Младенческий период учета углеводородов в литрах или кубах — затянулся на два века, поскольку средства измерения объема были изобретены первыми: патент на мембранный счетчик был получен в конце XIX века.
Далее нашли широкое применение в промышленности счетчики с вращающимися поршнями (ротационные и ролико-лопастныe счетчики), сужающие устройства (косвенные измерители массы и объема), турбинные, ультразвуковые, вихревые (косвенные измерители объема среды) и, наконец, кориолисовые счетчики (прямого измерения массы движущейся среды).
Для жидкостей (воды, водных растворов, нефти, нефтепродуктов, СУГ) используют все указанные типы счетчиков, ориентированные на повышенную вязкость по сравнению с газом. По традиции при сливе из железнодорожных и автоцистерн используют счетчики объема — с овальными шестернями (ГОСТ 12671), кольцевые, ролико-лопастные и пр. Однако погрешность измерений передачи количества углеводородов при этом велика. Измерение же массы углеводородов, что более целесообразно, должно сначала получить твердое доказательство своего приоритета над измерением объема, а потом и сместить монополию счетчиков объема.
Для сравнения: в газообразном состоянии сжиженные углеводороды тяжелее воздуха: плотность сухого воздуха при 20°С — 1,205 кг/м3, а природного газа — 0,67–0,70 кг/м3, т.е. природный газ с содержанием метана 95–98% легче воздуха.
Плотность служит отправной точкой для расчета массы, а также для расчета калорийности по массе.
Исторически законодательная метрология и все основные стандарты привязаны к объемным единицам и укоренившиеся понятия вводят в заблуждение при анализе качества газа. Так, считается, что газы пропан и бутан или их смеси СУГ имеют величину калорийности больше, чем метан или природный газ.
В таблице 1 приведена низшая расчетная теплота сгорания килограмма (частное от деления низшей калорийности одного кубического метра на соответствующую плотность) составляющих природного газа — от метана до изопентана. Ясно видно, что метан — самый калорийный из всех составляющих природного газа по массе.
Усредненная калорийность за несколько лет одного килограмма природного газа 11700 ккал/кг также превышает калорийность любой составляющей природного газа кроме метана (в данном случае для расчета калорийности природного газа по массе использованы усредненные значения калорийности по объему и пикнометрической плотности по данным до 2003 г. за несколько лет одной из лабораторий Трансгаза).
Вопрос о балансе на границах отпуска и приема углеводородов сводится к проблеме контроля масс, независимо, природный газ это или жидкие углеводороды. Аналогичная задача стоит у контроля нефтепродуктов.
Контроль железнодорожных и автоцистерн методом прямых измерений массы производится на весах. Данный процесс регламентирован следующими нормативными документами:
Классы точности предела допустимой погрешности измерений первичной поверки весов по ГОСТ 30414-96 должны соответствовать ряду 0,2 и 0,5.
Косвенный метод статических измерений заключается в измерении плотности и объема продукта в резервуаре. Процедура поверки резервуаров определена ГОСТ 8.570-2004, где определена градуировочная таблица вместимости.
Нормы погрешности измерения массы и объема по данным документам приведены в таблице 2. Однако существуют мнения метрологов-практиков, основанные на реальном опыте:
резервуар заполняется каким-либо жидким продуктом, как правило, не для того, чтобы измерить количество этого продукта, а для того, чтобы этот продукт хранить в резервуаре. При этом количество поступившего в резервуар продукта и отпущенного из резервуара продукта должно определяться вне объема резервуара специальными, предназначенными для этого, средствами измерений, отвечающими всем метрологическим и законодательным требованиям;
резервуар с точки зрения формальной метрологии не может служить средством измерений из-за наличия неучтенных в ГОСТ 8.570-2004 упругих и пластичных деформаций при проектировании, монтаже и эксплуатации.
Объективно следует вывод: резервуар не может служить средством измерений, конкурентным с весами, поскольку предел погрешности измерений объема резервуаров строго не определен.
Забыв о резервуаре как о неконкурентном средстве измерений, сравним средства измерений, которые должны удовлетворять поставленным требованиям (классу 0,2 или 0,5 для весов) при приемо-передаче углеводородов, уже придерживаясь договоренности о измерении их количества в единицах массы (таблица 3).
Сравнение производится по методу измерений без конкретной привязки технического решения контроля жидких углеводородов или природного газа (балл «0,5» установлен для метода косвенных измерений). Как видно, максимальная сумма баллов — у кориолисовых расходомеров.
Также можно сравнить метрологические характеристики методов измерений при балансе масс. Все расходомеры, исключая кориолисовые, при балансе масс требуют поточных или разовых за определенный период измерений плотности среды. При этом относительная погрешность измерений комплекса не менее 2,0–2,5%. Таким образом, кориолисовые расходомеры наиболее перспективны для использования в качестве расходомеров массы.
На практике погрешность некориолисовых расходомеров (расходомеров объема) для контроля СУГ значительно больше, ибо она должна включать дополнительную погрешность измерения плотности СУГ, возникающую при периодических дополнениях резервуаров и сливах СУГ потребителям. При отсутствии плотномера необходимо учитывать температурную зависимость плотности СУГ, которая на порядок больше, чем у бензина, а также состав СУГ (соотношения бутана и пропана) с учетом предыстории наливов и сливов. Документацию по предыстории и по текущим расчетам слива-долива необходимо тщательно вести, чтобы свести дебет с кребетом.
Что предлагает современная метрология?
Путь компромисса: «продавать СУГ в килограммах нежелательно, так как это вызовет непонимание клиентов (в баллон при разных условиях помещается разное количество газа), но для точного учета этой мерой должна быть именно масса, а не объем».
Некоторые специалисты-метрологи делают вывод: «следует продавать СУГ в литрах, но параллельно по каждой отпущенной дозе вести внутренний учет в килограммах». При «двойной» бухгалтерии при измерении объема, естественно, необходима информация о плотности, получить которую можно с плотномера, дополнительно установленного в колонке. Авторы данного метода сокрушаются, что это дорого и предлагают расчетный метод определения плотности с учетом предыстории «налива-слива».
При учете объема СУГ авторы разработали сложные точные таблицы по учету концентрации в резервуарах состава СУГ при различных температурах, а также алгоритмы расчета контроля количества СУГ в зависимости от предыстории заполнения-слива резервуаров. Однако достаточно было сравнить калорийности пропана и бутана по массе (см. табл. 1), отличающиеся друг от друга не более чем на 0,2%, и сделать вывод о необходимости контроля массы СУГ, а не объема, чтобы уйти от таблиц состава и сложных расчетных алгоритмов определения количества СУГ в резервуаре. При контроле массы дополнительная погрешность от любой предистории наливов и сливов не превысит 0,2%.
Перейдем к объективным данным. Применение кориолисовых расходомеров, которые определяют одновременно массу и плотность, полностью удовлетворяет требованиям сведения баланса СУГ, начиная от железнодорожных весов и заканчивая потребителем.
Также для контроля отпуска природного газа (метана) при раздаче на АГЗС применение кориолисовых расходомеров целесообразно на выходе компрессоров, на высоком давлении (200 кгс/см2) и повышенной плотности газа. В газораспределительных сетях с типовыми давлениями газа (0,05; 3; 6:; 12 кгс/см2) применение кориолисовых расходомеров в настоящее время проблематично из-за существующего ограничения по плотности газа.
.svg)
