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Aplicação e Operação de
Medidores Ultra-Sônicos
José Paulo C. Santana
PETROBRAS G&E
7/8/2012
1- Conceitos básicos
2- Portarias ANP & INMETRO
3- Desenvolvimento da tecnologia
4- Características comparativas
5- Princípio de operação
6- Instalação dos medidores
7- Medição de custódia
8- Ultra-sônico x Placa de orifício
9- Referências normativas
1- Conceitos básicos
(1/5)
• Porque é importante Medir?
Porque só assim é possível determinar a quantidade
ou
volume
de
gás
natural
transportado,
movimentado ou comercializado, e efetuar a
contabilização, o pagamento (no caso de compra)
ou o faturamento (no caso de venda).
1- Conceitos básicos
(2/5)
• Porque é importante Medir certo?
Porque os erros em medições de volume ou em
cálculos do poder calorifíco do gás natural podem
custar centenas de milhões de Reais por ano nas
transações (fiscais) de compra e venda de grandes
volumes.
1- Conceitos básicos
(3/5)
• Sistema de Medição
A medição é um conjunto de operações, efetuadas em uma
seqüência lógica, com o objetivo de determinar o valor de
uma grandeza.
Estas operações são executadas pelos instrumentos de
medição, que são dispositivos utilizados para realizar uma
medição, isolados ou em conjunto com outros dispositivos
complementares.
Um sistema de medição pode ser visto como um conjunto
completo de instrumentos de medição e outros equipamentos
associados para executar uma determinada medição,
consistindo dos seguintes elementos básicos:
1- Conceitos básicos
(4/5)
- Elemento sensor: é o elemento de interface do instrumento com o
processo, sendo diretamente afetado pela quantidade medida,
detectando a variável e gerando um sinal proporcional a ela,
convertendo a entrada desejada para uma forma mais conveniente
e prática de ser manipulada pelo sistema de medição.
- Elemento condicionador de sinal: é o elemento que manipula e
processa a saída do sensor de uma forma conveniente, convertendo
o sinal de saída do sensor em outro sinal mais adequado em forma
e amplitude, cujas principais funções são amplificar, filtrar, integrar
e converter os sinais, quando necessário.
- Elemento de apresentação do dado: é o elemento de interface do
instrumento com o operador do processo, fornecendo a informação
da variável medida na forma quantitativa.
1- Conceitos básicos
(5/5)
• O diagrama em blocos de um sistema de
medição típico é indicado na figura abaixo:
2- Portarias ANP & INMETRO
(1/2)
- A partir da publicação das portarias ANP & INMETRO
Marco da organização da regulamentação técnica de medição fiscal
de petróleo, GN e GNL no BRASIL.
a) Portaria Conjunta n° 1 ANP/INMETRO de 19 de junho de 2000
• Definição de medição fiscal;
• Sistemas projetados e calibrados para uma incerteza global <1,5%;
• Compensação automática de P, T, Z na vazão e variação na
composição do gás;
• Definição de sistemática de calibração e re-calibração.
2- Portarias ANP & INMETRO
(2/2)
b) Portaria n° 104 de 8 de julho de 2002
• Especificação do GN e GNL a ser comercializado no Brasil;
• Atribuições de Carregador, Transportador e Operador;
• Análise Qualitativa do Gás nos Pontos de Recepção e de Entrega;
• Qualidade do GN e GNL a ser comercializado no Brasil.
c) Portaria n° 1 de 4 de Janeiro de 2003:
• Envio das informações das Transportadoras para a ANP, a partir da
data de início de operação.
d) Resolução n° 16 de 17 de Junho de 2008
• Revoga-se a portaria n° 104 de 8 de julho de 2002;
• Revisão da especificação do GN a ser comercializado no País.
3- Desenvolvimento da tecnologia
Desenvolvimento
Ultra-sônico
Vortex
e Coriolis
Turbina
e PDM
Placa de
Orifício
1900
2000
4- Características comparativas
5-Princípio de operação
(1/5)
5- Princípio de operação
(2/5)
5- Princípio de operação
(3/5)
5- Princípio de operação
(4/5)
5- Princípio de operação
(5/5)
6-Instalação de medidores
(1/5)
6-Instalação de medidores
(2/5)
6-Instalação de medidores
(3/5)
6-Instalação de medidores
(4/5)
Medição para Transferência de Custódia - Opção 1
CLP ou REMOTA
CROMATÓGRAFO
C
P
U
I/O
I/O
DISCRETOS
&
ANALÓGICOS
SERIAIS
REDE RS-485
MODBUS-RTU
swtich
+
roteador
COMPUTADOR
DE VAZÃO
RS-485
MODBUS-RTU
4 a 20 mA
rede Ethernet
conversor
RS-485/ETH
RS-485
MODBUS-RTU
UE
PIT
4 a 20 mA ou
sinal para RTD
TIT ou TE
6-Instalação de medidores
(5/5)
Medição para Transferência de Custódia - Opção 2
CLP ou REMOTA
CROMATÓGRAFO
C
P
U
I/O
DISCRETOS
&
ANALÓGICOS
I/O
SERIAIS
REDE RS-485
MODBUS-RTU
swtich
+
roteador
COMPUTADOR
DE VAZÃO
sinal digital
(tipo pulso)
4 a 20 mA
rede Ethernet
conversor
RS-485/ETH
4 a 20 mA ou
sinal para RTD
REDE RS-485
MODBUS-RTU
UE
PIT
TIT ou TE
7- Medição de custódia
(1/2)
a) Requisitos :
- Atender as normas técnicas aplicáveis;
- Corrigir a vazão e o volume nas condições base de pressão e
temperatura (PT) do GN e/ou GNL para 1 Atm ou 1,03322
kgf/cm² ou 1,01325 bar e 20 ºC;
- Compensar as variações do fator de compressibilidade do gás
natural (Z) através da escrita da cromatografia no computador de
vazão, de forma local ou remota via supervisório;
- Permitir configurações, auditoria e emissão de relatórios on-line.
7- Medição de custódia
(2/2)
b) Tendência:
Com a revisão da regulamentação ANP e INMETRO que trata da
re-calibração dos sistemas de medição da forma atual, para uma
sistemática mais realista.
- Utilização de medidores ultra-sônicos em EMEDs de alta vazão com
os seguintes requisitos adicionais:
• Possuir um tramo de medição reserva;
• Incerteza global do sistema < 0,5% , com 4 paths mínimo e atender
as normas técnicas aplicáves;
• Range de medição acima de 1:20;
• Computador para compensação de vazão para cada tramo;
• Certificação de calibração de alta pressão e cálculo da incerteza
total do sistema.
8- Ultra-sônico x Placa de orifício (1/2)
a)
Principais vantagens:
•
Maior precisão e rangeabilidade dos elementos primários;
•
Maior retorno do investimento;
•
Menor custo operacional (menor manutenção);
•
Menor perda de carga;
•
Menor consumo de energia no sistema;
•
Permite melhor gestão de sua operação e manutenção;
•
Redução do número de tramos, do comprimento dos trechos
retos e, conseqüentemente da área requerida e menor custo
total da estação de medição.
8- Ultra-sônico x Placa de orifício (2/2)
b) Principais desvantagens:
• Custo de investimento mais elevado do elemento primário
(medidor) se comparado com a placa de orifício;
• Dificuldade de aceitabilidade de alguns operadores, pela falta de
conhecimento e treinamento;
• Dificuldades para calibração no Brasil (Laboratórios credenciados);
• Necessidade de se negociar a aceitação nos contratos com os
clientes.
9- Referências normativas
• NBR 15855 – Medição de gás por medidores do tipo ultra-sônicos
multitrajetórias;
• ISO 5168 – Measurement of Fluid Flow Evaluation of Uncertainty;
• ISO 12213 – Natural Gas – Calculation of Compression Factor,
Parts 1 to 3;
• ISO 17089 – Measurement of fluid in closed conduits – Ultrasonic
meters;
• AGA Report nº 8 – Compressibility Factors of NG and other
related hydrocarbon gases;
• AGA Report nº 9 – Measurement of Gas by Ultrasonic Meters;
• AGA Report nº 10 – Speed of Sound in NG and other related
hydrocarbon gases.
OBRIGADO PELA ATENÇÃO