measurement of gas properties eon (uniper energy maasvlakte) · measurement of gas properties @ eon...
TRANSCRIPT
Measurement of Gas properties @
EOn (Uniper Energy Maasvlakte)
Rotterdam Nov 1st 2016 ASaP
Mike Beer
De Aanvraag
• De behoefte van EOnMeten van inkomende aardgasstroom voor de gas turbines
Op samenstelingOp gasproperties oa Wobbe
• Waarom• Optimaal rendement van de gas turbines • Het cross-checken van inkomende data van GTS • Het voorbereid zijn op hoger H2 content van het geleverde
aardgas• Voorbereid zijn op eventuele verandering van samenstelling
van het standard gas naar een nieuwe samenstelling door LNG dosering en levering van niet “Slochteren” gas
De eisen
• Snelle Wobbe meting < 10 Sec• Gas samenstelling incl H2 meting • Zo min mogelijk utilities • Accuraat • Betrouwbaar • Kosten en Service
De keuze van apparatuur• Orbital GAS PT -2 voor een snelle Wobbe meting
• ABB NGC 8206 voor meting van de samenstelling van het gas C1 – C6+ CO2 Air en H2
:• 1 take off punt , retractable probe met
een gecombineerd sample systeem samengebouwd in een cabinet
Take off Systeem• Retractable Probe
• Vortex elimination design (wokkel)• Zeer klein intern volume • Interne verdamper reduceer ( verwarmd)
De “Gas Property” meting • Orbital GAS PT 2
• Snel• Accuraat • No utility gasses• Kleine footprint • Bijna geen onderhoud
Welke Properties
Gross Calorific Value (HHV) Net Calorific Value (LHV)
Relative Density Gas Sample Pressure
Wobbe Index Gas Sample Temperature
Gas Density Speed of Sound
Compressibility Factor Z Motor Octane Number
Methane Number Measured Carbon Dioxide
Effective Methane, Ethane, Propane Inferred Nitrogen
Hoe meet de GASPT-2 GasPT2 meet principe
• Speed of Sound – Acoustic Resonator• Thermal Conductivity – TCD Sensor• Carbon Dioxide – NDIR Principle
• Calibration gassen worden gebruikt om de “the response” van elkeindividuele detector te bepalen
• Een Algorithms wordt hiermee bepaald en in de GASPT -2 geladen
• De gecombineerde 3 metingen bepalen mathematisch een 4 component pseudo compositie van het aardgas bestaande uit :
• Methaan , Ethaan Propaan, Stikstof• CO2
Principle of Operation
Speed of Sound Correlation
Speed of Sound correlates strongly to molecular weight of gas
Principle of Operation
Correlation using Thermal Conductivity
Thermal conductivity distinguishes between hydrocarbons and Inerts
Theoretical Analysis Gas Interchangeability
All hydrocarbons typically found in a natural gas can be represented by a mix of effective methane (CH4’), effective ethane (C2H6’) and effective propane (C3H8’) that yield the same number of carbon and hydrogen atoms.
1C4H10 = C2H6 + C3H8 – CH4
(1 mol. Butane = 1 mol. Ethane + 1 mol. Propane - 1 mol. Methane)2C5H12 = 2C2H6 + 3C3H8 – 3CH4
(2 mols. Pentane = 2 mols. Ethane + 3 mols. Propane – 3 mols. Methane)
C6H14 = 3C3H8 – CH4 – C2H6
(1 mol. Hexane = 3 mols. Propane – 1 mol. Methane – 1 mol. Ethane)
Examples :
Calculation of an inferred gas composition
Ref gas CV=38.731 MJ/m3
Inferred Gas CV=38.725 MJ/m3
Ref Gas CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 CO2 N2 Total94.451 3.11 0.512 0.198 0.17 0 0.647 0.912 100
Effective Methane Effective Ethane Effective PropaneMethane 1.0 94.451 94.451 0.0 94.451 0 0.0 94.451 0Ethane 0.0 3.11 0 1.0 3.11 3.11 0.0 3.11 0
Propane 0.0 0.512 0 0.0 0.512 0 1.0 0.512 0.512Butane -1.0 0.198 -0.198 1.0 0.198 0.198 1.0 0.198 0.198Pentane -1.5 0.17 -0.255 1.0 0.17 0.17 1.5 0.17 0.255Hexane -1.0 0 0 -1.0 0 0 3.0 0 0
93.998 3.478 0.965
Pseudo Gas CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 CO2 N2 Total93.998 3.478 0.965 0 0 0 0.647 0.912 100
Property Calculations
Physical PropertyCalculations
11Components
5Components
ΔDifference
Compressibility @ 15 OC 0.9978 0.9978 0.0000
Density @ 0 OC 0.7646 0.7646 0.0000
Relative Density @ 15 OC 0.5912 0.5912 0.0000
Gross CV @ 15 OC 38.7309 38.7334 -0.0025
Net CV @ 15 OC 34.9209 34.9234 -0.0025
Sooting Index 0.5130 0.5131 -0.0001
ICF -0.1434 -0.1414 -0.0020
Wobbe @ 15 OC 50.3722 50.3755 -0.0033
Operational SpecificationSensor Unit ambient or sample gas temperatureSafety Interface ambient temperature
-20 to +55 DegC-20 to +50 DegC
Max. pressure 4.3 psig (~300mbar)
Humidity Non-condensing
Sample gas flowrate 0.5 to 2.0 l/min
Analysis Time Instrument Update < 2 sec
ATEX, IECEx and CSA approvals Probes suitable for NG in Zone 1 and Zone 2 hazardous areas
Accuracy Better than ± 0.3% error on CV and Wobbe measured value
Repeatability CV and Wobbe ± 0.04MJ/m3 (1.07Btu/ft3) at Amb. Temperature
Power requirement 24 Vdc @ 250 mA (trimmed to 23Vdc)
Operational range and limits
• Methane 50 - 100 %• Ethane 0 - 12.0 %• Propane 0 - 7.0 %• iso-Butane 0 - 1.0 %• n-Butane 0 - 1.0 %• iso-Pentane 0 - 0.5 %• n-Pentane 0 - 0.5%• C6+ Total 0 - 0.5 %• Carbon Dioxide 0 - 20 % • Nitrogen 0 - 20.0 %• H2S < 5ppm• He < 0.5%• O2 and H2 Low levels only• H2O Dry, non-condensing
De Gas-Chromatograaf • ABB NGC 8206
Dubbele Unit ( Master Slave configuratie )3 analytische treinen
2 treinen voor C1 C6+ CO2 en Air 1 trein voor meting van H2
• Cycle Time : 300 Sec
• Bepaling gas-samenstelling • Berekening van gas properties ( Wobbe HHv LHV berekende
waardes)
• Utilities , • calibratie fles N2 en He ( 2 x 200 Bar 1 year operation)
• Output in Modbus ( TCP/IP )
NGC Analyse
• C3 – Propane• N2 – Nitrogen• C1 – Methane• CO2 – Carbon Dioxide• C2 - Ethane• IC4 – Iso Butane• NC4 – Normal Butane• NeoC5 – Neo-Pentane• IC5 – Iso-Pentane• NC5 – Normal Pentane• C6+ - Hexane• H2 - Hydrogen
NGC Analysis nauwkeurgheid
• +/- 0.125 Btu ambient• +/- 0.25 Btu over range of -200 C – 550 C• Reliable operation from -400 C – 550 C• 5 ppm minimum detection on NC5 and CO2
Het Beoogde Resultaat • EO-n is op de toekomst voorbereid !• De GAS-PT-2 meet snel ,binnen de bandbreedte van het geleverde
gas, zoals verwacht en vereist.• De NGC bepaald de gassamenstelling en kan als back-up unit
gebruikt worden indien de PT-2 faalt.• Perfect onderling vergelijk , twee verschillende meetprincipes
leveren eenzelfde meetwaarde.