Para la medición de gas natural industrial, normalmente vale la pena evaluar siete tecnologías: turbina, ultrasonido, Coriolis, presión diferencial (DP), masa térmica, vórtice y desplazamiento positivo. Esta guía explica dónde encaja cada uno y qué se puede descartar antes de dimensionar detalladamente. Para obtener una visión más amplia más allá del servicio de gas, consulte estoguía de selección de medidores de flujo industriales.
Comparación de medidores de flujo de gas natural
| Tipo de medidor | Enfoque de medición | Ajuste fuerte | Cuestión principal a comprobar |
|---|---|---|---|
| Turbina | Velocidad / volumen operativo | Gas limpio y seco y tramos de medición establecidos. | Partes móviles y perfil de flujo. |
| Ultrasónico | Velocidad / volumen acústico | Líneas grandes, baja pérdida de presión, diagnósticos, opciones de modernización | Geometría de instalación y condiciones acústicas. |
| Coriolis | Flujo másico directo | Aplicaciones donde la masa es la cantidad requerida | Dimensionamiento, densidad del gas, pérdida de presión y costo. |
| Presión diferencial | Flujo inferido de la diferencia de presión. | Sistemas establecidos de medición de DP y orificios. | Pérdida de presión, variabilidad y diseño del sistema. |
| masa termal | Flujo de masa procedente de la transferencia de calor. | Monitoreo de-gas combustible y medición de menor-consumo de flujo | Composición del gas y estado del sensor. |
| Vórtice | Velocidad del desprendimiento de vórtices | Gas de proceso limpio y servicios públicos. | Límite de flujo, vibración y tamaño-bajos |
| Desplazamiento positivo | Desplazamiento de volumen fijo-repetido | Caudales de distribución inferiores y variables | Desgaste mecánico y capacidad. |
1. Decida qué necesita medir antes de elegir un medidor
La medición de gases se vuelve confusa cuando el volumen real, el volumen estándar y el flujo másico se tratan como intercambiables. No lo son.
Flujo volumétrico reales el volumen que pasa por el medidor a la presión y temperatura de operación de la línea. Debido a que el gas natural es comprimible, la misma cantidad de gas ocupa un volumen diferente cuando cambia la presión o la temperatura.
Volumen estándar o de referenciaexpresa la cantidad de gas en las condiciones de referencia acordadas. Si un medidor mide el volumen operativo pero el requisito comercial o de informes es el volumen estándar, el sistema de medición generalmente también necesita datos de presión, temperatura, propiedades-del gas y un método de conversión adecuado.
Por lo tanto, la base de presentación de informes debe indicarse claramente. Nm³/h, Sm³/h, SCFH, ACFH, kg/h y otras unidades no describen la misma cantidad. Esteguía de unidades de caudalímetroproporciona información adicional sobre las unidades de flujo más utilizadas.
flujo de masadescribe la cantidad de gas en masa por unidad de tiempo. Los medidores Coriolis miden el flujo másico directamente a través de la respuesta de los tubos vibratorios, mientras que los medidores térmicos determinan el flujo másico a partir del comportamiento de transferencia de calor-. Para una comparación más detallada, consulteflujo másico versus flujo volumétrico.
Por lo tanto, la primera pregunta de selección no es "¿Qué medidor es más preciso?" Es "¿Qué cantidad debe representar esta medida?"
2. Medidores de flujo de gas de turbina
Un medidor de turbina coloca un rotor en la corriente de gas. La velocidad del rotor está relacionada con la velocidad del gas y se convierte en flujo volumétrico.
Los medidores de turbina pueden ser una buena opción para gas natural limpio y seco cuando el flujo permanece dentro de un rango operativo definido y la instalación proporciona un perfil de velocidad aceptable.
La contrapartida-es el contacto mecánico con el gas. Los rodamientos pueden desgastarse, mientras que la suciedad, los líquidos o los depósitos pueden alterar el rendimiento. Los codos, reguladores y válvulas también pueden distorsionar el perfil de velocidad entrante, por lo que es posible que se requiera una tubería recta o un acondicionador de flujo.
Por eso es importante el perfil de flujo. Un medidor puede tener el tamaño correcto para una capacidad máxima y aun así funcionar mal si un regulador o codo inmediatamente aguas arriba crea remolinos o una distribución de velocidad asimétrica. Antecedentes adicionales están disponibles en este artículo sobreCaracterísticas y ventajas del caudalímetro de turbina..
Elija la tecnología de turbina porque la condición del gas, el rango de flujo y las tuberías se ajustan a ella,-no porque un número de precisión genérico parezca atractivo.
3. Medidores de flujo de gas ultrasónicos
Los medidores ultrasónicos de tiempo de tránsito envían señales acústicas aguas arriba y aguas abajo a través del gas que fluye. La diferencia en el tiempo de viaje está relacionada con la velocidad del gas. Esteguía del medidor de flujo de gas ultrasónicoExplica el principio básico de medición con más detalle.
Una distinción crítica es queultrasónico no significa sujeción-. Los medidores ultrasónicos multitrayecto en línea y los sistemas de abrazadera{2}}montados externamente resuelven diferentes problemas de medición. el sitioComparación entre pinza-frente a ultrasonido en líneacubre más esa distinción.
Medidores ultrasónicos en línea-
Los medidores multitrayectoria en línea son atractivos para tuberías grandes porque no tienen elemento de medición giratorio y pueden ofrecer una pérdida de presión permanente muy baja. Múltiples rutas acústicas y diagnósticos también pueden ayudar a identificar perfiles de velocidad perturbados, contaminación o condiciones acústicas cambiantes.
ISO 17089-1:2019aborda específicamente los medidores de gas ultrasónicos de tiempo de tránsito-utilizados para la medición de asignación y transferencia de custodia-, incluidos los requisitos de rendimiento, calibración, diagnóstico e instalación. :contentReference[oaicite:3]{índice=3}
Abrazadera-medidores ultrasónicos
Los medidores-con abrazadera colocan los transductores fuera de la tubería. Su principal ventaja es la instalación sin un cuerpo de medidor en línea-convencional, lo que puede ser útil para inspecciones temporales, proyectos de modernización y situaciones en las que es difícil abrir la línea.
No deben tratarse automáticamente como equivalentes a un-medidor fiscal en línea. El rendimiento depende de la tarea de medición, el material y la condición de la tubería, la ruta acústica, la presión del gas, la calidad de la señal y el diseño del instrumento.
4. Medidores de flujo Coriolis
Los medidores Coriolis utilizan tubos de medición vibratorios. La masa que fluye cambia el movimiento del tubo y los sensores miden una diferencia de fase relacionada directamente con el flujo másico. Muchos diseños también pueden proporcionar información sobre densidad y temperatura. Para obtener detalles técnicos adicionales, consulte el sitioPrincipio de funcionamiento del medidor de flujo Coriolis.
La principal ventaja es la base de medición. Si la cantidad de proceso requerida es masa, Coriolis evita medir primero el volumen operativo y luego calcular la masa a partir de la densidad. El principio subyacente también se describe en el documento oficial de Endress+Hauser.Referencia de medición de Coriolis. :contentReference[oaicite:4]{índice=4}
Sin embargo, para el servicio de gas, "masa directa" no significa "automáticamente mejor". La densidad del gas, la presión de operación, la geometría del tubo, el rango de flujo requerido, el tamaño del medidor, el costo de instalación y la pérdida de presión pueden afectar la viabilidad. Por lo tanto, las aplicaciones de gran-línea o muy alto-flujo merecen un dimensionamiento cuidadoso en lugar de una primera decisión tecnológica-.
La guía separada paraVentajas y limitaciones del medidor de flujo Coriolisproporciona un siguiente paso útil cuando Coriolis llegue a la lista corta.
5. Medidores de flujo de presión diferencial
La medición del flujo de presión diferencial crea una restricción en la tubería-como una placa de orificio, boquilla o Venturi-y mide la diferencia de presión a través de ella. Luego, el flujo se calcula a partir de la presión diferencial junto con la geometría y las propiedades del fluido.
Para una restricción idealizada, el flujo cambia aproximadamente con la raíz cuadrada de la presión diferencial después de tener en cuenta los factores de corrección relevantes. Esta relación es una de las razones por las que el rango-de rango bajo merece atención: una reducción sustancial en el flujo produce una señal de presión diferencial-mucho más pequeña.
DP sigue siendo útil porque está maduro y respaldado por estándares establecidos.ISO 5167-1:2022cubre dispositivos de presión-diferencial, incluidas placas de orificio, boquillas, tubos Venturi, medidores de cono y medidores de cuña, así como requisitos generales de medición, instalación e incertidumbre. :contentReference[oaicite:5]{índice=5}
Para obtener una introducción práctica al enfoque completo, consulte esteguía del medidor de flujo de presión diferencial.
No evalúes sólo el elemento primario. Un sistema DP de gas natural-también puede depender de la medición de presión y temperatura, el rendimiento del transmisor, los datos de propiedad-del gas, el cálculo del flujo, el diseño-de la línea de impulso y la calidad de la instalación. La pérdida de presión permanente es otra consideración del ciclo de vida, particularmente cuando la energía de compresión es valiosa.
6. Medidores de flujo másico térmico
Los medidores de masa térmica determinan el flujo de gas a partir de la transferencia de calor entre un elemento sensor calentado y el gas que fluye. A menudo vale la pena evaluarlos para el monitoreo del consumo de-gas natural, medición de gas-de combustible de calderas o quemadores, submedición y aplicaciones de flujo-bajo.
Su principal atractivo es la medición directa del flujo másico-de gas sin un mecanismo de medición giratorio. Los diseños de inserción también pueden resultar prácticos en tuberías más grandes cuando el proceso y la instalación lo permiten. Los productos y configuraciones relacionados se pueden encontrar en lasección del medidor de flujo másico térmico.
La principal precaución técnica es la composición del gas. La respuesta térmica depende de propiedades como la conductividad térmica y el calor específico. La explicación oficial de Endress+Hauser sobre elprincipio de medición de masa térmicaseñala que la composición-de la mezcla de gas y las condiciones de instalación pueden afectar el valor medido. :contentReference[oaicite:6]{índice=6}
Si la mezcla-de gas natural puede cambiar sustancialmente, confirme cómo se calibra el medidor y cómo se maneja la variación de la composición. La contaminación del sensor también es importante: los depósitos en un elemento sensor cambian la transferencia de calor, lo que hace que el gas húmedo o sucio sea más exigente que una corriente de gas combustible-limpio y estable.
7. Medidores de flujo de vórtice
Un medidor de vórtice coloca un cuerpo farol en el flujo. Se forman vórtices alternos aguas abajo y su frecuencia de desprendimiento está relacionada con la velocidad del flujo. ElPrincipio de funcionamiento del caudalímetro de vórticeproporciona una explicación más profunda.
Los medidores Vortex no tienen mecanismo de medición giratorio y pueden ser prácticos para gas limpio, vapor y servicios públicos. Pueden ser adecuados para plantas que desean una tecnología en línea- relativamente simple sin cojinetes de turbina.
El extremo inferior del rango operativo merece especial atención. La formación de vórtices estables requiere condiciones de flujo adecuadas, por lo que un medidor seleccionado sólo por el tamaño nominal de la tubería puede sobredimensionarse para un funcionamiento normal. También son importantes la densidad del gas, las perturbaciones en las tuberías y la vibración mecánica.
Por lo tanto, un medidor de vórtice debe dimensionarse según el flujo mínimo, normal y máximo en lugar de simplemente adaptarse al diámetro de la tubería existente.
8. Medidores de gas de desplazamiento positivo
Los medidores de desplazamiento positivo atrapan y liberan repetidamente volúmenes conocidos de gas. Los medidores rotativos y de diafragma son ejemplos comunes.
Su punto fuerte práctico es la medición de demanda-variable y de bajo{0}}flujo, lo que mantiene la relevancia de la tecnología de desplazamiento positivo en aplicaciones comerciales, de distribución y de algunos gases industriales.
La contrapartida-es la complejidad mecánica. Los componentes móviles introducen consideraciones de desgaste, caída de presión-, capacidad y mantenimiento. Si el resultado requerido es un volumen estándar en lugar de un volumen operativo, es posible que aún sea necesaria la corrección de presión y temperatura.
Para obtener más información, consulte esta descripción general deoperación del medidor de flujo de desplazamiento positivo.
Cómo elegir un medidor de flujo de gas natural
Un proceso de selección útil elimina las tecnologías inadecuadas antes de comparar marcas y números de modelos.
Paso 1: definir el objetivo de la medición
Monitoreo de procesos separados, asignación de combustible, submedición, facturación y transferencia de custodia. La incertidumbre, trazabilidad, aprobaciones y redundancia requeridas pueden diferir sustancialmente.
Paso 2: definir la base de los informes
Indique si el resultado requerido es volumen real, volumen estándar/de referencia, flujo másico, cantidad totalizada o energía. Si se requiere un volumen estándar, especifique la presión y temperatura de referencia.
Paso 3: Describa el gas, no sólo el "gas natural"
Proporcione la composición esperada, posible variación de la composición, condición seca o húmeda, posible condensado, partículas, componentes corrosivos y densidad o densidad relativa cuando esté disponible.
Esta información puede cambiar la lista corta. La variación de la composición merece una atención especial en la medición térmica; los líquidos y la contaminación pueden afectar los componentes de la turbina y los diagnósticos ultrasónicos; El servicio húmedo o sucio puede cambiar las expectativas de mantenimiento para varias tecnologías.
Paso 4: proporcionar flujo mínimo, normal y máximo
El flujo normal es importante porque un medidor puede ser lo suficientemente grande para el máximo de diseño pero no adaptarse bien al funcionamiento diario. Un rango mínimo-a-máximo amplio puede favorecer tecnologías con mayor rango utilizable.
No seleccione un medidor de flujo de gas únicamente por el diámetro de la tubería.Un medidor debe evaluarse en función de la velocidad, densidad, presión y rango de flujo que realmente experimentará.
Paso 5: Definir presión, temperatura y condiciones de tubería
Proporcione rangos de presión y temperatura de funcionamiento, tamaño y programación de la tubería, tramos rectos disponibles, codos o reguladores aguas arriba, pérdida de presión permitida, requisitos de áreas-peligrosas y si es posible el cierre.
Paso 6: identificar la restricción dominante
Aquí es donde el proceso de selección se vuelve más útil que una lista genérica de pros-y-contras.
- Sipérdida de presión permanentees la preocupación dominante,-la tecnología ultrasónica total puede ascender en la lista de preseleccionados.
- Siflujo másico directoSi se requiere, Coriolis o masa térmica merece una evaluación temprana.
- Sila composición del gas varía, la medición térmica necesita un escrutinio adicional.
- Siflujo muy bajoAunque es importante, la tecnología de desplazamiento positivo o flujo de masa-de tamaño adecuado puede merecer más atención.
- Sino hay apagado disponible, puede que valga la pena investigar una solución ultrasónica-con abrazadera adecuada.
- Si una instalación existente ya tiene una estructura maduraArquitectura de medición DP, actualizar ese sistema puede ser más práctico que cambiar el principio de medición.
Paso 7: evaluar el sistema de medición completo
Compare la calibración, la compensación de presión y temperatura, el diagnóstico, el mantenimiento, el acondicionamiento del flujo, el tiempo de inactividad, las piezas de repuesto y la pérdida de energía-no solo el precio de compra del cuerpo del medidor.
este más amplioGuía de medición, tamaño y selección de flujo.puede ayudar a estructurar la especificación final.
Ejemplo de selección ilustrativa: monitoreo de gas-combustible de planta
Considere una línea de gas combustible-industrial donde el propósito es la asignación interna de energía en lugar de la transferencia de custodia. El gas normalmente está seco, el rango operativo es amplio, la pérdida de presión debe mantenerse baja y el equipo de mantenimiento desea minimizar el servicio mecánico de rutina.
Esos requisitos cambian inmediatamente la lista corta. Un sistema DP se vuelve menos atractivo si la pérdida de presión permanente es una preocupación económica importante. Un medidor de turbina sigue siendo posible, pero introduce cojinetes y otros componentes móviles. La masa térmica resulta interesante si la composición del gas es suficientemente estable y el rango requerido se ajusta al medidor. El ultrasonido en línea-se vuelve más atractivo cuando el tamaño de la tubería y la economía del proyecto lo justifican. Coriolis sigue siendo un candidato cuando la medición directa de la masa es valiosa y el dimensionamiento detallado confirma una pérdida de presión aceptable.
Este es un ejemplo de selección ilustrativo, no un caso de campo reivindicado. La parte importante es la secuencia: definir el deber, eliminar las tecnologías que entren en conflicto con las limitaciones dominantes y sólo entonces dimensionar y comparar las opciones restantes. Para ver otra lista de verificación de selección, consultecómo elegir un caudalímetro adecuado.
Calibración, estándares y transferencia de custodia
Para la medición de gas de alto valor-, la tecnología de medición es solo una parte de la calidad de la medición. El rango de calibración, la trazabilidad, la instalación, las propiedades del gas, las entradas de presión y temperatura y los requisitos legales o contractuales aplicables pueden ser tan importantes como el principio de detección.
ElServicio de calibración de flujo de gas natural NISTilustra por qué la calibración se realiza en múltiples puntos de flujo y por qué la repetibilidad, las mediciones auxiliares y la trazabilidad se tratan como partes de la cadena de medición completa. :contentReference[oaicite:7]{índice=7}
El más amplio del NISTPrograma de estándares de flujo de gasTambién documenta el papel de los estándares primarios y de trabajo en la calibración del flujo de gas-trazable. :contentReference[oaicite:8]{índice=8}
Para obtener una introducción al trabajo práctico de calibración, consulte esta guía interna sobrecómo calibrar un medidor de flujo.
Para solicitudes de transferencia de custodia-, confirme el marco legal y estándar que se aplica en la ubicación del proyecto. ISO 17089-1 aborda los medidores de gas ultrasónicos utilizados para la transferencia y asignación de custodia, mientras que la Organización Internacional de Metrología Legal publicaOIML R 137 para contadores de gas. La OIML actualmente incluye la R 137:2012 como su recomendación para medidores de gas, mientras está activo un proyecto de revisión. :contentReference[oaicite:9]{índice=9}
Por lo tanto, nunca se debe considerar que un contador es adecuado para la transferencia de custodia únicamente por su principio de medición. El modelo del medidor, la calibración, la instalación, el sistema de medición completo, los requisitos contractuales y las normas de metrología-legales locales deben coincidir.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es el mejor medidor de flujo de gas natural?
R: No existe un mejor tipo universal. El medidor adecuado depende de la base de medición, el rango de flujo, la condición del gas, las tuberías, los límites de pérdida de presión-, la calibración y los requisitos comerciales. Comience con la restricción dominante en lugar de la precisión genérica.
P: ¿Qué medidor de flujo es mejor para flujos bajos de gas natural?
R: Las aplicaciones de bajo-flujo requieren verificar el rango inferior utilizable con la densidad y presión del gas reales. Los medidores de desplazamiento positivo pueden ser potentes con caudales más bajos y variables; También pueden ser candidatos la masa térmica y los medidores Coriolis del tamaño adecuado. Verifique las opciones de vórtice y turbina con las condiciones mínimas de operación, no con el tamaño nominal de la tubería.
P: ¿Los medidores de flujo de gas natural necesitan compensación de presión y temperatura?
R: Si el medidor informa el volumen operativo real, ese valor representa el gas en las condiciones de la línea. Si el resultado requerido es un volumen estándar o de referencia, la presión y la temperatura-y, a menudo, la información-de las propiedades del gas-normalmente forman parte de la conversión. Los medidores de flujo másico-directos resuelven un problema de medición diferente, aunque es posible que aún se necesiten datos adicionales cuando la producción final es energía o volumen estandarizado.
P: ¿Puede un medidor ultrasónico de pinza-medir el gas natural?
R: Algunos sistemas ultrasónicos-con abrazadera están diseñados para servicio de gas, pero el rendimiento depende del estado de la tubería, el acoplamiento acústico, la presión del gas, la calidad de la señal y el diseño del instrumento. Clamp-on es una configuración de instalación, no una garantía de rendimiento de nivel fiscal-.
P: ¿Qué información debo enviar a un proveedor de medidores de flujo para su dimensionamiento?
R: Proporcione la composición del gas, el flujo mínimo/normal/máximo, la presión y temperatura de funcionamiento, el tamaño y el cronograma de la tubería, la base de medición requerida, la caída de presión permitida, la disponibilidad-de funcionamiento directo, la clasificación-de áreas peligrosas, el objetivo de precisión o incertidumbre, las conexiones del proceso, los requisitos de potencia y señal, y los estándares de medición aplicables.
P: ¿Con qué frecuencia se debe calibrar un medidor de flujo de gas natural?
R: No existe un intervalo único que se ajuste a todas las aplicaciones. El intervalo debe reflejar el tipo de medidor, la gravedad del servicio, los requisitos reglamentarios o contractuales, la deriva histórica, la estrategia de mantenimiento, la documentación del fabricante y el riesgo económico de error de medición.
Lista de verificación final para la selección del medidor de flujo de gas natural
- ¿Qué cantidad se debe informar: volumen real, volumen estándar, masa o energía?
- ¿Cuáles son los caudales mínimo, normal y máximo?
- ¿Cuáles son la presión y temperatura de funcionamiento mínima y máxima?
- ¿El gas está seco, húmedo, contaminado o tiene una composición variable?
- ¿Cuánta pérdida de presión permanente es aceptable?
- ¿Qué perturbaciones en las tuberías y limitaciones-de funcionamiento directo existen?
- ¿Se puede cerrar la línea para instalación o mantenimiento?
- ¿Qué requisitos de incertidumbre, repetibilidad, calibración o metrología{0}}legal se aplican?
- ¿La medición requiere compensación de presión y temperatura?
- ¿Qué costos de mantenimiento, diagnóstico, tiempo de inactividad y ciclo de vida son importantes?
Conclusión final
El medidor de flujo de gas natural adecuado generalmente se encuentra eliminando ajustes deficientes en lugar de buscar una tecnología que sea universalmente superior. Los medidores de turbina, ultrasónicos, Coriolis, DP, de masa térmica, de vórtice y de desplazamiento positivo resuelven diferentes problemas de medición.
Primero defina la cantidad de medición requerida. Luego, establezca la condición del gas, el rango de flujo mínimo-a-máximo, la presión y temperatura de funcionamiento, las limitaciones de las tuberías, el límite de pérdida de presión-, los requisitos de calibración y el propósito comercial. Una vez que esos aportes están claros, la lista corta se vuelve mucho más pequeña y la decisión final se convierte en un ejercicio de diseño del sistema de medición y dimensionamiento adecuado-en lugar de una comparación de afirmaciones de marketing.
