Juan Manuel López Zurita

Gas Natural Medición y análisis en el sistema gasista Trazabilidad y control metrológico Enagás / Juan Manuel López Zurita

13 Septiembre 2012

Índice 1. El gas natural 2. Marco regulatorio en España 3. Cálculo de la energía

4. Definición de variables

5. Trazabilidad

6. Control metrológico

7. Fuentes de incertidumbre

8. Actividades de Enagás para la mejora del control

metrológico

El gas natural está formado principalmente por metano en proporción superior al 70 % junto con hidrocarburos saturados de

bajo peso molecular: etano, propano, butanos, pentanos, etc. Adicionalmente suele contener anhídrido carbónico y nitrógeno.

1. El gas natural (I)

GNL

1. El gas natural (II)

La determinación de la energía del GN / GNL depende del punto de la cadena de suministro de gas natural donde se transfiere

BUQUES PLANTA

REGASIFICACIÓN CISTERNAS

Medida en Buque Medida en Planta

CLIENTE

DOMÉSTICO

Medida Ámbito Doméstico y Comercial

CLIENTE

COMERCIAL

12 12

GASODUCTO DE

TRANSPORTE

12 12

12

Medida Ámbito Industrial

YACIMIENTO

CLIENTE

INDUSTRIAL

12

AA.SS.

RED DE

DISTRIBUCIÓN

5

2. Marco regulatorio en España GN

Protocolo de detalle PD-01 “Medición” de las NGTS (Resolución de la D.G.P.E.M. en BOE 3 Octubre 2011 y modificado en BOE del 23 Abril 2012)

• Puntos de medida • Control metrológico derivado de Ley 3/1985, Real Decreto 889/2006 y sus normativas de desarrollo • Características y especificaciones de los equipos de medida y análisis • Procedimientos de medida • Frecuencia de calibraciones y verificaciones

GNL Protocolo de detalle PD-01 “Medición” de las NGTS (Resolución de la D.G.P.E.M. en BOE 3 Octubre 2011 y modificado en BOE del 23 Abril 2012)

• Carga de cisternas de GNL

Protocolo de detalle PD-05 “Procedimiento de determinación de energía descargada por buques metaneros” de las NGTS (Resolución de la D.G.P.E.M. en BOE 1 Abril 2011)

• Características y especificaciones de los equipos de medida y análisis • Procedimientos de medida • Frecuencia de calibraciones y verificaciones • Medición en caso de anomalía

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GN (CANALIZACIÓN)

3. Cálculo de la energía

E = Vb . H

s

Donde:

E Energía contenida en el gas V

b Volumen de gas en condiciones de base

HS Poder calorífico superior del gas

GNL

BUQUES CISTERNAS

E = (VGNL

. ρ GNL

. Hm,s

) – E gas retornado

± E autoconsumos buque

E = MGNL

. Hm,s

Donde: E Energía transferida V

GNL Volumen transferido

ρGNL

Densidad de líquido H

m,S Poder calorífico superior, en base másica

E gas retornado

Energía del gas que reemplaza a GNL transferido E

autoconsumos buque Energía del gas consumido por el buque

MGNL

Masa del GNL cargado

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GN GNL

4. Definición de variables

VGNL

ρ GNL

Hm,s

Hs

Vb

E = Vb . H

s E = (V

GNL . ρ

GNL . H

m,s ) – E

gas retornado ± E

autoconsumos buque

MGNL

E = MGNL

. Hm,s

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8. Actividades Enagás para mejora Control Metrológico

• Revisión y actualización de procedimientos de contrastación metrológica.

• Pruebas e incorporación de nueva instrumentación de medida de energía.

• Sistemas de supervisión de medida en conexiones entre operadores de redes de transporte.

• Homologación de equipos de análisis y medida. • Homologación de mezclas de gases de referencia. • Estudio de las composiciones de las mezclas de gases

de referencia que minimizan los errores de linealidad en cromatografía.

• Incorporación de instrumentación y control en el sistema de toma de muestras y vaporización de GNL para obtener una muestra representativa

• Automatización sistemas de tratamiento de datos en la obtención de la calidad media en (des)cargas y cisternas

13 Septiembre 2012

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4. Definición de variables: Vb

Volumen de gas referido a unas condiciones de presión y temperatura especificadas

Condiciones normales: 0,1013125 MPa y 273,15 K

Condiciones estándar: 0,1013125 MPa y 288,15 K

P Presión absoluta en el punto de medida, y de base

T Temperatura absoluta en el punto de medida, y de base

Z Factor de compresibilidad, en condiciones de medida y de base

xi % molar de cada componente del gas natural

Vm

Volumen de gas en condiciones de medida

C Factor de conversión del volumen

Z = f (xi , P , T) C = f (P , T, Z)

Norma UNE ISO 12213-3

Vb = C . Vm

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

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4.1. Instrumentos y proceso de cálculo

Presión: Transmisor electrónico (absoluta)

Temperatura: Transmisor electrónico y sonda Pt-100

Composición de gas (para cálculo de Z): Cromatógrafo de gas

Proceso de cálculo: en conversor de volumen / computador de caudal

Conversor de volumen o Computador de caudal

Procesa señales y calcula

Vc / Z / Vb / E

Proceso de cálculo según PD-01

para suministro doméstico

(P<0,4 bar)

Vb / E

Vm

(m3)


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5. Trazabilidad de la medida: Vb

Nivel 0. Patrón Primario. Laboratorios nacionales

Dispositivos de desplazamiento

dinámico: campanas gasométricas, pistones

Contadores tipo turbina, pistones rotativos o

toberas sónicas

Pistón patrón. Contadores tipo turbina o

toberas sónicas en régimen crítico

Unidades básicas M, L, T M, L t

Nivel 1. Patrón de Transferencia

Nivel 2. Patrón de Trabajo. Laboratorios acreditados

Nivel 3. Instrumento de medida del usuario.

Contadores tipo ultrasónico, turbina, pistones rotativos y

membranas deformables

VOLUMEN PRESION TEMPERATURA

Balanzas de pesos muertos

Patrones de puntos fijos Sondas termométricas de

Platino

Sondas termométricas de Platino.

Baños termostáticos

Balanzas de pesos muertos. Calibradores

digitales

Calibradores multifunción. Transmisores de presión.

Manómetros Bourdon

Transmisores de temperatura.

Sondas Pt-100. Baños termostáticos.

Term. Bimetálicos.


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6. Control metrológico: Vb

ANTES DE P.E.M. Normativa Caudalímetros y Contadores: Turbina, MUS, Pistones Rotativos y Membranas Deformables

Ley 3/1985 – R.D. 889/2006 (MID) UNE-EN 12261, ISO 17089-1, UNE-EN

12480, UNE-EN 1359

Conversores de Volumen UNE-EN 12405 (OIML, MID)

INSTRUM. en SERVICIO (Transporte) Periodicidad Contador turbina MUS

6 años (Lab. Acreditado) 6 meses (“in situ”)

Conversores de Volumen + lazos de P,T Inicio / 1 a 6 meses (“in situ”)

Verificación contadores (Prueba en Serie) Inicio / 1 a 6 meses (“in situ”)

INSTRUM. en SERVICIO (Distribuidor) Periodicidad Contador Turbina, P. Rotativos. Membranas Deformables

2, 4, 6 años s/consumo (Lab. Acreditado) 15 años (muestreo estadístico)

Conversores de Volumen + lazos de P,T Inicio / 0,5 a 4 años s/consumo (“in situ”)

Verificación contadores (Prueba en Serie)

Si se puede, cada año (con aumento a 6 años la calibración de los contadores)

NGTS / PD-01


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7. Fuentes de Incertidumbre : Vb

Exceso/defecto de caudal y

suciedad en el gas

Instalación incorrecta (contador

no adecuado) Fallo en composición

de gas (cromatógrafo)

Errores en calibración de lazos de P y T

Fallo en comunicaciones

CV - Croma

Parametrización incorrecta en CV

Errores en calibración. No corrección de curva de error

Operación incorrecta

(distorsiones externas)

Contador Conversor/Cromatógrafo

Incertidumbre V

b


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4. Definición de variables: Hs , Hm,s

Cantidad de calor producida por la combustión completa en aire de una cantidad especificada de gas (en volumen o masa)

Presión de la reacción constante.

Productos combustión en fase gaseosa, a temperatura de los reactantes.

Agua en fase líquida, a la temperatura de los reactantes.

Hs = f (x

i , z , H

s,i)

Patrón

Normativa UNE-EN ISO 6976

Hm,s

= f (xi , H

m,s,i)


Cromatógrafo

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5. Trazabilidad patrones: Hs , Hm,s

Unidades SI para composiciones de mezclas de gas e identificación de los componentes de la mezcla

Nivel 0

Patrón primario de mezclas de gases Nivel 1

Patrón secundario de mezclas de gases Nivel 2

Patrón de trabajo de mezclas de gases Nivel 3

Jerarquía de las mezclas de gas de referencia (UNE-EN ISO 14111)

Mas alto nivel de calidad

Validado por comparación directa con nivel 1

Validado por comparación directa con nivel 2


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5. Trazabilidad medida: Hs , Hm,s

Cromatógrafo de referencia

Muestras GN

Cromatógrafo de campo

Ejemplo red de trazabilidad para análisis de gas natural (UNE-EN ISO 14111)

Patrón secundario

Patrones primarios

7 Patrones secundarios Patrón secundario

Patrón primario


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6. Control metrológico: Hs , Hm,s

Instrumento

Patrón

ANTES DE P.E.M. Normativa Preparación por gravimetría UNE-EN ISO 6142

Análisis por cromatografía UNE-EN ISO 6143 /UNE-EN ISO 17025

ANTES DE P.E.M. Normativa Aceptación de modelo ISO 15971 (métodos no separativos)

INSTRUM. en SERVICIO (Enagás)

Periodicidad

Control calidad 1 botella al mes

Verificación Cada botella frente a botella anterior

INSTRUM. en SERVICIO Periodicidad Calibración Diaria

Verificación Mínimo cada 12 meses Siempre que se cambie patrón


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7. Fuentes de Incertidumbre : Hs , Hm,s

Incertidumbre patrón

Errores procedimiento

Repetibilidad instrumento

Reproducibilidad instrumento

Linealidad instrumento

Método de cálculo

Incertidumbre valores H

s

normativa

Incertidumbre H

s , H

m,s


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4. Definición de variables: V GNL

El volumen de GNL descargado por un buque se calcula como la suma del volumen de GNL descargado de cada tanque.

El volumen de GNL descargado de cada tanque del buque se calcula por diferencia entre los niveles inicial y final del líquido en el tanque.

Medidor de nivel

VGNL

= f (Nivel inicial, Nivel final, Tablas Correcciones, Tabla aforo)


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6. Control metrológico: VGNL

ANTES DE P.E.M. Normativa

Medidores de nivel: microondas, capacitivo y de flotador.

UNE-ISO 13689, UNE-ISO 8309, UNE-ISO 10574

Tablas aforo ISO-8311, ISO 9091-1, ISO 9091-2

INSTRUM. en SERVICIO Periodicidad Medidores de nivel Calibración (dique seco)

Verificación en cada descarga

Tablas de aforo Certificación NKKK (10-12 años o siempre que existan modificaciones en los tanques)

Los equipos de medida utilizados en las calibraciones tienen garantizada su trazabilidad a través de los laboratorios reconocidos por organismos

integrantes de ILAC


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7. Fuentes de Incertidumbre : V GNL

Incertidumbre medidor nivel

Repetibilidad medidor nivel

Incertidumbre correcciones

Incertidumbre tablas aforo

Incertidumbre V

GNL


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4. Definición de variables: ρ GNL

Masa de GNL por unidad de volumen

Se calcula a partir de los datos de composición y temperatura del GNL. Se emplea el método de Klosek-McKinley revisado.

ρ GNL

= f (xi, T

GNL, k

1, k

2, V

i)

Medidor de temperatura

Cromatógrafo UNE 60555


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6. Control metrológico: ρ GNL


Medidor temperatura UNE-ISO 8310

INSTRUM. en SERVICIO Periodicidad Cromatógrafo Autocalibración diaria

Verificación:

Antes y después de cada descarga

Medidor temperatura Calibración (dique seco)

Los equipos de medida utilizados en las calibraciones tienen garantizada su trazabilidad a través de los laboratorios reconocidos por organismos

integrantes de ILAC


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7. Fuentes de Incertidumbre : ρ GNL


Errores procedimiento Repetibilidad

cromatógrafo

Reproducibilidad cromatógrafo

Linealidad cromatógrafo

Muestra no representativa

Método de cálculo

Incertidumbre ρ GNL

Incertidumbre temperatura


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4. Definición de variables: M GNL

La masa del GNL cargado en cisternas se determina en una báscula, por

diferencia entre el peso del camión cisterna antes y después de la carga.

M GNL

= f (Minicial

, Mfinal

)

Báscula


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6. Control metrológico: MGNL

INSTRUM. en SERVICIO Báscula (instrumento de pesaje de funcionamiento no automático)

BOE 8 mayo 1999 (ORDEN 27 abril 1999)

Verificación cada dos años por un

Organismo de Certificación Autorizado

Los equipos de medida y las pesas utilizadas en la calibración tienen garantizada su trazabilidad a través de los laboratorios reconocidos por

ENAC


Báscula (instrumento de pesaje de funcionamiento no automático)

UNE-EN 45501


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7. Fuentes de Incertidumbre : M GNL


Errores procedimiento

Repetibilidad báscula

Reproducibilidad báscula

Incertidumbre M GNL

Linealidad báscula


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