ENSAIOS EM COMPUTADORES DE VAZÃO:

Testes em computadores de fluxo: verificação de precisão em condições estáticas e dinâmicas / Lincoln de Araujo Sperandio Nogueira. TÍTULO DO TRABALHO: Testes em computadores de fluxo: verificação de precisão em condições estáticas e dinâmicas.

1 INTRODUÇÃO

A Metrologia e a Exploração de Petróleo
Objetivos
Justificativa
Metodologia
Estrutura do texto

A pesquisa proposta é classificada como quantitativa em termos de abordagem, pois visa determinar numericamente o desempenho de computadores de fluxo. O segundo capítulo descreve o papel dos computadores de fluxo na medição de petróleo, a justificativa do trabalho e sua metodologia.

2 MEDIÇÃO DE PETRÓLEO EM LINHA E COMPUTADORES DE VAZÃO

Ensaios Normatizados de Computadores de Vazão

A segunda abordagem consiste na verificação individual dos componentes utilizados para conversão de volume, o que significa que o computador de vazão deve ser testado separadamente dos instrumentos do processo. O RT dos computadores de fluxo também prevê o erro máximo permitido para os fatores de correção de temperatura (CTL) e pressão (CPL) individualmente.

A Evolução do Algoritmo Para Conversão de Volume das Condições de Medição Para a Condição de Base

Ao contrário das tabelas de correção de temperatura, as tabelas de compressibilidade formaram a base do padrão, e não as equações subjacentes. Como as tabelas de 1980 foram estabelecidas de acordo com o padrão antigo, foi necessário fazer ajustes nos procedimentos de implementação.

3 SISTEMAS ELETRÔNICOS PARA MEDIÇÃO DE LÍQUIDO

Arquitetura de Sistemas de Medição de Líquido
Algoritmos Para Totalização de Volumes de Líquido
Verificando os Volumes Calculados em Tempo Real por Computadores de Vazão Dispositivos eletrônicos para computação de vazão apresentam problemas únicos quando são
Limites das Entradas dos Algoritmos de Cálculo de Fatores de Correção

Fatores de correção de fluido são aplicados para corrigir a gravidade específica do fluido devido às diferenças de temperatura e pressão entre as condições operacionais e de base. Para calcular o ISV, volume equivalente no estado base, devem ser utilizados algoritmos específicos para calcular os fatores de correção de temperatura e pressão, que são definidos pela API 11.1.

4 PREPARATIVOS PARA REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS

Desenvolvimento de Plataforma Para Realização de Ensaios Dinâmicos

O sistema de controle em tempo real contém um loop de alta prioridade que opera de forma determinística em um intervalo de tempo igual ao tempo de amostragem configurado pelo usuário no sistema de vigilância. Na tela do sistema de monitoramento o usuário deve selecionar o arquivo texto contendo os valores dos sinais a serem gerados. O sistema de vigilância é executado em um computador Windows com comunicação Ethernet com os computadores de fluxo e o controlador cRIO.

O sistema de controle em tempo real é executado no processador em tempo real do controlador e no gerador de pulsos no chip FPGA do controlador cRIO. O sistema de monitoramento possui um loop de alta prioridade que é responsável por enviar os valores dos sinais aos computadores de vazão ao longo do teste. O sistema de controle também possui um loop de alta prioridade que recebe os valores, atualiza os sinais atuais e envia ao chip FPGA a quantidade de pulsos a serem gerados no próximo ciclo.

Para minimizar atrasos na comunicação, a malha do sistema de controle mantém um buffer de valores configurável com os próximos valores de temperatura, pressão e pulso a serem gerados. Um loop de prioridade normal no sistema de controle em tempo real é responsável por enviar informações sobre a execução do teste de volta ao sistema de monitoramento, possibilitando o monitoramento de parâmetros importantes na tela do sistema. Em todos os testes, o contador de pulsos MicroCal contou com precisão o número de pulsos enviados, permitindo a validação do sistema de geração de pulsos.

Canal 0 kPa 625 kPa 1250 kPa 1875 kPa 3500 kPa Canal 1 0,302 kPa 0,107 kPa 0,347 kPa 0,190 kPa 0,324 kPa

Procedimentos Para Realização de Ensaios Dinâmicos e Estáticos

Os valores medidos pelos computadores de vazão foram obtidos através da leitura de seus painéis indicadores ou software de configuração. Os erros máximos foram calculados conforme Equação (10) e representam a diferença entre o valor que se pretende enviar aos computadores de vazão e o valor efetivamente lido pelo equipamento. Os erros nas variáveis indicadas pelos computadores de fluxo foram maiores que os erros de geração atual nos canais NI dados na Tabela 9.

Desta forma, há confiança de que os resultados dos testes refletirão o comportamento real dos computadores de fluxo. A lista de variáveis enviadas aos computadores de vazão e os respectivos tipos de sinais estão resumidos na Tabela 12. Posteriormente foram realizados testes específicos para verificar a faixa de massa específica onde os computadores de vazão são realmente capazes de operar.

Desta forma garante-se que os sinais elétricos gerados para os testes possuem dinâmica compatível com as reais condições de funcionamento dos computadores de vazão. Para este trabalho foram disponibilizados dois computadores de vazão de fabricantes diferentes e conectados à plataforma de testes, conforme mostrado na figura. Figura 25, que tenta principalmente mostrar como as saídas de corrente e pulso da plataforma de testes foram conectadas às entradas dos computadores de vazão.

5 ENSAIOS REALIZADOS

Execução e Resultados dos Testes Dinâmicos

Para o computador de fluxo A, o erro máximo entre os resultados do teste dinâmico/estático e a referência (EM Ref) foi calculado usando a equação (16) e a equação (17. Verificou-se que o computador de fluxo A não utilizou arredondamento nas medições de temperatura e pressão , enquanto o computador de fluxo B seguiu as regras de arredondamento mostradas na Tabela 4. Embora os erros entre os testes dinâmicos e estáticos do computador de fluxo B tenham sido inferiores aos do computador de fluxo A, os erros relativos ao valor de referência apresentado pelo computador de fluxo B foram superiores aos do computador stream A.

Por este motivo, os testes dinâmicos e estáticos realizados neste capítulo foram realizados em condições distantes dos limites definidos na norma, e novos testes foram realizados para verificar a faixa de massa específica que cada computador de vazão é capaz de atender. . Embora o computador de fluxo A tenha se mostrado extremamente confiável na contagem de pulsos, o computador de fluxo B não tinha a mesma capacidade. O computador de fluxo A falhou ao contar apenas 1 pulso no conjunto de testes nº 7, o que representa apenas 1 pulso não contado em cento e oitenta e um testes.

O computador de fluxo B contou um número de pulsos diferente daqueles gerados pela plataforma em 13 testes, distribuídos entre os grupos de teste e #9. Embora este trabalho tenha consistido na realização de testes apenas na capacidade de medição de óleo dos computadores de vazão, a mesma plataforma também pode ser utilizada para realizar testes em computadores de vazão de gás. Os ensaios podem ser realizados utilizando um computador de vazão cujo modelo tenha sido aprovado pelo Inmetro, para que.

Ensaios Estáticos ao Longo da Faixa de Massa Específica Prevista em Norma Os computadores de vazão devem atender a normas cuidadosamente elaboradas com o

Enquanto o computador de fluxo A permaneceu confortavelmente dentro dos limites em toda a faixa de densidade, o computador de fluxo B excedeu o limite de erro no início e no final da faixa. Pode-se verificar também que o computador de vazão B, embora atendendo ao limite legal, apresentou maior variabilidade que o computador de vazão A. Os erros do computador de vazão A permaneceram entre -0,030% e 0,030%, e a faixa foi a massa específica que excedeu o erro os limites para o computador de fluxo B foram os mesmos do teste 1.

O gráfico referente ao computador de vazão A manteve os limites de -0,030% e 0,030%, mas como nenhum ponto do teste no computador de vazão B estava dentro dos limites legais, os limites do gráfico foram aumentados para -0,50% e 15,0. No restante da faixa de massa específica, o computador de potência B apresentou erros pelo menos cinco vezes maiores do que o permitido. O computador de fluxo B mostrou novamente desvios maiores do que o permitido dentro da faixa de massa específica.

A Figura 57 mostra os resultados que mostram que o computador de vazão A atendeu aos limites de erro em uma condição próxima ao limite determinado nas normas API. Por exemplo, se o computador de fluxo A para as condições 150 °C e 10.340 kPa fosse avaliado apenas na faixa de massa específica entre 828 kg/m3 e 1.050 kg/m3, nenhuma discrepância seria identificada. Em uma análise fria da API 11.1, ambos os computadores de vazão falharam, embora o computador de vazão A tenha apresentado comportamento dentro dos limites legais em testes realizados com temperatura e pressão fora dos limites esperados.

Testes de Estresse

A coluna IV Ref representa a soma de todos os pulsos gerados dividida pelo fator K, e ISV Ref é o volume corrigido para pressão e temperatura de referência. Como o intervalo de amostragem é gradualmente reduzido a cada teste, o número de pulsos gerados em cada ciclo também deve ser ajustado para manter a mesma vazão e volume entre todos os testes. A frequência máxima de teste de variação do sinal corresponde a um intervalo de amostragem de 10 ms, pois a plataforma de teste teve dificuldade em manter o mesmo desempenho com intervalos menores.

Pode-se notar que o computador de vazão A apresentou erros inferiores ao esperado em todos os testes de estresse, enquanto o computador de vazão B passou a apresentar desvios acima do limite de 0,030% em relação ao Teste 5, com frequência de 0,5 Hz para sinais de temperatura e pressão . Caso o processo apresente frequência de variação de temperatura e pressão igual ou superior a 0,5 Hz, o uso do computador de fluxo B poderá comprometer a contabilização do fluxo de óleo. No entanto, as medições de vazão para fins fiscais são geralmente realizadas em condições de estado estacionário, portanto o limite de frequência de 0,5 Hz deve ser suficiente para a maioria das aplicações.

Pode-se observar também pelos resultados que o computador de fluxo B apresentou erros superiores aos apresentados pelo computador de fluxo A em todos os testes de estresse. Segundo o teorema de Nyquist, para que um sinal seja digitalizado sem perdas, o número de amostras por unidade de tempo de um sinal, chamada taxa de amostragem ou frequência, deve ser maior que o dobro da maior frequência contida no sinal a ser processado. 42]. Portanto, um computador de vazão pode ser considerado aprovado se apresentar erros inferiores a 0,030% em testes realizados com pressão e temperatura variando na frequência de 0,1 Hz.

6 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS

Depois que os testes dinâmicos e estáticos não mostraram diferenças, decidiu-se realizar testes de estresse para avaliar o limite das condições sob as quais os computadores de fluxo ainda são capazes de produzir resultados repetíveis e precisos. Foi possível perceber que o computador de vazão A apresentou erros abaixo do esperado em todos os testes de estresse, enquanto o computador de vazão B passou a apresentar desvios acima do limite de 0,030% a partir de uma frequência de 0,5 Hz. padrões quando os valores de temperatura e pressão estavam longe do limite.

Nos testes realizados dentro dos limites da norma, o computador de vazão A apresentou erros bem acima do limite de 0,030. Portanto, usando uma interpretação fria do padrão API, ambos os computadores de streaming falhariam nesse aspecto. Embora este trabalho tenha consistido na execução de testes apenas em computadores de fluxo de óleo, a mesma plataforma também pode ser utilizada para executar testes em computadores de fluxo de gás.

Estudos futuros deverão incluir a análise de computadores de vazão utilizados para medir gás, realizando testes semelhantes aos do petróleo. A arquitetura de conexão de dois computadores de potência paralelos mostrou-se extremamente satisfatória, pois garante que ambos os equipamentos recebam exatamente os mesmos sinais durante os testes. Se um dos computadores de vazão apresentar desempenho satisfatório, este suporte poderá ser usado para verificar os resultados de outro computador de vazão que você deseja testar.

AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS

Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter 21.2 - Electronic liquid volume measurement using positive displacement and turbine meters. Manual of Petroleum Measurement Standards, Chapter 11.1 - Temperature and Pressure Volume Correction Factors for Generalized Crude Oils, Refined Products and Lubricating Oils. Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter 12.2.1 - Calculation of petroleum quantities using dynamic measurement methods and volumetric correction factors: Introduction.

ANEXO A – VALIDAÇÃO DO ALGORITMO PARA CÁLCULO DO FATOR DE CONVERSÃO UTILIZADO COMO REFERÊNCIA

ANEXO B – TABELA T-STUDENT BICAUDAL PARA NÍVEL DE CONFIANÇA DE 95 %

ANEXO C – RESULTADOS INDIVIDUAIS PARA OS CONJUNTOS DE ENSAIOS DINÂMICOS E ESTÁTICOS REALIZADOS

ANEXO D – ERROS ESPERADOS NOS ENSAIOS DE

COMPUTADORES DE VAZÃO BASEADO NOS ERROS DE SINAIS ANALÓGICOS DE TEMPERATURA E PRESSÃO