21. YÜZYILDA DOĞALGAZ DEBİ ÖLÇÜMÜ
05 Ocak 2000 Dergi: Ocak-2000
Doğal gaz üreticileri ve taşıyıcıları arasındaki uzun vadeli anlaşmalar, arz-talep dengesine ve doğal gaz kaynaklarına göre yeniden düzenlendi, İş anlayışında yaşanan bu değişim, hassas, ekonomik ve zamanında gaz ölçümünü daha önemli bir hale getirdi.
Hassas gaz ölçümü; transfer hattındaki kontrol noktalarında işlemlerin adil bir biçimde gerçekleştirilmesi, gaz stoklarının ve dağıtımının etkin olarak idare edilmesi, envanterlerin kontrol edilmesi, hesaba katılmayan gaz miktarının minimize edilmesi, gaz transferinde yaşanabilecek anlaşmazlıkların önlenmesi ve müşteri memnuniyetinin sağlanması için, her zaman önem taşıyan bir konu olmuştur. Günümüzde ise, ölçüm bilgilerinin ekonomikliği ve uygunluğu da giderek önem kazanmaktadır. Taşıyıcıların, boru hatlarındaki işlemlerini optimize edebilmelerini ve hızlı bir şekilde değişen pazar şartlarına ayak uydurabilmelerini sağlamak amacıyla, gaz ölçüm bilgilerinin "anlık" olarak elde edilmesi gerekmektedir. Gaz ölçüm bilgilerinin elde edilmesinin maliyeti, ölçüm sistemlerinin kurulması ile ilgili yüksek yatırım maliyeti ve bu sistemlerin bakımı ve işler halde tutulması ile ilgili işletme maliyeti nedeniyle, üzerinde önemle durulması gereken bir husustur. Yüksek hacimsel debiler için, yeni bir gaz ölçüm istasyonunun kuruluş maliyeti I milyon dolar civarındadır. Günümüz pazar koşulları düşünüldüğünde, yatırım ve işletme maliyetlerinin beraberce düşünülerek minimize edilmesi gerekliliği ortadadır. Gaz iletim hatlarını işleten şirketlerin çoğu, işletme veya yatırım maliyetini azaltan yeni teknolojileri kullanarak, gaz ölçüm maliyetini kontrol altında tutmaya çalışmaktadırlar.
Rekabetçi doğal gaz pazarı gelişmeye devam ettikçe, ölçüm teknolojisindeki gelişmeler ve yenilikler de devam edecektir. Gaz ölçümü verilerinin elde edilmesini ve değerlendirilmesini ekonomik bir biçimde gerçekleştiren şirketlerin daha avantajlı bir konumda olacağı açıktır. Bu avantajın elde edilebilmesi için de, gaz ölçüm teknolojisinde yaşanan gelişmeler yakından takip edilmelidir.<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
Orifis Debi Ölçerler
Sayıları onbinlerle ifade edilen orifis debimetreler, Birleşik Devletler'deki doğalgaz iletim hatlarında kullanılan debimetrelerin %80'ini oluşturmaktadır. Bu nedenle, geleceğe bakarken bu ölçüm metodunun önemi gözardı edilmemelidir. "Olgunlaşmış" bir teknoloji olmasına rağmen, ilerlemelere ve gelişmelere halen ihtiyaç duyulmaktadır.
Yakın geçmişte yapılan çalışmalar, ölçümdeki sistematik hataların belirlenmesi ve elimine edilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Debimetreden önceki boru hattı konfigürasyonunun, orifis debimetrenin ölçüm hassasiyeti üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla Gaz Araştırma Enstitüsü'nde2 birçok çalışma yapılmıştır. Akış düzenleyicilerinin etkisi de oldukça detaylı bir biçimde çalışılmıştır. Akış düzenleyicisi, debimetrenin öncesindeki boru-hattı konfigürasyonunun neden olabileceği ters etkileri, en aza indirgemek amacıyla tasarlanmış olan, ve debi-metreden hemen önce yerleştirilen bir cihaz olarak tanımlanabilir (Şekil 1). Yakın geçmişte yapılan araştırma çalışmaları, ölçüm istasyonundaki tesisatın neden olduğu sistematik hatalar ile ilgili önemli bilgiler sağlamıştır. Farklı akış düzenleyicilerinin debimetrenin performansına olan etkisi ile ilgili de önemli çalışmalar yapılmıştır.
Orifis debimetreler ile ilgili diğer yenilikler büyük bir olasılıkla ikincil sistemlerle ilgili olacaktır : basınç ve sıcaklık sensörleri ile veri toplama ve depolama sistemleri. Mikrosensör ve mikroişlemci teknolojisi gelişmeye devam ettikçe, basınç ve sıcaklık transdüserleri ve veri toplama, depolama ve iletme sistemleri daha küçük, daha etkin ve daha ucuz olacaktır. Ölçüm sensörlerinin ve veri toplama, depolama ve iletme elektroniğinin tek bir modül içerisinde toplandığı entegre sistemler, sektörde geleceğin normunu oluşturacaktır. Gaz Makina-ları Araştırma Konsülü'nün3 desteğiyle geliştirilen yeni bir tasarım, sensör teknolojisindeki gelişmelerin orifis debimetrelerin konfigürasyonu ve performansına olan etkisini göstermek için, güzel bir örnek oluşturmaktadır. Yapılan yeni tasarım sayesinde orifiste oluşan basınç farkı, orifis levhasının içine yerleştirilmiş küçük sen-sörlerle ölçülmektedir. Konvansiyo-nel orifis debimetreler ile karşılaştırıldığında yeni tasarım, doğal gaz debisinde meydana gelen salınımlara çok daha hızlı ve hassas biçimde yanıt verebilmektedir.
Yaygın olarak kullanılmaya başlanmasa da, birkaç yeni orifis debimetre tasarımı daha pazara sunulmuştur. Bütün bu tasarımların ortak noktası, orifis levhasının merkezinde tek bir delik yerine, levha üzerinde birden fazla delik içermeleridir. Birden fazla delik kullanılmasının nedeni, debimetre-den önceki boru hattı konfigürasyonunun ölçüm üzerindeki olumsuz etkisini azaltmaktır.
Toplam debimetrelerin % 5-10'unu oluşturan türbin debimetreler, orifis debimetreler kadar gelişmiş olmasa da, Birleşik Devletler'de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla beraber, türbinmetreler üzerinde yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları da devam etmektedir. Türbinmetre üreticileri, rotor geometrisinde yapılan değişikliklerle ölçüm aralığını genişletmişler ve gelişmiş yatak malzemelerini kullanarak debimetre içerisindeki dönen parçaların aşınma dayanımını arttırmışlardır. Sistemdeki mikropro-sesörler ve modemler, debimetrenin kendi fonksiyonlarını sürekli olarak izlemesini sağlamaktadır. Benzer gelişmelerin önümüzdeki yıllarda da devam etmesi beklenmektedir.
Debi Ölçümünde Yeni Teknolojiler
Son yıllarda, ticari açıdan en yüksek başarıyı elde eden ultrasonik debi-metrelerle beraber (Şekil 2), birkaç adet yeni gaz ölçüm teknolojisi pazara sunulmuştur. Birleşik Devletler'de-ki kullanımı son beş yıl içerisinde yaygınlaşan, ve daha önceleri boruhattı işletmecileri tarafından kontrol amaçlı ölçümlerde kullanılan konvansiyo-nel ultrasonik debimetreler, "time-of-flight" ölçüm tekniğine dayanmaktadır. Ultrasonik gaz ölçüm teknolojisi popülerliğini arttırmaya devam etse de, halen gelişmekte olan bir teknolojidir. Debimetre üreticileri ve araştırmacılar, ultrasonik debimetrelerin performans karakteristiklerinin daha iyi anlaşılabilmesi için yaptıkları çalışmalarına devam etmektedir. Üreticiler bu ölçüm cihazlarının işletme karakteristikleri ile ilgili yeni bilgiler edindikçe, mevcut modellerini ve üretim tekniklerini de geliştirmektedirler. Sonuç olarak, gittikçe daha hassas modeller pazara sunulmaktadır. Bu geliştirme trendinin birkaç yıl daha devam etmesi beklenmektedir. Ultrasonik transdüserlerin tasarımı ve performansı, debimetrelerin kendi kendini izleme yeteneği ve debimetre gövdesinin üretim hassasiyeti üzerine yapılan çalışmalardan da olumlu sonuçlar alınacağı tahmin edilmektedir, iç kısmına entegre edilmiş akış düzenleyicileri ile çalışan ultrasonik debimetre tasarım çalışmaları da devam etmektedir. Akış düzenleyicisinin, debimetre gövdesi içerisindeki akış profilini şekillendirerek, hassas ölçüm yapabilmek için gerekli olan ultrasonik transdüser sayısını azaltması beklenmektedir. Bu metod, konvansiyonel ultrasonik debimetrelerden daha ucuz olan cihazların üretilmesini olanaklı kılacaktır. Günümüzde ultrasonik debimetre kullanıcılarının çoğu, ölçüm cihazını yerleştirmeden önce klasik yöntemle debimetrenin kalib-rasyonunu yapmayı tercih etmektedir. Bu yöntem sayesinde, boyutsal ölçümlerle ve statik kalibrasyonla giderilemeyen sistematik hatalar en aza indirilmektedir. Bu hatalar debimetrenin üretim süreci nedeniyle (boyutsal toleransların sağlanamaması) veya debimetre içerisinde bulunan elektronik zamanlama devresi nedeniyle oluşabilmektedir. Gelecekte, üretim toleranslarının daraltılması ve akış ile ultrasonik pulslar arasındaki etkileşimin daha iyi anlaşılması sayesinde, klasik kalibrasyon gereksinimi ortadan kalkacaktır. Sıvı akışının ölçülmesinde uzun zamandan beri kullanılmakta olan Coriolis metreler, gaz debisi ölçümünde alternatif bir teknoloji olarak henüz gündeme gelmiştir. Düz boru ve eğilmiş boru olmak üzere iki temel konfigürasyona sahiptirler.
Yüksek basınç ve düşük hacimsel debi uygulamaları Coriolis debiölçerler için ideal gözükmektedir. Birleşik Devletler'de kurulu olarak çok fazla sayıda bulunmamakla beraber, Coriolis gaz debimetreleri üzerine yapılan araştırma çalışmaları Amerika, Kanada ve Avustralya gibi ülkelerde devam etmektedir. Bu metodların dışında, birkaç alternatif ölçüm teknolojisi de halen geliştirilme aşamasındadır. Bu çalışmalar içerisinde en çok kayda değer olanı, laser temelli optik ölçme metodudur ve bugüne kadar bu metodu kullanan iki farklı teknoloji önerilmiştir. Bunlardan ilki, boruhattı içerisindeki akış alanını belirlemek için holografik bir yaklaşım kullanmaktadır, diğer metod ise, boru kesitinde birçok ayrık noktada gaz hızının mik-rolaser - Doppler hız ölçerleri ile belirlenmesine dayanmaktadır. Her iki metod da kullanım kolaylığı sağlamakta ve göreceli olarak ucuz kompo-nentler kullandığı için, daha ekonomik çözümler sunmaktadır. Bununla beraber, akış alanını diğer metodlara göre daha detaylı olarak belirleyebildikleri için, akış alanında çeşitli nedenlerle bozulmalar meydana gelse bile, debiyi yüksek hassasiyette ölçebilmektedirler.
Gaz bileşiminin ve ısıl değerinin belirlenmesi için, gaz kromatografisine daha ucuz alternatifler sağlayabilecek teknolojilerin pazara sunulması da, çok uzak olmayan bir gelişme olarak gözükmektedir. Doğal gaz, birim zamanda sağlanan enerji (Btu/h) üzerinden alınıp satılmaktadır. Tarihsel açıdan bakıldığında enerji akışının, akış debisinin ve ısıl değerin ayrı ayrı ölçülmesi ve sonradan birleştirilmesiyle belirlendiği görülebilir. Isıl değer, gaz kromatografisi ile yapılan kimyasal analiz sonucunda belirlenebil-mektedir.
U.S. Enerji Departmanı tarafından fi-nansal olarak desteklenen bir çalışma, bir kaç adet enerji akışı ölçüm metodunu gözden geçirmiş ve doğal gaz bileşiminin az sayıda parametrenin ölçümüyle (ses hızı, C02 konsantrasyonu, N2 konsantrasyonu vb) hassas bir biçimde elde edilebileceğini ortaya koymuştur.
Bu sonuç, kısmi olarak daha önce Gaz Araştırma Enstitüsü tarafından desteklenen ve doğal gaz karışımları için, yeni bir hal denkleminin araştırılması amacıyla yapılan başka bir çalışmaya dayandırılmıştır. Bu yaklaşım, kon-vansiyonel gaz kromatografisinden çok daha ekonomik olarak uygulanabilmektedir.
Debimetre, gaz ölçüm verilerini sağlayan sistemin yalnızca bir parçasıdır. Debimetreye ek olarak, ikincil enstrü-mentasyon (basınç ve sıcaklık sensör-leri, yoğunluk ölçerler, gaz kromatog-rafları vb.) destekleyici ölçümler yapmaktadır ve bu ekipmanlara ek olarak: ölçülen verilerin kaydedilmesini, depolanmasını, ve iletilmesini sağlayan veri toplama ve iletme sistemine ve şirket içerisinde veri paylaşımını sağlayacak bir bilgisayar ağına ihtiyaç duyulmaktadır. Sistem bazında gerçekleşecek olan gelişmelerin, gaz ölçüm bilgilerinin dağıtımını hızlandıracağı kesindir.
Bununla beraber, ölçüm hassasiyetini arttırmak, ölçüm verilerinin transferini / dağıtımını hızlandırmak ve ölçüm ekipmanının kendi kendini izleme yeteneğini geliştirmek için, ölçüm sistemlerine yerleştirilen mikroprose-sörlerin daha yaygın olarak kullanılması da beklenebilir. Arttırılmış bilgi kullanılabilirliğinin potansiyel yararlarından birisi, ölçüm verilerinin hem gaz taşıyıcısına hem de taşıyıcının müşterisine sağlıklı olarak ulaştırılabilmesidir. Bu durum, taşıyıcı ve müşteri arasındaki olası anlaşmazlıkları ve kontrol amacıyla kullanılan ölçüm sistemlerinin sayısını azaltacaktır. Gaz iletim ağında ölçümlerin göreceli olarak az noktada yapılması, boruhatlarındaki gaz ölçümlerinde sınırlayıcı bir etkendir. Ölçümler sadece belirlenmiş gözleme istasyonlarında veya kompresör istasyonu gibi belirli merkezlerde yapılmaktadır ve ölçüm noktaları birbirinden kilometrelerce uzakta olabilir. Sahada yapılan ölçümleri desteklemek ve ölçüm noktaları arasında bo-ruhattındaki gaz akışını daha iyi anlayabilmek için, gaz iletim şirketleri, bilgisayar modelleme tekniklerini kullanmaktadır. Bilgisayar modelleri bo-ruhattındaki gaz akışını sayısal modelleme yöntemlerini kullanarak si-müle etmektedir. Sahada toplanan veriler, bilgisayar modelinin sınır şartları olarak kullanılmaktadır. Bilgisayar modelinin sağladığı ek bilgiler, boruhattı operatörlerinin işletim verimini arttırmasını, işletme maliyetini azaltmasını, ve güvenli işletimi sağlayacaktır.
Boru hattı simülasyon kodlarının zaman içerisinde gelişimlerini sürdürmeleri ve böylelikle kullanımlarının da yaygınlaşması beklenmektedir. Gaz ölçümünün bir diğer kritik taralı, endüstriyel standardizasyondur. Ölçüm ekipmanlarının standardizasyo-nu, ekipman maliyetlerini minimize etmeyi, donanımın ve yazılımın kolaylıkla değiştirilebilmesini ve bilginin gaz üreticileri, taşıyıcıları ve kullanıcıları arasında paylaşımını sağlayacaktır.
Yeni Teknolojilerin Ekonomik Etkisi
Yeni gaz ölçüm teknolojilerinin ekonomik etkisi, direkt yararların yanında indirekt yararların da bulunması nedeniyle, sayısal olarak ifade edilmesi zor bir büyüklüktür. Bununla beraber, eyaletler arasında gaz iletim hattı işleten 10 adet şirket üzerinde GRİ tarafından yapılan araştırma neticesinde, 1997-2005 döneminde, GRİ tarafından desteklenen araştırma ve geliştirme çalışmalarından yıllık olarak 14 milyon dolarlık bir yarar elde edileceği bulunmuştur. Bu araştırmanın sonuçları tüm sektörün elde edeceği faydayı yansıtmasa da, teknolojik gelişmeyle elde edilen yararların çok daha büyük miktarlara ulaşması beklenmektedir.
Yazan EDGAR C.BOVVLES, JR. Çeviren: EMRE OĞUZ