Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor Automation AS
Måling av råolje, som eksporteres for salg, utføres svært ofte av systemer hvor turbinmeter er den primære måleren.
Vital k-faktor
Pulsene som genereres av turbinmeter konverteres til volummengde ved hjelp av en kalibreringsfaktor, normalt kalt K-faktor. Enheten er pulser per volummengde, eksempelvis pulser per kubikkmeter.
Strømningsrate, for eksempel m/h, og/eller akkumulert volummengde (for eksempel m) målt av et turbinmeter vil aldri bli mer nøyaktig enn nøyaktigheten til tilhørende K-faktor.
K-faktoren kan fremskaffes gjennom forskjellige teknikker eller metoder, eksempelvis ved bruk av master- eller referansemeter, tankvolummåling, vekt- eller massemåling og måling av fortrengt volum (displacement provere basert på ball eller stempel).
Seriell referansemåling
Prinsipielt baserer kalibrering av mengdemålere seg på å legge to enheter som kan angi mengde i serie med hverandre. Den første enheten er operativ måler (duty-måler) eller kalibreringsobjekt. Den andre er kalibreringsnormal (master eller referanse). Basert på at de ligger i serie og at det ikke er lekkasjer eller avløp mellom de to enhetene, skal de vise lik masse eller volum ved en felles valgt referanse (volumene angitt fra hver enhet er referert til samme temperatur og trykk).
Dersom kalibreringsobjektet gir fra seg pulser og kalibreringsreferansen angir volumet målt i perioden kalibreringsobjektet har generert et vist antall pulser, kan kalibreringsobjektets kalibreringsfaktor beregnes. Eksempelvis får vi en kalibreringsfaktor lik 1000 pulser/m dersom vi setter krav til at det skal genereres 10000 pulser fra turbinmeter som skal kalibreres, og måler i samme periode 10 m med kalibreringsreferansen.
Beregning av k-faktoren
Formelen for å beregne kalibreringsfaktoren til et turbinmeter, som kalibreres mot en fortrengningsprøver eller -kalibrator (et kjent volum mellom to punkter som fortrenges av et fortrengningslegeme, i dette tilfelle en ball) vil være som følger.
Kf = (N x CTLM x CPLM) / (BV x CTLP x CPLM x CTSP x CPSP)
Og hvor
- N: Antall pulser turbinmeteret har generert i perioden fortrengningslegemet fortrengte volumet mellom to fastlagte punkter, i prøver eller kalibreringsreferanse.
- BV: Base Volume, volumet bestemt til å være mellom de to punktene i prøveren som fortrengningslegemet fortrenger ved en bestemt temperatur (for eksempel 20 °C) og trykk (0 barG).
- CXXX Correction, eller korreksjonsfaktorer (beregnes i henhold til APIs beskrevne likninger) som korrigerer for at temperatur eller trykk (pressure) vil påvirke henholdsvis væske (liquid) eller stål som vi finner i henholdsvis meter og prøver.
Kjør flere forsøk
Den matematiske likningen vil med innlagte verdier beregne kalibreringsfaktoren som turbinmeteret skulle benyttet for å angi samme mengde som kalibreringsreferansen. Men å basere seg på kun ett kalibreringsforsøk gir liten sikkerhet for korrektheten. Vi bør derfor gjennomføre flere kalibreringsforsøk og benytte oss av gjennomsnittsverdien til de kalibreringsfaktorene som oppnås, dersom større sikkerhet for korrekt kalibreringsfaktor skal oppnås.
Spredningen, mellom kalibreringsfaktorene som oppnås (differansen mellom største og minste kalibreringsfaktor dividert med den minste kalibreringsfaktoren) under påfølgende kalibreringsforsøk ved ellers like betingelser, er det som omtales som repeterbarhet. I henhold til krav fra oljedirektoratet skal det i forbindelse med fiskale oljeturbinmeterkalibreringer gjennomføres minst fem påfølgende forsøk og med en spredning eller repeterbarhet lik eller mindre enn 0,05 prosent. Alternativt kan det benyttes statistisk metode hvor man regner ut spredning i henhold til to standardavvik og grense lik 0,027 prosent.
Se for øvrig animasjon av turbinmeterkalibrering lagt ut på Norsk Forening for Olje og Gass Måling (NFOGM) sin hjemmeside.
Velg rett kalibreringsmetode
Som nevnt tidligere er det mulig å kalibrere i henhold til forskjellige metoder. Hvilken metode som skal velges er det ikke noe entydig svar på, men må vurderes i hvert enkelt tilfelle. Det er kost- og nytteeffekten som ligger til grunn for valget, og man tar hensyn til faktorer som:
- Pris (innkjøp, drift),
- Fysiske faktorer (krav til nøyaktighet, repeterbarhet, rangeability/bruksområde, stabilitet over tid, robusthet ovenfor endringer i omgivelser og prosess, nødvendige sertifiseringer, osv),
- Driftsfaktorer (temperatur, trykk, viskositet, densitet, damptrykk, korrosivitet, fluid-tilstand, strømningsprofil, data- og instrumentkoplinger, og omgivelsesvariasjoner).
- Installasjons- og vedlikeholdsfaktorer (adkomst, ventilintegritet, mulighet for service og vedlikehold, reservedelsbehov, kalibreringsmuligheter, konsekvenser av nedstengning, osv.).
- Menneskelige faktorer (krav til brukersnitt, datakoplinger, mulighet til å gjøre service og vedlikehold med egne ressurser, dokumentasjon, veletablert teknikk, referanser fra tilsvarende leveranser, osv.)
Neppe fasitsvar
Husk at intet blir bedre enn det svakeste leddet, eksempelvis lekkasje i ventiler, og at den dyreste og beste løsningen i ideelle omgivelser nødvendigvis ikke er den som fungerer best i feltomgivelser, eksempelvis offshore.
Vær også varsom med å bevege seg utenfor prosessgrensene til kalibreringsreferansen. Det kan eksistere sammenhenger som ikke alltid er like enkelt å fatte for en noe uerfaren operatør.
