Measurement of Gas properties EOn (Uniper Energy Maasvlakte) · Measurement of Gas properties @ EOn...

21
Measurement of Gas properties @ EOn (Uniper Energy Maasvlakte) Rotterdam Nov 1 st 2016 ASaP Mike Beer

Transcript of Measurement of Gas properties EOn (Uniper Energy Maasvlakte) · Measurement of Gas properties @ EOn...

Measurement of Gas properties @

EOn (Uniper Energy Maasvlakte)

Rotterdam Nov 1st 2016 ASaP

Mike Beer

Wedstrijd van vanavond • LIVE"Zorya vs Feyenoord 03/11/2016 “

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

GAS PT P & ID

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.