21.3: Medición de Gas

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Michael Adewumi
Pennsylvania State University via John A. Dutton: e-Education Institute

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La medición de gas es otra área de ingeniería de hidrocarburos donde la predicción precisa de las propiedades P-V-T del fluido de trabajo es especialmente crítica. Uno de los medidores más utilizados en la medición del flujo de gas es el medidor de orificio. Los medidores de orificio se clasifican como medidores inferenciales porque el volumen de gas se calcula a partir de lecturas de variación de presión a medida que el gas pasa a través de un orificio, y no se obtiene mediante una lectura directa.

El medidor de orificios está dispuesto de manera que el gas que fluye es constreñido en una ubicación particular por una placa de orificio delgada calibrada y calibrada de manera muy precisa para estar en una posición concéntrica en la tubería. La reducción de la sección transversal de la corriente de gas que fluye al pasar por el orificio aumenta la carga de velocidad a expensas de la carga de presión, y la reducción de la presión entre las tomas se mide mediante manómetros (o un medidor de registro). Un medidor de orificio típico se muestra en la Figura 21.4.

Entre las ventajas de usar medidores de orifacio para fines de medición de gas se encuentran los siguientes hechos:

Son de diseño sencillo y no tienen partes móviles.
Son relativamente precisos.
Son fáciles de instalar y mantener.
Cubren una amplia gama de capacidades.
Representan un bajo costo.
Hay mucha experiencia en su uso.

Entre las desventajas de los medidores de oriface se encuentran los siguientes hechos:

Representan una técnica de medición intrusiva y una restricción de flujo que se traduce en una gran pérdida de energía.
El orificio del orificio puede ser erosionado por arena o fluidos corrosivos.
El agujero puede estar obstruido por cera o hidrato.

Entre las ventajas de usar medidores de orificio para fines de medición de gas se encuentran el hecho de que son de diseño sencillo y no tienen partes móviles, relativamente precisos, fáciles de instalar y mantener, cubren un amplio rango de capacidad, representan un bajo costo, y hay mucha experiencia en su uso. Entre las desventajas de los medidores de orificio, están el hecho de que representan una técnica de medición intrusiva y una restricción de flujo que se traduce en una gran pérdida de energía, el orificio del orificio puede ser erosionado por arena o fluidos corrosivos, y el orificio puede estar obstruido por cera o hidrato.

La ecuación de Bernoulli se utiliza entonces como base para correlacionar el aumento en la altura de velocidad con la disminución de la carga de presión. En el cálculo del caudal de gas mediante un medidor de orificio, se deben medir dos cantidades: la presión estática (es decir, la presión de línea) y la presión diferencial (es decir, la caída de presión a través de la placa de orificios). La siguiente es la ecuación básica para el flujo de gas a través de un medidor de orificio:

\[q_{g}=\frac{\pi}{4} C Y_{1} d^{2} \sqrt{\frac{2 \Delta p}{\left(1-\beta^{4}\right) \rho}}=\frac{\pi}{4} C Y_{1} d^{2} \sqrt{\frac{2 \Delta p Z R T}{\left(1-\beta^{4}\right) p(M W)}} \label{21.2}\]

En la Ecuación\ ref {21.2}, el caudal es una función del factor de compresibilidad del gas (\(Z\)). Nuevamente, para flujos de alta presión, un error en el factor de compresibilidad podría resultar en un caudal calculado erróneamente. Si tiene algún error en el factor Z, esto se traduce automáticamente en error en el medidor de gas. Las técnicas precisas de predicción del comportamiento de fase son una necesidad en la medición de gas.

En la Industria del Gas Natural, el punto de intercambio de gas entre el comprador y el vendedor se llama transferencia de custodia. Durante las operaciones de transferencia de custodia, las mediciones precisas de la cantidad y calidad del gas intercambiado son de crucial importancia debido a sus implicaciones económicas. Las transacciones económicas se basan en mediciones de tasa volumétrica, las cuales están reguladas para que se realicen en las mismas condiciones base. Las condiciones base de la industria o las condiciones estándar (SC) generalmente se toman como P = 14.7 psia y T = 60.0 °F. ¡Una baja imprecisión porcentual en el cálculo del factor Z de un gas en transferencia puede traducirse fácilmente en miles de dólares de pérdidas a diario! De hecho, las estimaciones de caudal pueden resultar extremadamente sensibles a los valores del factor de compresibilidad. Es por ello que la industria del gas no acepta predicciones de factor Z con un rango de incertidumbre mayor a + 0.01% para operaciones de transferencia de custodia.

Colaboradores y Atribuciones

Michael Adewumi (The Pennsylvania State University) Vice Provost for Global Program, Professor of Petroleum and Natural Gas Engineering