segundo

error máximo pico a pico 0.7% para qt ≤ qi ≤ máx

ver figura 1

Lectura admisible en flujo cero < 0.04 ft/s ( 12 mm/s) para cada haz

Requerimientos Particulares

error máximo ± 0.7% para qt ≤ qi ≤ máx

ver figura 1 ± 1.4% para qmín ≤ qi ≤ qt

12” y mayores

error máximo ±1.0% para qt ≤ qi ≤ máx

ver figura 1 ± 1.4% para qmín ≤ qi ≤ qt

10” y menores

PREGUNTAS?