Laboratorium wzorcowania gazomierzy przy ciśnieniu roboczym realizacja inwestycji Gas Meter Calibration Laboratory at working pressure development.

Transkrypt

1 Tomasz Jakubiak Operator Gazociągów Przesyłowych GAZ-SYSTEM S.A. Laboratorium wzorcowania gazomierzy przy ciśnieniu roboczym realizacja inwestycji Gas Meter Calibration Laboratory at working pressure development. Streszczenie Przedstawiono podstawowe zakładane parametry budowanego przez GAZ-SYSTEM S.A. laboratorium wzorcowania gazomierzy, które będą wzorcowane przy ciśnieniu roboczym. Podano także informacje o zaawansowaniu projektu i zastosowanych rozwiązaniach technicznych. Abstract The established basic parameters of the calibration facility for gas meters calibration, which is being built by GAZ-SYSTEM S.A., are presented. Gas meters will be calibrated under working pressure. Information on the advancement of the project and on the technical solutions applied is also given. Słowa kluczowe: stanowisko do wzorcowania, gazomierz, ciśnienie robocze Keywords: calibration facility, gas meters, working pressure Wprowadzenie Realizowana przez Spółkę Operator Gazociągów Przesyłowych GAZ-SYSTEM S.A. inwestycja, której celem jest wybudowanie laboratorium wzorcowania gazomierzy przy ciśnieniu roboczym wkroczyła w okres prac rozruchowych. Pomimo wielu trudności, zarówno technicznych jak i organizacyjnych, powstał obiekt pozwalający zrealizować zakładane cele. Ustalono, że obiekt będzie umożliwiał pracę w dwóch trybach działania [1][2]: w obiegu zamkniętym (dla przepływu od 5 m 3 /h do 4000 m 3 /h w warunkach pomiaru), w obiegu otwartym (dla przepływu do 6500 m 3 /h w warunkach pomiaru). W grudniu 2014 roku, po 25 miesiącach od podpisania umowy z Konsorcjum realizującym budowę w formule pod klucz, obiekt Laboratorium Wzorcowania Gazomierzy w Hołowczycach uzyskał pozwolenie na użytkowanie. Nie oznacza to jednak, że laboratorium już może prowadzić wzorcowania. Nadal trwają intensywne prace związane z rozruchem poszczególnych instalacji i urządzeń. Konieczne jest dostrojenie instalacji w taki sposób, aby uzyskać zakładane na etapie koncepcyjnym i projektowym parametry poszczególnych systemów. Wymaga to poświęcenia znacznej ilości czasu na próby i regulacje aby w ich wyniku cały obiekt funkcjonował w sposób prawidłowy i bezpieczny. Poniżej kilka fotografii przedstawiających budynek laboratorium wraz z częścią socjalną. Rys. 1. Trzy fotografie przedstawiające budynek laboratorium wraz z częścią socjalną Dla przypomnienia podstawowe parametry stanowiska [1][2]: niepewność stanowiska powinna być porównywalna z uzyskiwaną w innych podobnych stanowiskach w Europie, przewiduje się, że nawet dla małych

2 przepływów w żadnym punkcie nie będzie gorsza niż 0,4 %. Zakres ciśnień: od 3,5 bar do 45 bar w obiegu zamkniętym ; do 55 bar w obiegu otwartym; Możliwość wzorcowania gazomierzy turbinowych, ultradźwiękowych, wirowych, rotorowych, Coriolisa o średnicach nominalnych od DN 50 do DN 300 (opcjonalnie DN 400), dla mniejszych średnic również wzorcowanie gazomierzy zwężkowych; Zakres temperatur gazu stanowiska pracującego w obiegu zamkniętym: od + 5 C do + 20 C; Stabilność temperatury gazu w obiegu zamkniętym na poziomie 0,1 C. Realizacja inwestycji Tak jak informowaliśmy w poprzednim artykule [2], przedstawionym na TOp-Gaz w 2013 r., podczas prac koncepcyjnych i na etapie realizacji inwestycji pojawiło się szereg problemów wymagających niestandardowych rozwiązań konstrukcyjnych i technicznych. Podczas realizacji inwestycji należało rozwiązać wiele zupełnie nowych problemów, które nie są spotykane podczas budowy typowej stacji pomiarowej lub tłoczni gazu. Projektanci jak i ekipy realizujące prace budowlanomontażowe stosowali wiele niestandardowych rozwiązań i urządzeń jednostkowej produkcji. Takie podejście miało zagwarantować osiągnięcie laboratoryjnej dokładności układów regulacyjnych utrzymujących stabilną temperaturę gazu w pętli kalibracyjnej oraz stabilną temperaturę powietrza w pomieszczeniu hali laboratorium a także zapewnić właściwe parametry przepływającego strumienia gazu. Jednak ze względu na jednostkową konstrukcję zarówno dmuchawy wysokociśnieniowej służącej do wymuszania przepływu gazu w pętli laboratorium jak i układu stabilizacji temperatury gazu pojawiły się problemy z uzyskaniem właściwej jakości urządzeń i ich działania. Niemożliwe do przewidzenia usterki i czas niezbędny na ich usunięcie sprawił, że w czasie przygotowywania niniejszego referatu prace rozruchowe nie były zakończone. Osiągnięcie wymaganych parametrów jakościowych obiektu wymaga dodatkowych analiz i szczegółowych testów poprzedzonych wieloma próbami. Taki stan rzeczy powoduje, że osiągnięcie celu odsuwa się w czasie. Widok wnętrza hali laboratorium przedstawiają poniższe zdjęcia Rys. 2. Widok orurowania wewnątrz hali laboratorium Rys. 3. Dmuchawa wysokociśnieniowa z wymiennikami ciepła stabilizującymi temperaturę gazu Rys. 4. Widok panelu do sterowania podstawowymi procesami pomocniczymi pętli laboratorium takich jak napełnianie, opróżnianie, azotowanie itp. Poniżej przedstawiono kilka przykładowych zagadnień, które wymagały szczególnej uwagi projektanta i wykonawcy Stabilizacja temperatury pomieszczenia (hali) w trakcie wzorcowania zgodnie z założeniami, że rurociągi stanowiska nie będą izolowane termicznie, a temperatura w hali laboratorium będzie zbliżona do temperatury gazu i będzie stabilna podczas pomiaru (dopuszczalne zmiany ± 0,2 C na minutę), zrealizowano system stabilizacji temperatury w hali laboratorium w oparciu o centralę wentylacyjną zasilaną ciepłem z kotłowni, ciepłem z odzysku ciepła agregatu wody lodowej, chłodem z agregatu wody lodowej oraz posiadającej układ osuszania powietrza. Całość kontrolowana jest przez sterownik z dedykowanym dla laboratorium w Hołowczycach oprogramowaniem producenta. Uzyskane, na obecnym etapie prac, wyniki sprawdzeń kontrolnych pozwalają stwierdzić iż układ jest w stanie zapewnić wymaganą stabilność temperatury otoczenia w hali laboratorium przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiedniej wartości temperatury,

3 wilgotności jak i krotności wymian powietrza (nie zapominajmy, że hala laboratorium obejmuje strefę zagrożenia wybuchem metanu). Ostateczne potwierdzenie zakładanych parametrów będzie możliwe w trakcie testów. Rys. 5. Centrala wentylacyjna utrzymująca właściwą temperaturę powietrza w hali laboratorium Regulacja przepływu przy pracy w trybie otwartym - przy pracy w układzie otwartym laboratorium wykorzystuje strumień gazu wytwarzany podczas pracy tłoczni, którego część jest kierowana do Aby podczas wzorcowania w jak najmniejszym stopniu zakłócać pracę systemu przesyłowego założono, że podczas wzorcowania do laboratorium będzie wpływał stały strumień gazu. Zaprojektowano i wykonano instalację zawierającą układ zaworów regulacyjnych pracujących w dwóch kaskadach. Zastosowano po trzy zawory regulacyjne o różnych średnicach dla każdej z kaskad. Całość obejmuje współdziałanie w trybie automatycznym dwóch układów regulacyjnych (kaskad) z kontrolą strumienia gazu w obwodzie by-pasu laboratorium za pomocą gazomierza ultradźwiękowego. Układ regulacyjny ma zapewnić w pełni automatyczne utrzymanie stałego przepływu oraz jednocześnie regulować w wymaganym zakresie przepływ w pętli Za pracę układów regulacyjnych odpowiada oprogramowanie sterownika PLC. Chociaż w chwili przygotowywania referatu nie było możliwe dokonanie sprawdzenia poprawności działania całego układu, to próby na sucho pozwalają zakładać, że układ pracuje prawidłowo. Rys. 6. Widok jednej z kaskad regulatora przepływu gazu w układzie pracy w pętli otwartej Stabilizacja temperatury gazu w pętli wzorcującej wymaga zastosowania rozwiązań niestandardowych, polegających na zaprojektowaniu i wykonaniu odpowiedniej jakości czujników do pomiaru temperatury. W trakcie wzorcowania należy utrzymywać stabilną temperaturę gazu w pętli stanowiska z dokładnością nie gorszą niż 0,1 C. Uzyskanie takiej stabilności zapewnia układ chłodzenia gazu oraz jego układ regulacyjny oparty o sterownik PLC i czujniki temperatury. Aby układ ten mógł odpowiednio szybko reagować na zmiany temperatury, osłona czujnika i sam czujnik, dostarczające informacji o temperaturze muszą mieć małą bezwładność cieplną. Należy pamiętać, że w rurociągu może panować ciśnienie do 55 bar i muszą zostać spełnione wymagania związane z bezpieczeństwem i szczelnością oraz wytrzymałością materiałów z których wykonano czujnik i osłonę. Zastosowano czujnik temperatury o specjalnej, jednostkowej konstrukcji, dostosowanej do potrzeb tej części instalacji. Dodatkowo układ regulacyjny oparty m.in. o sterownik zarządzający ilością przetłaczanego płynu chłodzącego reguluje temperaturę gazu wypływającego z dmuchawy wysokociśnieniowej w oparciu o wskazania czujnika będącego elementem zestawu dmuchawy wysokociśnieniowej. Rys. 7. Czujnik temperatury o małej bezwładności (obok przetworników ciśnienia) Układ chłodzenia gazu w stanowisku musi być odpowiednio wydajny i stabilny. O ile przy pracy w obiegu otwartym będzie niewielka możliwość zmiany temperatury gazu, zależnej głównie od temperatury gazu w gazociągu tłoczni, to w przypadku pracy w obiegu zamkniętym musi być zapewniona stabilizacja temperatury gazu. Ponieważ ilość ciepła dostarczana w czasie pracy dmuchawy wysokociśnieniowej jest znaczna, konieczne jest zastosowanie odpowiednio wydajnego i bardzo dokładnego układu stabilizacji temperatury. Przyjęto rozwiązanie sprawdzone w dwóch innych podobnych stanowiskach w Europie, w którym zastosowano zasobnik chłodu z odpowiednią ilością wody chłodzonej agregatem wody lodowej oraz układ pomp, zaworów regulacyjnych i wymienników ciepła. Izolowany zbiornik wody lodowej (zasobnik chłodu) ma pojemność litrów. Agregat wody lodowej utrzymuje temperaturę płynu chłodzącego na poziomie minus 6 o C. Całość układu wraz z pojemnością orurowania i wymienników ciepła posiada objętość około 33 m 3. Taka ilość zgromadzonego chłodu ma zapewnić utrzymanie temperatury gazu w wymaganym przy wzorcowaniu zakresie temperatur i przy zachowaniu stabilności na

4 poziomie nie gorszym niż ± 0,1 C. Potwierdzenie spełnienia zakładanych parametrów, tak jak przy poprzednich wymaganiach, możliwe będzie do przeprowadzenia po uruchomieniu całości instalacji Rys. 8. Układ systemu stabilizacji temperatury gazu (zbiornik o pojemności 30 m 3, pompa z zaworami regulacyjnymi oraz wymienniki ciepła wraz z zabudowaną wewnątrz dmuchawą wysokociśnieniową) Mocowanie gazomierzy o różnym wykonaniu kołnierzy (klas ciśnieniowych) i różnych średnicach w linii gazomierza badanego wymagałoby wykonania odpowiednich odcinków razem z kołnierzami dla wszystkich kombinacji zakładanych średnic i rodzajów kołnierzy, co jest niepraktyczne i drogie, a ponadto wymaga wygospodarowania miejsca do przechowywania znacznej liczby odcinków. Poszukiwano rozwiązania pozwalającego na zmniejszenie ich ilości. W laboratoriach ENAGAS w Hiszpanii oraz Force Technology w Danii stosowane są dzielone pierścienie uniwersalne, jednak z przeprowadzonych przez projektanta obliczeń symulacyjnych wynikało, że nie spełniają one wymogów wytrzymałości materiałów; głównie niewystarczająca jest wytrzymałość śrub mocujących. Zaproponowano zatem nieco inne rozwiązanie, oparte o kołnierze dzielone w konfiguracji z przesunięciem o 90 o. Wykonane zostały elementy dla średnic DN50 do DN400 i klas ciśnieniowych PN16, PN63, PN100, PN110, ANSI 150, ANSI 300, ANSI 600. Zastosowane rozwiązania sprawdzone zostały podczas prób ciśnieniowych oraz wstępnych czynności rozruchowych. Rys. 10. Jeden z koszy (dolny) z kołnierzami dzielonymi do montażu gazomierzy z odcinkami uniwersalnymi Metoda pomiaru ciśnienia gazu w poszczególnych gazomierzach (gazomierz badany i gazomierze wzorcowe) - w trakcie analiz wykonanych na etapie opracowywania koncepcji stanowiska [3] dokonano teoretycznego porównania metod określania ciśnienia statycznego dla poszczególnych gazomierzy. Podczas prac projektowych przyjęto rozwiązanie polegające na pomiarze ciśnienia absolutnego w gazomierzu badanym oraz pomiarze różnicy ciśnień w gazomierzu badanym i gazomierzach wzorcowych. Układ pomiarowy wykonano w oparciu o przetworniki Emerson serii S. Rys. 11. Przetworniki pomiarowe różnicy ciśnień z układem zaworów automatycznych zaworów przełączających System sterowania oparto o sterowniki PLC w układzie redundantnym oraz oprogramowanie wizualizacyjne z serwerami odpowiedzialnymi za zbieranie danych z procesu technologicznego oraz z procesu wzorcowania. Dane zgromadzone podczas wzorcowania zapisywane są w bazie danych na oddzielnym serwerze. Wyniki wzorcowania w postaci świadectw wzorcowania generowane są automatycznie przez system odpowiedzialny za część metrologiczną. Ze względu na specyfikę obiektu oprogramowanie wizualizacyjne w części metrologicznej zawiera znaczną ilość oprogramowania dedykowanego do obsługi Rys. 9. Stojak z uniwersalnymi odcinkami pomiarowymi

5 Rys. 12. Widok jednego z ekranów systemu wizualizacji Kolejnym zadaniem GAZ-SYSTEM S.A. jest uzyskanie akredytacji Polskiego Centrum Akredytacji (zgodność z normą PN-EN ISO/IEC17025), która będzie dowodem na wysoką jakość prowadzonych wzorcowań oraz obsługi klienta. Prowadzone są obecnie przez GUM i przedstawicieli spółek gazowniczych oraz Izby Gospodarczej Gazownictwa dyskusje o możliwym odstąpieniu w 2017 r. od obowiązkowej legalizacji gazomierzy pracujących przy ciśnieniu powyżej 4 bar. Obecnie Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 18 grudnia 2006 w sprawie zasadniczych wymagań dla przyrządów pomiarowych (Dz. U. z 2007 r. nr 3, poz. 27 z późn.zm) przewiduje jedynie legalizację gazomierzy powietrzem przy ciśnieniu atmosferycznym. W przypadku, gdyby przyjęto dyskutowane rozwiązanie, nadzór metrologiczny nad urządzeniami pomiarowymi stosowanymi do rozliczeń stanie się obowiązkiem branży. Uruchomienie akredytowanego laboratorium wzorcowania gazomierzy przy ciśnieniu roboczym pozwoli na prowadzenie takiego nadzoru. Rys. 13. Widok ekranu wspomagającego proces wzorcowania przetwornika różnicy ciśnień Podsumowanie Prowadzony przez GAZ-SYSTEM S.A. proces inwestycyjny pozwala stwierdzić z dużym prawdopodobieństwem iż obiekt jest w stanie osiągnąć zakładane parametry. Jednak dopiero przeprowadzenie wszystkich prac związanych z dostrajaniem instalacji i przeprowadzenie badań polegających na porównaniu wyników wzorcowania dla wybranych obiektów badanych w laboratorium GAZ-SYSTEM S.A. w odniesieniu do innego działającego już laboratorium w Europie pozwoli w pełni ocenić jakość i możliwości powstającego obiektu. LITERATURA [1] Dyakows k a E. J akubiak T. - Zapewnienie spójności pomiarowej i oszacowanie niepewności wzorcowania w laboratorium wzorcowania gazomierzy przy ciśnieniu roboczym Top-Gaz 2011 materiały z konferencji [2] Dyk o ws k a E, J akubiak T Laboratorium wzorcowania gazomierzy przy ciśnieniu roboczym Top-Gaz 2013 materiały z konferencji [3] Badania przemysłowe i prace rozwojowe w ramach projektu: Budowa laboratorium wzorcowania gazomierzy przy ciśnieniu roboczym na terenie TJE Hołowczyce w zakresie opracowania koncepcji stanowiska dokumentacja inwestycji z etapu przygotowywania koncepcji (PW 2009 Turkowski.M) Autorzy: inż. Tomasz Jakubiak, Operator Gazociągów Przesyłowych GAZ-SYSTEM S.A. Oddział w Rembelszczyźnie, tomasz.jakubiak@gaz-system.pl