Natural Gas Fluids Measurement

Augie Widyotriatmo, Ph.D.Institut Teknologi Bandung

APIMPMS143AGAReportNo.3GPA818590

Pendahuluan

Dalam industri natural gas, pengukuran/ measurement adalah mesin hitung uang (cash register)

Harga dari aliran natural gas ditentukan dengan: Metering Sampling Analisis

Jika prosedur atau hasil dari ketiga ketentuan initidak mencukupi, kalkulasi harga dari aliran menjadi tidak akurat

2

SPESIFIKASI DAN INSTALASIORIFICE METER

3

Orifice Plate Faces

4

Orifice Plate Bore Diameter

5

6

Pressure Flange Taps

7

Tube Bundle Flow Straightener

8

Eksentrisitas

9

Partly Closed Valve Upstream

10

11

Two Ells Not in Same Plane Upstream of Meter Tube

12

13

Less Than 10 Pipe Diameters Between Two Ells in Same Plane Upstream of Meter Tube

14

15

More Than 10 Pipe Diameters

16

Reducer or Expander Upstream of Meter Tube

17

PERSAMAAN UMUM

18

Orifice Meter

19

Pressure

20

Temperatur

21

Flanged Tap

22

Fundamental Orifice Mass Flow Equation

23

Volumetrik Flow Rate

Actual:

Standard

24

Velocity of Approach Factor

25

Orifice Plate Bore Diameter

26

Meter Internal Diameter

27

Empirical Coefficient of Discharge Flange-Tapped Orifice Meters

28

29

Reynolds Number

30

Kondisi Flow

31

Pulsating Flow Sources

32

Pulsation Reduction

33

Expansion Factor for Flange-Tapped Orifice Meters

34

Upstream Expansion Factor (Y1)

35

Downstream Expansion Factor (Y2)

36

37

In Situ (pada kondisi operasi) Calibration

Disarankan untuk orifice meter untuk ukuranpipa di bawah 2 inch

Digunakan primary mass flow system / master meter yang telah terkalibrasi dengan primary flow standar

Primary mass flow system (atau master meter) dipasang di upstream atau downstream sedemikian rupa sehingga flow mendekatinormal

Dioperasikan pada normal flow-rate, temperatur, dan pressure pada meter station

38

Meter Correction Factor

39

Flow Rate Per Unit of Time Conversion

40

41

42

43

Contribution of Flow Error due to DP Instrumentation

44

Uncertainty using In Situ Calibration

45

46

Installation

47

48

49

50

Gas Ideal (Inkompresibel)

Hukum Boyle and Charles

51

Gas Kompresibel

Volume kondisi base (standar) dikonversi dari volume flowing

52

53

Spesific Grafity Ideal

54

Real Specific Gravity

55

56

Density on Gas Composition

Berat molekul gas campuran

Density

57

58

Density based on Ideal Gas Specific Gravity

59

60

Density Based on Real Gas Specific Gravity

61

Kondisi Standar

Gas density berbasis gas specific gravity

62

63

PERSAMAAN PENGUKURANFLOW

64

Flow Rate Kondisi Base

65

Flow Rate Kondisi standar

66

67

Konversi dari Standar ke Base

68

Diameter Ratio

69

70

Coefficient of Discharge untuk Flange-Tapped Orifice Meter

71

72

Velocity of Approach Factor

73

Pipe Reynolds Number

74

75

Expansion Factor (Y)

k adalah komponen isentropik, rasio dari specific heats (cp/cv) dari konstanta tekanan (cp) dan konstanta volume (cv) dan independen terhadap tekanan

k = 1,3 untuk natural gas (accepted practice)

76

77

Expansion Factor Referenced to Downstream Pressure

78

79

FACTOR APPROACH

80

Kondisi Standar / Base

81

82

83

Numeric Conversion Factor

84

Orifice Calculation Factor

85

Slope Factor

86

Pressure & Temperature Base Factor

87

Real Gas Relative Density

88

Contoh:

89

Metode #1: Kalkulasi

90

Meter Diameters

91

92

Compressability (AGA 8)

93

Reynolds Number

94

Volume Flow Rate

95

96

97

98

99

Metode #2: Factor Approach

100

101

102

103

104

105

Kompresabilitas AGA 8

106

Base Pressure & Temperature Factor

107

Flowing Temperature Factor

108

Real Gas Density Factor

109

Supercompressibility Factor

110

Volume Flow Rate

111

112

PIPE TYPE ORIFICE METERING

113

Pipe Tap Pressure Measurement

Posisi dari pasangan tap holes: upstream tap center 2,5 x diameter dalam dari plate

face upstream terdekat dan downstream tap center 8 x diameter dalam dari dari

plate face downstream terdekat

114

Batas Beta Ratio Batas Beta Ratio adalah

0,2 sampai 0,67

115

Persamaan

116

Orifice Flow Constant

117

Orifice Flow Constants C

118

Coefficients of Discharge (K)

119

Basic Orifice Factor

120

Lokasi Tap Holes

121

122

123

124

Meter Tube Pressure Tap Holes

125

Reynolds Number Factor (Fr)

126

127

128

129

130

131

Expansion Factor (Y)

132

133

134

135

136

Contoh#1

137

Solusi #1

138

Contoh #2

139

Solusi #2

140

Adjustment for Instrumentation Calibration and Use

141

PROSEDUR SAMPLING

142

Sistem dan Prosedur Sampling

Analisis dari sampel sistem dan prosedur sampling digunakan untuk Kalkulasi penentuan gallons per thousand standard

cubic feet (GPM) dari produk liquid yang ditemukan dari aliran

Identifikasi kontaminan yang terdapat dalam aliran gas

Informasi komposisi, menentukan apakah aliran gas mencapai spesifikasi kontraktual

143

Tube Probes

144StraightTubeProbesRegulatedSampleProbes

Diagram Pressure-Temperature Processed Gas

145

Diagram Pressure-Temperature Unprocessed Gas

146

Instalasi

Ujung probe ditempatkan middle-third daripipeline tempat pertemuan partikel liquid

5 x Diameter dari elemen yang menggangguflow: Elbows, headers, valves, flow elements, tees

Dilokasikan di atas sampled piping Probes dan tubing diinstalasi sedemikian rupa

agar liquid tidak terakumulasi di dalam probe atau sampel

147

5D

Heating Elements

Elemen pemanas dapat diinstalasi di dalamsample probe dan pipa

Pada suatu kasus, pemanas sample cylinder juga dibutuhkan

Tujuan dari elemen pemanas ini adalah untukmeyakinkan sampel gas tetap atau di atastemperatur gas line

Pemanasan gas menjaga komponen berat di dalam fasa gas dan dapat diperhitungkan padasaat analisis

148

Electrical Heating

Elemen electrical heating harus memiliki self limiting

Requirements of electrical codes untuk area dimana elemen digunakan harus dipenuhi

Requirements ini akan meyakinkan bahwa heating element tidak akan overheat jika terjadi failure pada komponen elektrikal

Overheated dari komponen elektrikal dapat mengakibatkan kecelakaan atau eksplosi

149

Regulators

Preessure Regulators bisa dibutuhkan pada sistem sampling ketika sampel gas secara kontinu diberian ke penerima dengan tekanan yang lebih rendah daripada line

Pressure regulator harus diperhatikan agar fasa gas tidak berubah ketika tekanan diturunkan Jika terjadi perubahan fasa dan muncul kondensasi,

sampel tidak representatif

150

Pressure Regulators

Harus mempunyai pressure rating melebihi line pressure maksimum yang diekspektasikan darisistem sampling gas

Regulators harus terkonstruksi dari material yang tidak reaktif terhadap gas yang akan disampel

Desain dan operasi regulator tidak bolehmengakibatkan kondensasi

Salah satu metode adalah dengan menggunakanheated regulator Mensuplai panas ketika penurunan tekanan untuk

menjaga elemen berat berkondensasi Besarnya energi panas bergantung dari komposisi gas,

tekanan, dan temperatur151

Karakteristik Flow

Flow dalam pipa laminar atau turbulen single atau multiphase

Flow pada aliran gas turbulen, single phase Two-phase turbulen juga bisa terdapat pada line gas

ketika fluida pada kondisi saturasi Misalkan, flow dari gas liquid separator akan dekat dengan

gas dew-point, danpenurunan temperatur akanmengakibatkan kondensasi two phase

Laminar flow jarang terjadi pada gas line karenaviskositas gas rendah dan kecepatan flow tinggi

Bergantung pada desain sistem sampling, laminar flow dapat tercapai pada low-flow rate

Kondisi laminar flow harus dihindari152

Turbulent Flow

Turbulent flow memiliki keuntungan pada sistemsampling dan pada gas line yang akan disampel Turbulensi menciptakan fluida yang tercampur dengan

baik Mixing dari flow turbulen akan mengurangi

kemungkinan separasi akibat gravitasi Dalam two-phase flow, pengingkatan turbulensi

akibat obstruksi mekanikal seperti valve dan elbow dapat mengakibatkan munculnya liquid menjaditerpeah dalam flow memasuki sistem sampling Liquid loading dalam sistem sampling mengakibatkan

masalah pada peralatan dan memproduksi sampel gas yang tidak representatif

153

Two-Phase Flow

Sampling dari campuran dua-fasa (gas dan liquid) tidak direkomendasikan dan harus dihindari

Dalam flow dua-fasa, sistem ideal akan mencampur gas dan liquid secara uniform dan mengoleksi sampel dari campuran menggunakan sample probe dan sistem isokinetic sampling

Teknologi natural gas sampling tidak dapat mencapai hal ini dengan akurasi yang reasonable

154

Two-Phase Flow

Ketika sampling dua-fasa liquid-gas flow, proseduryang direkomendasikan adalah denganmengeliminasi liquid sebelum disampel

Produk liquid yang mengalir dari line harusditentukan dengan metode lain

Fraksi liquid dari flow dua-fasa mungkin terdiri dariwater dan hydrocarbons

Hydrocarbons dapat berkontribusi pada kontenenergi (diukur dalam British Thermal Units, BTU) dan kemunculannya dalam gas perlu dilihat kembali

155

Sample Loop

Merupakan bagian darisistem sampling yang membawa gas darisample probe ke sample container atau alatanalisis kemudian kelower pressure point

Sample loops didesainuntuk mengirimkansampel gas yang melewati pipeline

156

Sample Loop Rate

High flow rate yang berlebihan mengakibatkanpartikel liquid dalam pipeline terbawa ke sampelprobe Sample loops yang dilepaskan ke atmosfir tidak boleh

dipasang karena high flow rates akan mengakibatkanbesar gas waste yang tidak dapat diterima dan melanggarregulasi lingkungan

High pressure loss dapat mengakibatkan pendinginan dankondensasi

Low flow rate yang berlebihan mengakibatkanseparasi gas dan bagian berat drop out dalam loop

157

Pressure Drop pd Sample Loop

Operasi sampel loop membutuhkan pressure differential dari collection-end ke discharge-end Dapat didapatkan dengan orifice plate, regulator, atau

pompa Pemasangan ujung sampel loop melewati halangan

flow akan memberikan pressure differential pada sampel loop yang proporsional terhadap kuadrat flow rate

Pengaturan ini akan memberikan flow pada sampel loop proporsional terhadap flow melewati orifice

158

Pressure Regulators

Digunakan pada sampel loop untuk mengurangi gas pressure dari pipeline pressure ke receiver pressure

Perlu diperhatikan agar regulator tidak mengakibatkan gas terkondensasi

159

Sampling Intervals

Komposisi dan flow rate Pipeline dapat berubah terhadap waktu Interval sampling perlu ditentukan memperhatikan

perubahan ini

160

Composite sample intervals

Flow proportional sampling jikaflow rate dan kompoisisi berubah Jika flow rate dihentikan dan

sampler meneruskan untukmengoleksi sampel, kemudiansampel komposit akan terdiri daribagian gas yang terkoleksi ketikatidak ada gas flow

Jika komposisi no-flow berbeda dariaverage composition, sampelsampel tidak representatif

Time-proportional sampling memberikan sampel representatifjika flow rate pada keadaan tunakpada interval sampling atau jikakomposisi stabil sepanjang interval sampling

161

Spot Sampling Intervals

Komposisi variasimungkin muncul karenaperubahan peralatansurface, musim, dan gas reservoir Perlu dipertimbangkan

dalam pemilihan sampling interval untuk spot sampel

Spot sampel akanmemberikan hasil akuratdan representatif jikaproduk komposisi stabilseiring berjalannya waktu

162

Heating & Insulation

Kondensasi mungkin muncul dalam sistem sampling komposit atau spot

Peralatan handling harus menjaga temperatur gas di atas dew point pada setiap tekanan Dapat dilakukan dengan heat tracing line dan sistem

insulasi, menggunakan heated sample probes, atau cara lain untuk memberikan panas pada fluida

163

Tipe-Tipe Sample Containers

164DoubleValveCylynder FloatingPistonCylynder

165

SamplingsystemdenganSeparator

Flow computers

166

Mengindikasikanflowratekeflowproportionalsystem

Vacuum Gathering System Method

167

Sampel Form

168