La precisione del fattore di calibrazione del flussometro

27 febbraio 2017

dal National Institute of Standards and Technology

L’anno scorso, più di 25 trilioni di piedi cubi di gas naturale sono stati consegnati ai clienti negli Stati Uniti e, quando è passato di mano, quasi ogni piede cubo è stato misurato utilizzando misuratori di flusso del gas. La precisione di questi misuratori ha un’enorme importanza commerciale e il NIST ha un programma di ricerca di lunga data per migliorare la calibrazione dei misuratori di portata. La portata di quel programma si è ora letteralmente ampliata sotto forma di un nuovo banco di prova conosciuto informalmente come Big Blue Ball.

Tipicamente, la calibrazione dei misuratori di portata comporta il flusso di un flusso di gas attraverso il misuratore in prova e quindi in un serbatoio di raccolta durante un intervallo di tempo misurato. La precisione del fattore di calibrazione del flussometro dipende da una misurazione con bassa incertezza della massa raccolta nel serbatoio. La quantità di gas raccolto viene comunemente determinata utilizzando: (1) il volume noto con precisione del serbatoio moltiplicato per (2) la variazione di densità del gas nel serbatoio di raccolta prima e dopo il processo di riempimento. La determinazione della densità richiede la misurazione della pressione e della temperatura media del gas raccolto.

Sfortunatamente, la temperatura media del gas raccolto è difficile da definire. Quando il gas pressurizzato fluisce in un serbatoio di grandi dimensioni, il flusso genera una distribuzione della temperatura non uniforme in tutto il serbatoio di raccolta. Subito dopo l'interruzione del flusso, il gas più caldo finisce vicino alla parte superiore del serbatoio e il gas più freddo finisce vicino al fondo. Questa situazione rende difficile misurare la temperatura media con mezzi convenzionali. Una lettura tempestiva di alcuni termometri è intrinsecamente imprecisa e i gradienti di temperatura nei grandi serbatoi persistono per ore o giorni.

Per aggirare il problema del gradiente di temperatura, il NIST calibra molti piccoli misuratori di flusso, uno alla volta, e poi li usa in parallelo per calibrare misuratori più grandi. I piccoli contatori sono calibrati tramite una piccola vasca di raccolta termostatata per eliminare velocemente i gradienti di temperatura. Tuttavia, le calibrazioni multiple richiedono molto tempo e manodopera, e quindi sono costose.

Due anni fa, gli scienziati del Physical Measurement Laboratory del NIST hanno affrontato con successo questo problema ideando e dimostrando l'uso della "termometria acustica" per misurare accuratamente e rapidamente la temperatura media. Hanno dimostrato i principi utilizzando gas argon puro in un piccolo serbatoio. Ora stanno ampliando la termometria acustica utilizzando un grande recipiente sferico ad alta pressione come volume di raccolta. Poiché il termine "grande vaso sferico ad alta pressione" è un boccone, è stato affettuosamente ribattezzato Big Blue Ball.

"Stiamo lavorando per trovare un modo per calibrare i misuratori per grandi flussi ad alta pressione, come quelli utilizzati per misurare il gas naturale che scorre all'interno delle condutture interstatali", afferma Michael Moldover, leader del Fluid Metrology Group del NIST, "La Big Blue Ball ci consente di aumentare i test di prova di principio di un fattore 20 in pressione, da 0,35 MPa a 7 MPa (da 3,5 atmosfere a 70 atm), e di un fattore 6 in volume, da 300 litri a 1800 litri. il volume verrà aumentato di un altro fattore 3 o addirittura 10."

La palla blu è in prestito al campus del NIST a Gaithersburg, nel Maryland, grazie a un accordo di ricerca e sviluppo cooperativo (CRADA) con la Colorado Engineering Experiment Station, Inc. (CEESI). Il CEESI è un laboratorio indipendente che tara i misuratori di portata, compresi quelli utilizzati nei gasdotti.

In definitiva, il gruppo di Moldover si aspetta che il CEESI e altri laboratori di calibrazione utilizzeranno la loro tecnica nei loro siti per serbatoi e contatori molto più grandi.

"Dubito che esista un'altra organizzazione al mondo che potrebbe fare ciò che sta facendo il NIST", afferma Eric Harman, ingegnere CEESI Natural Gas/Multiphase. "Il vantaggio per l'industria del gas naturale sarà immenso. È fondamentale che i grandi contatori del gas naturale siano calibrati accuratamente e che ogni dollaro energetico sia contabilizzato utilizzando la migliore tecnologia disponibile. Moldover e il suo gruppo stanno ridefinendo tale standard per adattarlo alla migliore tecnologia -possibile. Questo è un punto di svolta."