Juan Manuel López Zurita by Uimp Pirineos

Gas Natural Mediciรณn y anรกlisis en el sistema gasista Trazabilidad y control metrolรณgico Enagรกs / Juan Manuel Lรณpez 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

1. El gas natural (I) 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.

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 Medida en Buque BUQUES

Medida en Planta PLANTA

12 YACIMIENTO AA.SS.

CISTERNAS

REGASIFICACIÓN Medida Ámbito Industrial

GASODUCTO DE

TRANSPORTE

Medida Ámbito Doméstico y Comercial

12 RED DE

DISTRIBUCIÓN

CLIENTE

DOMÉSTICO

COMERCIAL

INDUSTRIAL

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 5

3. Cálculo de la energía GN (CANALIZACIÓN) E = Vb . Hs Donde: E

Energía contenida en el gas

Volumen de gas en condiciones de base

Poder calorífico superior del gas

GNL BUQUES E = (VGNL . ρ

GNL

. Hm,s ) – E

gas retornado

CISTERNAS ±E

autoconsumos buque

E = MGNL . Hm,s

Donde: E

Energía transferida

VGNL

Volumen transferido

ρGNL

Densidad de líquido

Energía del gas que reemplaza a GNL transferido

Hm,S E

gas retornado autoconsumos buque

MGNL

Poder calorífico superior, en base másica Energía del gas consumido por el buque Masa del GNL cargado 6

4. Definición de variables E = Vb . Hs

E = (VGNL . ρ

GNL

. Hm,s ) – E

gas retornado

±E

autoconsumos buque

E = MGNL . Hm,s

GNL

VGNL

GNL

Hm,s MGNL

8. Actividades Enagás para mejora Control Metrológico • Revisión

y actualización contrastación metrológica.

procedimientos

• 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

4. Definición de variables: V

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

Vb = C . Vm

C = f (P , T, Z)

Z = f (xi , P , T)

C Factor de conversión del volumen V Volumen de gas en condiciones de medida m

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

Norma UNE ISO 12213-3

Z Factor de compresibilidad, en condiciones de medida y de base xi % molar de cada componente del gas natural

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

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

V /Z/V /E c

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

(m3)

Proceso de cálculo según PD-01 para suministro doméstico (P<0,4 bar)

V /E b

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

5. Trazabilidad de la medida: V Unidades básicas

Nivel 0. Patrón Primario. Laboratorios nacionales

M, L, T

M, L

VOLUMEN

PRESION

TEMPERATURA

Dispositivos de desplazamiento dinámico: campanas gasométricas, pistones

Nivel 1. Patrón de Transferencia

Contadores tipo turbina, pistones rotativos o toberas sónicas

Nivel 2. Patrón de Trabajo. Laboratorios acreditados

Pistón patrón. Contadores tipo turbina o toberas sónicas en régimen crítico

Nivel 3. Instrumento de medida del usuario.

Contadores tipo ultrasónico, turbina, pistones rotativos y membranas deformables

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Balanzas de pesos muertos

Patrones de puntos fijos Sondas termométricas de Platino

Balanzas de pesos muertos. Calibradores digitales

Sondas termométricas de Platino. Baños termostáticos

Calibradores multifunción. Transmisores de presión. Manómetros Bourdon

Transmisores de temperatura. Sondas Pt-100. Baños termostáticos. Term. Bimetálicos.

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

6. Control metrológico: V

NGTS / PD-01

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

INSTRUM. en SERVICIO

Normativa Ley 3/1985 – R.D. 889/2006 (MID) UNE-EN 12261, ISO 17089-1, UNE-EN 12480, UNE-EN 1359 UNE-EN 12405 (OIML, MID)

(Transporte)

Contador turbina MUS

Periodicidad 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)

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre 13

7. Fuentes de Incertidumbre : V Contador

Conversor/Cromatógrafo Instalación incorrecta (contador no adecuado)

Fallo en composición de gas (cromatógrafo)

Operación incorrecta (distorsiones externas)

Fallo en comunicaciones CV - Croma

Incertidumbre Vb

Errores en calibración. No corrección de curva de error

Exceso/defecto de caudal y suciedad en el gas

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Errores en calibración de lazos de P y T

Parametrización incorrecta en CV

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

4. Definición de variables: H H s,

m,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. Hm,s = f (xi , Hm,s,i) Hs = f (xi , z , Hs,i) Patrón

Cromatógrafo Normativa UNE-EN ISO 6976

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

5. Trazabilidad patrones: H H s,

m,s

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

Nivel 0

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

Nivel 1

Patrón primario de mezclas de gases

Nivel 2

Patrón secundario de mezclas de gases

Nivel 3

Patrón de trabajo de mezclas de gases

Mas alto nivel de calidad

Validado por comparación directa con nivel 1

Validado por comparación directa con nivel 2

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

5. Trazabilidad medida: H H s,

m,s

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

Patrones primarios

Patrón primario

Patrón secundario

7 Patrones secundarios

Patrón secundario

Cromatógrafo de campo

Muestras GN

Cromatógrafo de referencia

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

6. Control metrológico: H H s,

ANTES DE P.E.M. Preparación por gravimetría Análisis por cromatografía

Patrón

INSTRUM. en SERVICIO (Enagás) Control calidad Verificación

ANTES DE P.E.M. Aceptación de modelo

Instrumento

INSTRUM. en SERVICIO

m,s

Normativa UNE-EN ISO 6142 UNE-EN ISO 6143 /UNE-EN ISO 17025

Periodicidad 1 botella al mes Cada botella frente a botella anterior

Normativa ISO 15971 (métodos no separativos)

Periodicidad

Calibración

Diaria

Verificación

Mínimo cada 12 meses Siempre que se cambie patrón

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

7. Fuentes de Incertidumbre : H H s,

m,s

Errores procedimiento Repetibilidad instrumento

Incertidumbre patrón Incertidumbre Hs , Hm,s Método de cálculo

Incertidumbre valores Hs normativa

Reproducibilidad instrumento

Linealidad instrumento

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

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.

VGNL = f (Nivel inicial, Nivel final, Tablas Correcciones, Tabla aforo) Medidor de nivel

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

6. Control metrológico: V

GNL

ANTES DE P.E.M.

Normativa

Medidores de nivel: microondas, capacitivo y de flotador. Tablas aforo

UNE-ISO 13689, UNE-ISO 8309, UNE-ISO 10574 ISO-8311, ISO 9091-1, ISO 9091-2

INSTRUM. en SERVICIO Medidores de nivel

Periodicidad 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

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

7. Fuentes de Incertidumbre : V

GNL

Repetibilidad medidor nivel

Incertidumbre medidor nivel

Incertidumbre VGNL

Incertidumbre correcciones

Incertidumbre tablas aforo

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

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.

GNL

= f (xi, TGNL, k1, k2, Vi)

Cromatógrafo

UNE 60555 Medidor de temperatura

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

6. Control metrológico: ρ GNL ANTES DE P.E.M.

Normativa

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

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

7. Fuentes de Incertidumbre : ρ Errores procedimiento

GNL

Repetibilidad cromatógrafo

Incertidumbre patrón

Reproducibilidad cromatógrafo Incertidumbre

ρ GNL Método de cálculo

Linealidad cromatógrafo

Incertidumbre temperatura

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Muestra no representativa

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

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.

GNL

= f (Minicial, Mfinal)

Báscula

Vb Hs VGNL ρGNL Hm,s MGNL

Definición Trazabilidad Control metrológico Incertidumbre

6. Control metrológico: MGNL ANTES DE P.E.M.

Normativa

Báscula (instrumento de pesaje de funcionamiento no automático)

UNE-EN 45501

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

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

7. Fuentes de Incertidumbre : M

GNL

Errores procedimiento Repetibilidad báscula Incertidumbre patrón

Incertidumbre M GNL Reproducibilidad báscula Linealidad báscula

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