Medición del flujo de gas natural mediante medidores de flujo másico térmico

Medidores de flujo de gas natural: una guía práctica para la medición de masa térmica, vórtice y efecto Coriolis.

Respuesta rápida

Los caudalímetros térmicos de masa son la tecnología más utilizada para la medición de gas natural en tuberías industriales y de servicios públicos de DN15 a DN300 (de 1/2 pulgada a 12 pulgadas), ya que miden el caudal másico directamente y evitan la compensación de temperatura y presión que requieren los caudalímetros volumétricos. Silver Automation Instruments ofrece los modelos SRK-100 (de inserción) y SRK-DL (en línea), ambos con salida de 4-20 mA, HART y RS485 Modbus RTU. Para líneas de transmisión de alta presión, transferencia de custodia o diámetros muy grandes, los caudalímetros de vórtice o Coriolis suelen ser la mejor opción.

La demanda de gas natural sigue aumentando y la precisión de las mediciones cobra mayor importancia.

La demanda mundial de gas natural creció cerca de un 2,8 % en 2024, para luego desacelerarse a menos del 1 % en 2025 debido a los altos precios al contado del GNL y la menor actividad industrial, factores que afectaron el consumo en Asia. Se espera que el crecimiento se reactive en 2026, con la Agencia Internacional de Energía proyectando un aumento de la demanda cercano al 2 % a medida que entre en funcionamiento el nuevo suministro de GNL procedente de Estados Unidos, Canadá y Qatar. Se prevé que los mercados de Asia-Pacífico representen aproximadamente la mitad de ese crecimiento.

Oriente Medio ha seguido una trayectoria diferente. El consumo de gas en el sector eléctrico ha aumentado rápidamente a medida que las empresas de servicios públicos abandonan el petróleo para la generación de electricidad. Este cambio, por sí solo, abre la puerta a nuevos puntos de medición en turbinas de gas, estaciones compresoras y colectores de distribución.

Para los compradores de medidores de flujo, esto se reduce a un hecho práctico. Ya sea que la demanda nacional de gas esté aumentando o se mantenga estable, el número de puntos de medición individuales, en cabezales de pozos, estaciones de entrada de ciudades, calderas industriales y digestores de biogás, sigue creciendo. Obtener el selección de medidor En cada punto, hacerlo bien a la primera evita costosos retrabajos posteriores.

Dónde se utilizan los medidores de flujo de gas natural

Los medidores de flujo de gas están presentes en toda la cadena de valor del gas natural. La medición de energía y la transferencia de custodia se ubican en un extremo. El control de procesos en hornos, calderas y motores de gas se sitúa en el medio. El monitoreo ambiental, las estaciones de servicio de GNC y GNL, y los bancos de pruebas de laboratorio o planta piloto completan la lista. Dado que la tecnología de medición adecuada depende en gran medida de la ubicación del punto de medición en dicha cadena, elegir un medidor simplemente porque el fluido sea gas natural rara vez es suficiente.

Tipos comunes de medidores de flujo de gas natural

Los fabricantes de caudalímetros de China, entre ellos Silver Automation Instruments, construyen varios diferentes tecnologías de contadores de gas Para aplicaciones de gas natural. Cada una se adapta a un rango de presión, tamaño de tubería y presupuesto diferentes.

• Caudalímetros de raíz de gas (desplazamiento positivo): gran precisión a baja presión, habituales en líneas de gas residenciales y comerciales ligeras.
• Caudalímetros para turbinas de gas: una solución idónea para la transferencia de custodia de gas limpio y seco a caudales bastante constantes.
• Caudalímetros de vórtice, de tipo estándar y de vórtice espiral: no tienen piezas móviles, funcionan en un amplio rango de caudal y toleran ciertas fluctuaciones de presión y temperatura.
• Los medidores de placa de orificio combinados con transmisores de presión diferencial siguen siendo comunes en las líneas de transmisión más antiguas, pero requieren un tramo largo de tubería recta y crean una caída de presión permanente.
• Caudalímetros térmicos de flujo másico: miden el flujo másico directamente, son los más adecuados para líneas de baja y media presión y velocidades de flujo bajas.

Esta guía se centra principalmente en los caudalímetros térmicos de masa, ya que es ahí donde suelen concentrarse la mayoría de las preguntas técnicas de los ingenieros del sudeste asiático, Oriente Medio y África.

Caudal volumétrico frente a caudal másico para el gas natural.

La medición del gas natural se divide en dos enfoques básicos: caudal volumétrico y caudal másico. Los caudalímetros volumétricos, entre los que se incluyen los de turbina y los de orificio, informan un valor en m³/h o pies cúbicos estándar por hora en las condiciones reales de la línea. El gas es compresible, por lo que su volumen varía con la temperatura y la presión, y requiere una compensación externa para volver a una condición de referencia estándar antes de que sea realmente útil.

Unidades de flujo másico para la medición de gas natural

El caudal másico elimina por completo ese problema. Un kilogramo de gas es un kilogramo de gas, independientemente de la presión o la temperatura en ese momento. Esa es la razón principal por la que los caudalímetros térmicos de masa se han popularizado para la medición de gas natural en las últimas dos décadas, especialmente en las plantas de biogás.

¿Qué es el gas natural y por qué su composición es importante para su medición?

El gas natural se compone principalmente de metano, generalmente con pequeñas cantidades de etano y otros alcanos ligeros mezclados. Es inflamable y, según su origen, puede contener sulfuro de hidrógeno u otros compuestos de azufre. Esta combinación explica por qué los equipos de medición de gas para gas natural casi siempre requieren una certificación ATEX, IECEx o equivalente para áreas peligrosas.

Las unidades de medida también varían según la región. En Estados Unidos, los volúmenes de gas suelen expresarse en pies cúbicos estándar, con una presión de 14,73 psia y una temperatura de 60 °F. En la mayor parte del resto del mundo se utilizan metros cúbicos normales, con una presión de 101,325 kPa y una temperatura de 0 °C. El poder calorífico típico ronda los 10,8 kWh por metro cúbico normal, o aproximadamente 1000 BTU por pie cúbico estándar, aunque este valor varía según la composición del gas.

Este último punto es especialmente importante para los medidores térmicos. Un sensor calibrado para una composición de gas determinada arroja lecturas diferentes con una mezcla que presenta un equilibrio distinto de metano, etano, nitrógeno o CO2. Si la composición del gas de suministro varía según la estación o el yacimiento, informe a su proveedor de medidores de flujo antes de realizar el pedido, no después de que el medidor ya esté soldado a la tubería.

Cómo funcionan los caudalímetros térmicos de masa en el gas natural

A medidor de flujo másico térmico Utiliza dos sensores de temperatura: uno calentado y otro de referencia. El gas que pasa por el sensor calentado disipa el calor a una velocidad que depende del caudal másico y de las propiedades térmicas del gas. La electrónica del medidor convierte esa velocidad de enfriamiento en una lectura directa del caudal másico, en kg/h o Nm³/h, sin necesidad de un transmisor de presión, un transmisor de temperatura ni un computador de flujo que trabajen conjuntamente para calcular la masa a partir del volumen.

Esa es la principal ventaja sobre las placas de orificio y los caudalímetros de turbina, que requieren compensación externa para alcanzar un valor de masa o volumen estándar utilizable.

Ventajas de los caudalímetros térmicos másicos para gas natural

• Lectura directa del caudal másico, sin necesidad de un circuito de compensación de temperatura o presión independiente.
• Amplia relación de modulación, a menudo de 100:1 o mejor, útil en líneas con carga variable, como el gas de alimentación de calderas.
• Menor caída de presión permanente que con las placas de orificio, lo que reduce los costos de compresión o bombeo.
• Instalación sencilla. Las unidades de inserción como la SRK-100 se pueden instalar a través de una toma en caliente sin necesidad de cerrar completamente la línea.
• Bajo consumo de energía, lo cual es importante en pozos remotos o plantas de biogás que funcionan con energía solar o baterías.
• Lo suficientemente sensible como para detectar caudales bajos que los medidores de orificio y de turbina tienden a pasar por alto o a registrar de forma incorrecta.
• Salida estándar de 4-20 mA con HART y RS485 Modbus RTU disponible en la mayoría de los modelos para integración SCADA.

Limitaciones y qué comprobar antes de elegir un medidor térmico.

Los caudalímetros térmicos de masa no son la solución adecuada para todas las aplicaciones de gas natural, y preferimos decirlo desde el principio a que un cliente lo descubra por las malas seis meses después de la puesta en marcha.

• Sensibilidad a la composición del gas. La calibración es específica para cada gas. Si su mezcla de gases varía mucho, consulte sobre la calibración para múltiples gases o el ajuste en campo antes de realizar su pedido.
• No para GNL criogénico Los medidores térmicos miden el flujo en fase gaseosa. No están diseñados para GNL en estado líquido, sino únicamente para líneas de vapor aguas abajo de un vaporizador.
• Condensación y acumulación de líquido. El gas húmedo o sucio puede recubrir el sensor y distorsionar las lecturas con el tiempo. Un flujo que transporta condensado con regularidad generalmente requiere un separador aguas arriba o una tecnología de medición completamente diferente.
• Límites de transferencia de custodia. Para medición fiscal y tuberías de transmisión de alta presión, turbina o medidores de Coriolis Son la opción más consolidada según la mayoría de las normas nacionales de metrología. Los medidores térmicos se adaptan mejor a la medición de procesos y servicios públicos que a la transferencia de custodia.
• Mantenimiento programado. El sensor debe revisarse y limpiarse periódicamente, generalmente cada 6 a 12 meses, dependiendo de la pureza del gas, para mantener su precisión nominal a lo largo del tiempo.

Especificaciones de los caudalímetros térmicos másicos SRK-100 y SRK-DL

La tabla a continuación enumera los parámetros que los ingenieros suelen preguntar primero cuando están preseleccionando un medidor de gas. Envíenos sus condiciones de proceso, tamaño de tubería, presión, temperatura y composición del gas, y confirmaremos las cifras exactas con respecto al SRK-100 actual y SRK-DL Consulte las hojas de datos antes de realizar su pedido.

Térmica vs. Vórtice vs. Coriolis para aplicaciones de gas natural

Los medidores de vórtice, como la serie STLU, manejan gases a mayor presión y velocidad que los medidores térmicos, y muchas plantas los utilizan con aire comprimido y vapor junto con gas natural, lo que simplifica la planificación de repuestos en toda la instalación.

Los medidores Coriolis ofrecen mayor precisión en cuanto a presión y repetibilidad. Sin embargo, la densidad que suelen indicar se aplica a líquidos, no a gases, por lo que no aporta un valor real en una línea de gas natural. Para la mayoría de los puntos de medición de gas de proceso y de uso general a baja presión, por debajo de aproximadamente 10 bar (145 psi), los medidores térmicos siguen siendo la opción más rentable.

Notas de aplicación regional

En el sudeste asiático, las fábricas de aceite de palma y las plantas procesadoras de alimentos que utilizan digestores de biogás se encuentran entre las fuentes más constantes de consultas sobre medidores térmicos que observamos, generalmente en líneas con una presión inferior a 5 bares que alimentan una caldera o un motor de gas.
En Oriente Medio, el gas asociado procedente de la producción de petróleo y la dosificación de gas combustible en las turbinas impulsan gran parte de la demanda, a menudo acompañada de una solicitud de carcasas con certificación ATEX o IECEx.

Las empresas de servicios públicos y los productores independientes de energía africanos nos preguntan con bastante frecuencia sobre la recuperación de gas de antorcha y la medición de GLP, generalmente vinculadas a los objetivos de reducción de emisiones más que a la facturación fiscal.

En Sudamérica, la medición del gas de las calderas industriales en las plantas de proceso es el denominador común, y con frecuencia se realiza mediante una conexión en caliente a las líneas existentes para evitar una parada del servicio.

En Australia y Nueva Zelanda, los emplazamientos mineros que utilizan grupos electrógenos de gas y las plantas satélite de GNL remotas son los que más se mencionan, ya que el bajo consumo energético y la salida RS485 para SCADA son factores importantes.

Un caso típico de selección

No se trata de un archivo de cliente específico, sino de un patrón que observamos con la suficiente frecuencia como para justificar su análisis. Un digestor de biogás que alimenta un motor de gas necesita medir el flujo de biogás crudo antes de que entre en un depurador. El diámetro de la tubería es de aproximadamente DN80 (3 pulgadas), la presión es baja, inferior a 0,5 bar, y la composición del gas incluye metano junto con cantidades significativas de CO2 y humedad.

En la práctica, las placas de orificio presentan dificultades en este caso, ya que la señal de presión diferencial a bajo caudal se pierde entre el ruido, y la humedad ensucia las tuberías de derivación con el tiempo. Un medidor térmico de inserción como el SRK-100 funciona bien a baja presión y baja velocidad, siempre que se verifique el nivel de humedad con respecto a la tolerancia nominal del sensor y se añada un filtro coalescente aguas arriba si se sabe que existe condensación. Hemos asesorado a varios clientes sobre esta disyuntiva antes de finalizar un pedido, y generalmente la decisión se reduce al grado de humedad del gas en ese lugar específico.

Obtenga ayuda para dimensionar un medidor de flujo de gas natural.

Envíenos los parámetros de su proceso y le recomendaremos la tecnología y el tamaño de medidor adecuados para su línea, junto con un presupuesto. Incluya:

• Tamaño de la tubería (DN o NPS/pulgada)
• Presión de línea (bar o PSI)
• Temperatura del gas (°C o °F)
• Rango de caudal previsto (kg/h o Nm³/h)
• Composición del gas, incluyendo cualquier contenido de CO2, H2S o humedad.
• Clasificación de zonas peligrosas, si procede (Zona ATEX, IECEx o ninguna)

Correo electrónico sales@silverinstruments.com Con estos detalles, o envíenos la hoja de datos o el diagrama P&ID de la línea y la dimensionaremos directamente.