GC kvalitetsoppfølging

Transkript

1 GC kvalitetsoppfølging NFOGM temadag , Oslo Anfinn Paulsen, Gassco AS

2 Online komponentanalyser fra GC 1. Bruksområder 2. Regelverk 3. Krav til kalibrering, verifikasjon og oppfølging 4. Verifikasjon av analysedata 2

3 Online GC analyser hva brukes de til? 1. Beregning av gasskvalitet parametre - ISO-6976: Molvekt, Rel. densitet, Std. densitet, Brennverdi, Wobbe Index) 2. Beregning av densitet ved driftsbetingelser (f.eks AGA-8) 3. Beregning av hydrokarbon duggpunkt (HCDP) 4. Beregning av lydhastighet (f.eks. AGA-10) 5. Kvalitetsovervåkning av enkeltkomponenter 6. Bestemmelse av fiskale mengder: Volum, energi og evt. masse - Daglige eksportmengder: MSm 3 3

4 Hvilke komponenter må bestemmes Metan[C 1 ] Etan [C 2 ] Propan [C 3 ] Iso-butan [ic 4 ] Normal-butan [nc 4 ] Iso-pentan [ic 5 ] Normal-pentan [nc 5 ] Hexan-pluss [C 6+ ] / [nc 6 ] Karbondioksid [CO 2 ] Nitrogen [N 2 ] ISO-6976 beregninger Molvekt [kg/kmol] Kompressibilitet [ - ] Referanse densitet [kg/sm 3 ] Relativ densitet [ - ] Gross Calorific Value [MJ/Sm 3 ] Wobbe Index [MJ/Sm 3 ] 4

5 Regelverk 1. Oljedirektoratets Forskrift om fiskal måling av petroleum for fiskale formål og for beregning av CO2-avgift 2. NORSOK I-104 Fiscal measurement systems for hydrocarbon gas Kap. 9: Gas Chromatograph 3. Terms and Conditions for transportation of gas in Gassled Appendix A: Operations Manual (Kap. 5: Measurements, Tests and Analysis) 5

6 Brukte standarder 1. ASTM D-1945 Analysis of natural gas by gas chromatography (Normative reference, ref. NORSOK I-104) 2. ISO-6974 Natural gas Determination of composition with defined uncertainty by gas chromatography Part 1,2,3 (Indicative reference, ref. NORSOK I-104) 3. ISO-6976 Natural gas Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe Index from composition (Normative reference, ref. NORSOK I-104) 6

7 Krav til representativitet Representativitet Samsvar mellom prosessgass og kalibreringsgass ASTM D-1945 [Normative reference] Maks. 50% lavere enn og maks. 100% høyere enn aktuell prosessgass ISO [Indicative reference] Sample Kalibreringsgass [mol %] Relativt avvik [ % ] 0,001 0,1 0, / /-50 +/-10 +/-5 +/-3 7

8 Representativitet Gass-1 Gass-2 Kalibr.gass [mol %] [mol %] [mol %] C C C IC NC IC NC C CO N

9 Representativitet Kalibreringsgass vs. ASTM-D1945 (2003) og ISO (2001) 150 % 100 % 50 % 0 % -50 % Øvre grense ASTM Øvre grense ISO Gass-1 Gass-2 Nedre grense ISO Nedre grense ASTM -100 % -150 % C1 C2 C3 IC4 NC4 IC5 NC5 C6 CO2 N2 9

10 Krav til nøyaktighet NORSOK I Kalibreringsgass 2. Repeterbarhet 3. Linearitet 4. Total usikkerhet pr. komponent 5. Bestemmelse av brennverdi (Gross Calorific Value) 10

11 Gravimetrisk blanding Akkreditert/kompetent laboratorium Kalibreringssertifikat Stabilitetstid Representativitet Transport Oppbevaring Kondensasjonstemperatur Lagrings- og brukstemp. Min. flasketrykk Kalibreringsgass Dokumentert usikkerhet Component Certified uncertainty range [mol %] 0,1 0,25 0, U CXi [mol %] 0,05 * X i 0,01 * X i 0,005 * X i 0,002 * X i 0,002 * X i Blending tolerance [mol %] 0,05 * X i 0,03 * X i 0,03 * X i 0,03 * X i 0,02 * X i 11

12 Kalibreringsgass sertifikat 12

13 Usikkerhetsanalyse - repeterbarhet NORSOK I-104: 3 testgasser brukes 1 testgass nær normal prosessgass 2 resterende dekker arbeidsområdet for hver komponent 10 fortløpende analyser kjøres på hver av testgassene Utføres før idriftsettelse og evt. ved gitte intervall i drift, f.eks. årlig Component range Expanded uncertainty (k=2) U RXi [mol %] [mol %] 0,04 0,10 13

14 Usikkerhetsanalyse - linearitet NORSOK I-104: 3 testgasser brukes 1 testgass nær normal prosessgass 2 resterende dekker arbeidsområdet for hver komponent 10 fortløpende analyser kjøres på hver av testgassene Usikkerhetsbidrag beregnes som max. avvik mellom de 3 testpunktene for hver komponent, ref. Guide to the Expression and Uncertainty in Measurements (GUM) Expanded uncertainty, U LXi, bestemmes herfra Utføres før idriftsettelse og evt. ved gitte intervall i drift, f.eks. årlig 14

15 Krav til total usikkerhet NORSOK I-104: Total expanded uncertainty, U Xi, bestemmes: U Xi = (U RXi2 + U CXi2 + U 2 LXi ) 0.5 Component range Expanded uncertainty (k=2) U Xi [mass %] [mol %] 0, ,15 * MW/MW i 0,30 * MW/MW i 0,60 * MW/MW i 15

16 Krav til usikkerhet for GCV NORSOK I-104: Total expanded uncertainty, U Hs, bestemmes: U Hs = [Σ(H S H Si ) 2 * (U Xi /100) 2 ] 0.5 U Hs < 0,30% av Gross Calorific Value (GCV) hvor H Si = GCV (volum basis) pr. komponent, ref. ISO-6976, Table 3, dvs. forbrenningstemperatur 25 0 C, gassvolum definert ved standardbetingelser 15 0 C og 1,01325 bar a H S = GCV (volum basis) middelverdi av de 3 testgassene 16

17 Dunkerque - GCV og ND usikkerhet for GC GC1 U GCV U ND Comments Year (95%, k=2) (95%, k=2) Cycles % % 5 FAT % % 5 New calibration gases % % % % % % % % % % % % % % 10 New calibration gases 17

18 Dunkerque - GCV og ND usikkerhet for GC GC2 U GCV U ND Comments Year (95%, k=2) (95%, k=2) Cycles % % 5 FAT % % 5 New calibration gases % % % % % % % % % % % % % % 10 New calibration gases 18

19 NORSOK I-104: Krav til kalibrering Daglig eller ukentlig kalibrering Sum unormalisert mol% innenfor gitte grenser (100% +/- 1% evt. 2%) Kontroll av endring i responsfaktor (RF) og retensjonstid (RT) Akseptkriterier i forhold til aktuell kalibreringsgass Automatisk benchmark kalibrering (Responsfaktorer oppdateres ikke) Automatisk kalibrering med justering (Responsfaktorer oppdateres) Dokumentasjon/Lagring av kalibreringsdata, f.eks. RT, peak height, peak width, peak area, RF, unormalisert og normalisert sum mol% 19

20 Krav til drift og oppfølging Verifikasjon av autokalibrering Kontroll av bæregass, nivå, trykk, flowrate Kontroll av kalibreringsgass, fyllingsgrad, trykk, representativitet Analyse av kalibreringsgass før den tas i bruk Sjekk av kromatogram Kontroll av endring i responsfaktor (RF) og evt. retensjonstid (RT) - dokumentasjon av kalibrerings historikk - RF endring, akseptgrenser (f.eks 5%) - evt. komponentspesifikke toleransegrenser Kontroll av filtre, er prøven representativ? Temperatur i samplelinje (min. 10 C over HCDP) Kontrollberegning av gasskvalitets parametere iht. ISO-6976, kalkulasjonsnøyaktighet <+/- 0,001% 20

21 Oppfølgingsparametre 1. Retensjonstider (RT) 2. Responsfaktorer (RF) 3. Atmosfæretrykk 4. Unormalisert sum mol % 5. Kalkulert densitet vs. målt densitet 6. Kalkulert lydhastighet (VOS) vs. målt lydhastighet 7. Avvik mellom GCer ved duplisert system 8. Spotanalyser vs. online GC analyser 9. Avvik mellom GC analyser av samme gass på ulike lokasjoner 21

22 Oppfølging av kalibreringsdata Response factor for C 1 [Methane] % 48 8 % Response factor (RF) % 4 % 2 % 0 % -2 % -4 % -6 % Change RF Average last 10 RF Change 32-8 % aug aug aug se p se p okt okt nov nov des des jan jan jan % 22

23 Oppfølging av kalibreringsdata Response factor for nc 4 [normal-butane] 10 % 8 % 6 % 4 % 2 % 0 % -2 % -4 % -6 % -8 % -10 % RF Average last 10 RF Change Response factor (RF) Change

24 Oppfølging av kalibreringsdata Response factor for nc 5 [normal-pentane] 10 % 8 % 6 % 4 % 2 % 0 % -2 % -4 % -6 % -8 % -10 % RF Average last 10 RF Change Response factor (RF) Change

25 Oppfølging av kalibreringsdata Eksempel på brukte akseptgrenser for tillatt endring i RF, basert på statistisk behandling av historiske kalibreringsdata, typisk 3σ Komponen Mol % Maks. endr RF C % C % ic % nc % ic % nc % C % C % N % C % 25

26 Gasskomposisjon densitet og lydhastighet USM Densitetsmåler VOS ρ målt p T Deca ρ deca N 2,CO 2 GC 60 p T AGA-8 [ISO-12213] C 1,..C 6+,N 2,CO 2 ρ AGA

27 GC verifikasjon - densitet Målt densitet vs. kalkulert densitet [AGA-8 fra GC & Deca fra VOS] AGA-8 Målt densitet Deca [ kg/m3 ]

28 GC verifikasjon - densitet Densitet@VOS vs. AGA-8@GC 1 1,0 % 0,8 0,8 % 0,6 0,6 % 0,4 0,4 % 0,2 0,2 % Avvik ref. AGA-8 [kg/m 3 ] 0 0,0 % Avvik % -0,2-0,2 % -0,4-0,4 % -0,6-0,6 % -0,8-0,8 % -1-1,0 %

29 GC verifikasjon - lydhastighet VOS@GC vs. VOS@USM 1 1,0 % 0,8 0,8 % 0,6 0,6 % 0,4 0,4 % 0,2 0,2 % Avvik ref. USM [m/s] 0 0,0 % Avvik % -0,2-0,2 % -0,4-0,4 % -0,6-0,6 % -0,8-0,8 % -1-1,0 %

30 GC verifikasjon - komponenttracing CO 2 "peak" fra Kårstø@ :35 - "gjenfunnet" i Dornum@ :32 3 2,9 2,8 2,7 2,6 CO2 Kårstø mol % 2,5 2,4 CO2 ERF 2,3 2,2 2,1 2 09:00 09:05 09:10 09:15 09:20 09:25 09:30 09:35 09:40 09:45 09:50 09:55 10:00 30

31 GC verifikasjon - komponenttracing C1 "peak" fra Sleipner :09 - "gjenfunnet" i Easington : C1 SLR mol % C1 LRF :44 16:49 16:54 16:59 17:04 17:09 17:14 17:19 17:24 17:29 17:34 17:39 17:44 31

32 - Med norsk gass til Europa