pigsar Oktober 2015 Hochdruck-Gaszählerprüfstand Hochgenaue Eichung und Kalibrierung von Gaszählern Vier Gas Services GmbH & Co. KG Halterner Str. 125 45892 Dorsten T +49 2362 93 8678 F +49 2362 93 8702 info@pigsar.de www.pigsar.de Standort der nationalen Normale für die Durchflussmessung mit Erdgas
Basis der Hochdruck-Durchflussmessung mit Erdgas in Deutschland Herzlich willkommen bei pigsar! Wir setzen Maßstäbe seit über 20 Jahren pigsar im Zeitraffer 2 3 In direkter Kooperation mit der hysikalisch-technischen Bundesanstalt (TB) sorgt pigsar seit mehr als zwei Jahrzehnten dafür, dass die Mengenmessung im europäischen Erdgashandel auf einem stabilen Niveau mit höchster Messqualität erfolgt. Ein großer Teil der im europäischen Erdgastransportsystem installierten Gaszähler wurde seitdem bei pigsar kalibriert. pigsar bildet zusammen mit den nationalen Normalen der TB die Grundlage der Hochdruck-Gasmengenmessung in Deutschland und vielen weiteren Ländern und ist somit ein unverzichtbarer Bestandteil der deutschen und internationalen Gaswirtschaft. pigsar gehört zur Vier Gas Services GmbH & Co. KG. Diese ist Alleingesellschafterin der Vier Gas Transport GmbH, die 100 % der Anteile an der Open Grid Europe GmbH hält. Der Name pigsar ist als Markenname geschützt. Die hysikalisch-technische Bundesanstalt (TB), das nationale Metrologieinstitut, ist eine wissenschaftlichtechnische Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Eingebunden in das europäische System, vermarktet und betreibt die Open Grid Europe GmbH eines der größten Fernleitungsnetze Deutschlands mit rund 12.000 km Länge, 30 Verdichterstationen, 100 Maschineneinheiten, 17 Grenzübergangspunkten, rund 1.100 Ausspeisepunkten und einer Ausspeisemenge von 679 Mrd. kwh in 2014. 1993 pigsar ( rüfinstitut für Gaszähler, ein Serviceangebot der Ruhrgas AG ) geht offiziell als staatlich anerkannte rüfstelle GH45 in Betrieb. 1996 Akkreditierung des pigsar durch den Deutschen Kalibrierdienst (DKD, heute DAkkS) entsprechend der iso/iec 17025. 1999 Vertragliche Vereinbarung zwischen TB und Ruhrgas AG über den Betrieb des nationalen Normals Deutschlands für die Volumeneinheit Hochdruck-Erdgas ( Ur-Kubikmeter ) durch pigsar. 2003 Installation des nationalen Normals und weiterer TB-Einrichtungen in einer neuen rüfhalle des pigsar. 2004 Aufnahme der französischen Hochdruck- Erdgasmessung in die Harmonisierung von 1999. 2011 Ausfertigung des 10.000sten Kalibrierzertifikates. 2013 Aufnahme der dänischen Hochdruck-Erdgasmessung in die Harmonisierung. Vereinbarung zwischen TB und dem niederländischen endant NMi (in Zusammenarbeit mit pigsar ) zur Harmonisierung der Volumenmessung von Hochdruck-Erdgas in Deutschland und den Niederlanden: Ein elementarer Beitrag zur Verbesserung des grenzüberschreitenden Erdgashandels ist geleistet. Vier Gas Services GmbH & Co. KG wird neue Eigentümerin des pigsar. 2014 Erweiterung der Akkreditierung des pigsar auch für Massezähler und Wirkdruckmessverfahren (z. B. Blendenmessstrecken).
Minimale Messunsicherheit Sicherheit durch räzision 4 5 Alle bei pigsar verwendeten Messwerte werden auf die nationalen SI-Basiseinheiten Meter, Sekunde, Kilogramm und Kelvin zurückgeführt. Durch den direkten Zugang zu nationalen Normalen der TB und der besonderen Konstruktion des rüfstandes können wir mit 0,13 bis 0,16 % (durchflussabhängig) eine sehr geringe Messunsicherheit bereitstellen (siehe www.kcdb.org / suche: pigsar ). Zertifizierungen des pigsar Als staatlich anerkannte rüfstelle eicht pigsar Gaszähler für den geschäftlichen Verkehr nach deutschem Mess- und Eichgesetz. Des Weiteren ist pigsar durch die DAkkS (Deutsche Akkreditierungsstelle) entsprechend der ISO/IEC 17025 akkreditiert. Somit werden die rüfergebnisse weltweit anerkannt. Genauigkeit als kommerzieller Faktor Diese Genauigkeit ist elementar für unsere Kunden, denn die Messwerte der Gaszähler sind die Grundlage für die Rechnungslegung der gelieferten Gasmengen und oft auch die Basis für wichtige betriebliche Abläufe. Wegen der hohen Gasmengen, die durch die Gaszähler fließen, können schon geringe Messfehler gravierende Folgen haben. Daher ist eine Kalibrierung bzw. Eichung bei möglichst geringer Messunsicherheit von großer Bedeutung. Langzeitstabilität Ebenso wichtig wie die geringe Messunsicherheit ist die Langzeitstabilität, Metrologen sprechen von Langzeitreproduzierbarkeit oder Wiederholpräzision. Kontinuierlich, seit Betriebsbeginn des pigsar, wird diese unter anderem durch den Vergleich mit so Vergleich der pigsar -Messungen mit einem TB-Transferzähler DN150 von 2003 bis 2015 Abweichung Transferzähler pigsar [%] 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2003 2005 2007 2011 2013 2015 1007,81386 0,32806664 651,857611 0,22237213 402,045412 0,22705964 249,400044 0,11645424 160,306485 0,13512894 99,4741255 0,02957276 65,584337 0,00803668 1E + 05 1E + 06 1E + 07 Reynolds-Zahl genannten Transferzählern verifiziert. Wie das Beispiel der Grafik zeigt, liegen die mit demselben unveränderten Transferzähler ermittelten Vergleichsmessungen innerhalb eines +/ 0,1-%-Bandes, und das seit bereits zwölf Jahren.
F F Unsere Messanlage in Dorsten Kontrollraum Stationsausgang 6 Aufbau des rüfstandes 7 pigsar ist an das Fernleitungsnetz der Open Grid Europe GmbH angeschlossen. Die lokale Infrastruktur am Standort Dorsten erlaubt es, pigsar im Bypass zu betrieblichen Regelstationen zu betreiben. Zur Vorbereitung für die rüfung wird das Erdgas zunächst in einem Kerzenfilter gereinigt und danach vorgewärmt. Während der rüfung übernimmt der Vorwärmer auch die Temperaturregelung. Zwischen dem Vorwärmer und dem Druckregler befindet sich die Druckabsicherung des rüfstandes durch zwei Sicherheitsabsperrarmaturen. Stromab des Druckreglers wird das Gas aufgeteilt in einen rüf- und einen internen Bypass- Gasstrom. Die Durchflussregelung erfolgt stromabseitig in beiden Gasströmen, kurz bevor diese vor dem Stationsausgang wieder zusammengeführt werden. Die Rohrleitungsführung wurde dahingehend optimiert, dass das Volumen zwischen den Gebrauchsnormalen und den rüflingen auf das Nötigste reduziert wurde und somit der Leitungspufferungseffekt ( line-pack-effekt ) minimiert wird. RS Auf insgesamt sechs rüflingsstrecken mit einer Länge von bis zu 22 m können F die zu kalibrierenden Gaszähler inklusive kundenseitig gestellter Ein- und Auslaufstrecken installiert Gasfilter werden. Die rüfeinrichtungen der TB (Rohrprüfstrecke RS, optisches Normal, Transferzähler, kritische Düsen) sind rohrleitungstech- Gaszähler nisch fest in den pigsar integriert. Kenndaten des rüfstandes Testmedium: Erdgas Durchflussbereich der Anlage: Volumenstrom: 3 bis 6.500 m³/h Massenstrom: 40 bis 285.000 kg/h Druckbereich: 1,6 bis 5,0 Ma Rohrprüfstrecke Absperrarmatur Sicherheitsabsperrarmatur Durchflussregler Druckregler Wärmetauscher rüflingsstrecken RS Transferzähler optisches Normal LDA Stationseingang Gebrauchsnormale kritische Düsen rüflinge: alle Volumen- und Massezähler sowie Wirkdruckverfahren (Blenden, Venturi-Rohre etc.) in Nennweiten bis DN 500 Gebrauchsnormale: neun parallele Strecken (4 x TRZ G 1000, 4 x TRZ G 250, 1 x TRZ G 160) rüflingsstrecken: sechs rüflingsstrecken bis 22 m (längere Messaufbauten auf Wunsch möglich) Reglerraum RS F Rohrprüfstrecke Absperrarmatur Sicherheitsabsperrarmatur Durchflussregler Druckregler Gasfilter Wärmetauscher Gaszähler rüflingsstrecken Messunsicherheiten (durchflussabhängig, erweiterte Messunsicherheit): Volumenzähler: U 95 % = 0,13 bis 0,16 % für Q 8 m³/h U 95 % = 0,16 bis 0,26 % für Q < 8 m³/h Massezähler: U 95 % = 0,16 bis 0,28 %
Vergleich TB LNE mit Düse TF65 0,995 Durchflusskoeffizient 0,990 0,985 TB: 0,1 <_ p <_ 0,8 Ma (Luft) 0,8 <_ p <_ 5,0 Ma (Erdgas) LNE-LADG: 0,4 <_ p <_ 4,0 Ma (Luft) 0,980 10 5 10 6 10 7 Reynolds-Zahl Höchste Genauigkeit von Anfang an Die nationalen Normale 8 9 Die Rohrprüfstrecke Die Kalibrierung der Gebrauchsnormale des pigsar basiert auf dem genauesten Volumen-Messgerät für Hochdruck-Erdgas, das es in Deutschland gibt: der Rohrprüfstrecke (RS). Die RS stellt das rimärnormal dar ( Ur- Kubikmeter für Hochdruck-Erdgas), nicht nur für den rüfstand pigsar, sondern als nationales Normal der TB für ganz Deutschland. Direkt stromab der RS befinden sich die zwei Sekundärnormale, Turbinenradgaszähler DN100 G250. Diese werden unmittelbar von der RS abgeleitet. Aufbauend auf diese Normale werden die Gebrauchsnormale des pigsar kalibriert. Die erweiterte Messunsicherheit der RS liegt unter 0,01 %, die Messunsicherheit der Sekundärnormale liegt bei etwa 0,1 %. Durch eine optimale integration der RS und der Sekundärnormale in den Anlagenaufbau des pigsar können diese jederzeit mit den Gebrauchsnormalen des pigsar verbunden werden. Eine komplette Kalibrierung des pigsar erfolgt alle drei Jahre, eine Überprüfung (Kalibrierung in kleinerem Umfang) der Gebrauchsnormale erfolgt monatlich. Da die RS bereits bis zu einem Absolutdruck von 5,5 Ma und einem maximalen Volumenstrom von 480 m³/h betrieben wird, ist die Kalibrierkette des pigsar, also die Rückführung auf Si-Basiseinheiten (engl. traceability ), äußerst kurz. Kritische Düsen Kritische Düsen sind Durchflusselemente, die bei pigsar zum einen zur Stabilisierung der Strömung durch die Normale, zum anderen als Durchflussmessgeräte verwendet werden. Das Messprinzip besteht darin, dass sich im engsten Strömungsquerschnitt der Düsen oberhalb eines bestimmten Druckverhältnisses zwischen Ein- und Austritt der Düse genau die Schallgeschwindigkeit einstellt. Diese lässt sich mit den jeweiligen Betriebsparametern berechnen, sodass sich über Geschwindigkeit mal Querschnittsfläche der Volumenstrom ergibt. Jede Düse wird individuell entweder direkt gegen die RS oder gegen die Sekundärnormale kalibriert. Mit den kritischen Düsen lassen sich andere rüfstände kalibrieren und rüfstandsvergleiche durchführen. Die oben dargestellte Grafik zeigt einen solchen Vergleich mit zwei anderen rüfständen. Optisches rimärnormal Zur weiteren Verbesserung der Kalibrierkette entwickelte die TB bei pigsar eine neue Technologie, die auf die Laser-Doppler-Anemometrie zurückgreift. Als Ergänzung zur Rohrprüfstrecke wurde ein zweites, unabhängiges rimärnormal für pigsar aufgebaut, das sich ebenfalls direkt auf die Si-Einheiten Meter und Sekunde zurückführen lässt. Die Funktionsweise des optischen rimärnormals ist wie folgt: Stromab einer ungestörten Rohrströmung wird das Gas in einer unterkritischen Düse beschleunigt. im Düsenaustritt wird die Strömungsgeschwindigkeit mittels Laser- Doppler-Anemometrie gemessen. Über Geschwindigkeit und Düsenaustrittsfläche erhält man den Volumenstrom. Bei dem realisierten neuen Normal handelt es sich um einen rototyp mit einem maximalen Volumenstrom von 1.600 m³/h. in Frankreich wird derzeit an einer Weiterentwicklung für LNG-Anwendungen gearbeitet. Details zum optischen Normal sind auf www.iopscience.iop.org unter der Nr. 10.1088/0026-1394/51/5/459 zu finden.
EUREGA European Reference for Gas Metering Das harmonisierte Bezugsniveau Unser Dienstleistungsangebot 10 11 Mit dem Vertrag von Dordrecht vom 2. Juni 1999 wurden die nationalen Messketten für Hochdruck-Erdgas der BRD und der Niederlande zusammengeführt ( harmonisiert ). 2004 wurde durch die Teilnahme des französischen LNE (Laboratoire national de métrologie et d, essais) an der Harmonisierung das gemeinsame Bezugsniveau der BRD, der Niederlande und Frankreichs geschaffen. Seit 2013 wird auch Dänemark als vierter artner mit den rüfständen von FORCE einbezogen, sodass das harmonisierte Bezugsniveau nun alle vier unabhängigen Kalibrierketten Europas für die Hochdruck-Erdgasmessung umfasst. in einem Memorandum of Understanding haben die nationalen Metrologiebehörden die dazu notwendigen Vereinbarungen getroffen. Das neue Bezugsniveau wird nunmehr EUREGA genannt European Reference for Gas Metering. Grundlage der Harmonisierung ist der messtechnische Vergleich der vier beteiligten rüfstände mittels Transferzähler der Nennweiten DN100 DN400. Diese Vergleiche werden kontinuierlich durchgeführt. pigsar verkörpert als Ausgangspunkt der deutschen Kalibrierkette dieses gemeinsame, harmonisierte Bezugsniveau und gibt ausschließlich dieses an alle nachgeordneten rüfstände und Kundengaszähler weiter. Kalibrierung von Zählern und kompletten Messstrecken (TRZ, USZ, WBZ, Coriolis-Zähler, Blendenmessstrecken, Venturi-Düsen, kritische Düsen etc. bei p = 1,6 bis 5,0 Ma, Q b = 3 bis 6.500 m³/h In Zusammenarbeit mit TB und auf Basis zusätzlicher Untersuchungen (z. B. Kalibrierung mit atmosphärischer Luft) können Zertifikate für andere Druckbereiche (0,1 bis über 10 Ma und andere Gase (Luft, N 2, CO 2 ) erstellt werden Statische rüfung ( Trockenkalibrierung ) von USZ mit Erdgas bis 25 Ma Für weitere Informationen besuchen Sie gerne www.pigsar.de Hier finden Sie unter anderem einen umfangreichen Downloadbereich für ihre Anfrage an uns! Ihre Ansprechpartner Dr. Detlef Vieth T +49 2362 93 8678 info@pigsar.de Christoph Thiede T +49 2362 93 8682 info@pigsar.de Kalibrierung ( Ableitung ) anderer rüfstände (zusammen mit der TB), entweder durch direkte Kalibrierung von Gebrauchsnormalen oder mittels Transferzähler Spezialkalibrierungen von TRZ, Drehkolbengaszählern und kritischen Düsen am rimärnormal Hochdruck-RS im Durchflussbereich Q b = 3 bis 480 m³/h, Druckbereich p = 0,8 bis 5,5 Ma. Die erweiterte Messunsicherheit für diese Kalibrierungen beträgt ca. U 95 % = 0,1 %