유량계 교정 계수의 정확성

2017년 2월 27일

국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)

작년에 25조 입방피트 이상의 천연가스가 미국 고객에게 전달되었으며, 손이 바뀌었을 때 거의 모든 입방피트가 가스 유량계를 사용하여 측정되었습니다. 이러한 계량기의 정확성은 상업적으로 매우 중요하며 NIST는 유량계 교정을 개선하기 위한 오랜 연구 프로그램을 보유하고 있습니다. 해당 프로그램의 범위는 이제 비공식적으로 Big Blue Ball로 알려진 새로 도착한 테스트 베드의 형태로 말 그대로 확장되었습니다.

일반적으로 유량계를 교정하려면 테스트 중인 유량계를 통해 가스 흐름을 흐르게 한 다음 측정된 시간 간격 동안 수집 탱크로 흐르게 합니다. 유량계 교정 계수의 정확도는 탱크에 수집된 질량의 낮은 불확실성 측정에 따라 달라집니다. 수집된 가스의 양은 일반적으로 다음을 사용하여 결정됩니다. (1) 정확하게 알려진 탱크의 부피에 (2) 충전 공정 전후의 수집 탱크 내 가스 밀도 변화를 곱합니다. 밀도를 결정하려면 수집된 가스의 압력과 평균 온도를 측정해야 합니다.

불행하게도 수집된 가스의 평균 온도는 정확히 파악하기 어렵습니다. 가압된 가스가 대형 탱크로 유입되면 흐름은 수집 탱크 전체에 걸쳐 불균일한 온도 분포를 생성합니다. 흐름이 멈춘 직후 가장 따뜻한 가스는 탱크 상단 근처에 도달하고 가장 차가운 가스는 바닥 근처에 도달합니다. 이러한 상황으로 인해 기존 방법으로는 평균 온도를 측정하기가 어렵습니다. 몇 개의 온도계를 빠르게 판독하는 것은 본질적으로 부정확하며, 대형 탱크의 온도 변화는 몇 시간 또는 며칠 동안 지속됩니다.

온도 구배 문제를 피하기 위해 NIST는 많은 소형 유량계를 한 번에 하나씩 교정한 다음 병렬로 사용하여 더 큰 유량계를 교정합니다. 소형 계량기는 온도 구배를 신속하게 제거하기 위해 자동 온도 조절 장치가 있는 소형 수집 탱크를 사용하여 교정됩니다. 그러나 여러 교정에는 시간이 많이 걸리고 노동 집약적이므로 비용이 많이 듭니다.

2년 전 NIST 물리 측정 연구소의 과학자들은 평균 온도를 정확하고 신속하게 측정하기 위한 "음향 온도계"를 고안하고 시연함으로써 이 문제를 성공적으로 해결했습니다. 그들은 작은 탱크에서 순수한 아르곤 가스를 사용하여 원리를 증명했습니다. 이제 그들은 수집량으로 대형 고압 구형 용기를 사용하여 음향 온도 측정을 확장하고 있습니다. '대형 고압구형용기'라는 말이 입에 맴돌기 때문에 애칭으로 빅블루볼(Big Blue Ball)로 이름을 바꾸었다.

NIST의 Fluid Metrology Group 리더인 Michael Moldover는 "우리는 주간 파이프라인 내부의 천연 가스 흐름을 측정하는 데 사용되는 것과 같이 고압의 대규모 흐름에 대한 미터를 교정하는 방법을 향해 노력하고 있습니다."라고 말했습니다. "Big Blue Ball을 사용하면 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다. 원리 증명 테스트를 0.35MPa에서 7MPa(3.5기압에서 70기압)로 압력을 20배로 확장하고, 300리터에서 1,800리터로 부피를 6배로 확장합니다. 볼륨은 3배, 심지어 10배까지 확대될 것입니다."

파란색 공은 Colorado Engineering Experiment Station, Inc.(CEESI)와의 협력 연구 및 개발 계약(CRADA) 덕분에 NIST 메릴랜드주 게이더스버그 캠퍼스에 대여되었습니다. CEESI는 천연가스 파이프라인에 사용되는 유량계를 포함하여 유량계를 교정하는 독립 연구소입니다.

궁극적으로 Moldover 그룹은 CEESI 및 기타 교정 실험실이 훨씬 더 큰 탱크와 계량기를 위해 현장에서 기술을 사용할 것으로 기대합니다.

CEESI 천연 가스/다단계 엔지니어인 Eric Harman은 "NIST가 하는 일을 수행할 수 있는 다른 조직이 세상에 있을지 의심스럽습니다."라고 말합니다. "천연가스 산업에 미치는 이점은 엄청날 것입니다. 대형 천연가스 계량기를 정확하게 교정하고 모든 에너지 비용을 최고의 기술을 사용하여 계산하는 것이 중요합니다. Moldover와 그의 그룹은 해당 표준을 최고의 기술로 재정의하고 있습니다. -가능합니다. 이것은 게임 체인저입니다."