Transferul de custodie a GNL: cum sprijină tehnologiile de măsurare ultrasonică precizia necesară

GNL-ul îşi schimbă proprietarul de mai multe ori de-a lungul lanţului valoric, fie în cadrul vânzărilor interne ale companiei, între două companii sau chiar între ţări. Având în vedere cele mai recente nave cisterne pentru GNL din clasa Q-Max, cu o capacitate de până la 266.000 m³ de GNL, valoarea financiară a unei încărcături de GNL este de aproximativ 50 de milioane € per navă (pe baza valorilor medii pentru densitate, putere calorică şi a preţurilor medii viitoare pentru GNL tranzacţionate pe Bursa Europeană de Energie EEX în 2026). Pentru acest GNL trebuie măsurată energia transferată de la vânzător la cumpărător. O incertitudine de 0,1% pentru această măsurătoare corespunde unei valori a GNL de aproximativ 50.000 € per navă, în timpul încărcării sau descărcării. Aceste incertitudini nu pot fi eliminate complet, dar pot fi reduse la minim.

Întrucât transferul de GNL la scară largă are loc la nivel global între companii mari, nu există reglementări locale sau globale pe care vânzătorii şi cumpărătorii să fie obligaţi să le respecte. În locul utilizării unor standarde obligatorii la nivel global, metodologia actuală de măsurare a fost derivată din alte produse pe bază de hidrocarburi, cum ar fi petrolul, GPL-ul sau altele şi este inclusă în ghiduri de bune practici, precum Manualul de transfer de custodie GIIGNL [3]. Tehnologia de măsurare de ultimă generaţie ia în considerare:

1. Măsurarea cantităţii de GNL (volum/masă) prin măsurarea LTD (nivel, temperatură, densitate) pe navele cisternă pentru GNL cu incertitudini realizabile de 0,2 – 0,55% (k = 2) pentru volumul de GNL şi incertitudini suplimentare pentru densitate şi temperatură
2. Măsurarea cantităţii GNL (putere calorică) prin GC-uri şi sisteme cu vaporizator (consultaţi, de exemplu [4] cu incertitudini realizabile de 0,04% şi 0,07% (k = 2)).

Incertitudinea generală a energiei GNL transferate este menţionată în manual ca fiind între 0,5 şi 0,7%.(k = 2). Această cifră corespunde unei incertitudini financiare de aproximativ +/- 250.000 – 350.000 € per tranzacţie cu valoare mare.

Pentru ambele valori măsurabile (cantitate şi calitate), există tehnologie disponibilă care poate duce la rezultate suficient de bune, în condiţii bune de măsurare. Totuşi, GNL prezintă unele provocări suplimentare, care pot face dificilă obţinerea unor condiţii bune de măsurare, în orice situaţie.

Următoarele puncte (printre altele) trebuie luate în considerare şi corectate în mod special pentru a obţine o citire precisă a cantităţii sau volumului pe nava cisternă cu GNL:

• Geometriile individuale ale rezervoarelor (tabele de rezervoare) care transformă citirile de nivel în volum şi corectează componentele interne ale rezervorului şi modificările geometriei induse de temperatură.
• Deplasarea rezervorului de GNL din cauza mişcării navei (înclinare transversală/asietă) sau din cauza curentului de convecţie din interiorul rezervorului.
• Fierberea GNL în interiorul rezervorului, estompând limita dintre starea lichidă şi cea gazoasă
• Volumele reziduale dintre rezervoarele de pe nava cu GNL şi rezervoarele din terminal.
• Calibrarea şi sigilarea corectă a tuturor instrumentelor implicate şi verificarea de către un inspector pentru a stabili dacă toate acestea sunt valide şi instalate corect.
• Timp suficient de stabilizare a rezervorului, înainte şi după încărcare, pentru a permite citiri stabile, în timp ce, pe de altă parte, există necesitatea de a reduce taxele de staţionare la dană prin transferul rapid de GNL.

Pentru măsurarea calităţii în terminalul de lichefiere sau de regazificare:

• Vaporizare şi eşantionare reprezentativă a GNL cu decalaj minim de timp.

În general, instrumentaţia pentru măsurarea cantităţii aparţine companiei de transport maritim sau proprietarului navei, în timp ce instrumentaţia pentru măsurarea calităţii aparţine instalaţiei (de lichefiere/regazificare), ceea ce poate duce la complexităţi suplimentare în caz de litigii.

Debitmetrele cu ultrasunete (UFM) şi debitmetrele masice Coriolis (MFM) ambele aparţin metodelor dinamice de măsurare în linie, în comparaţie cu metodele statice de măsurare, precum măsurarea şi controlul nivelului din rezervor sau cântărirea (prin intermediul platformelor de cântărire). Conceptele de bază, avantajele şi provocările măsurării statice şi dinamice a cantităţii de GNL sunt prezentate în tabelul următor:

Prin trecerea de la o metodă de măsurare statică la una dinamică, sunt abordate şi rezolvate următoarele provocări:

• Geometriile individuale ale rezervoarelor: Mişcarea navei sau mişcarea fluidului în interiorul rezervorului nu mai adaugă incertitudini.
• Nu mai trebuie luate în considerare volumele reziduale sau fluxurile de fluide (GNL/BOG) din interiorul navei cisternă cu GNL (de exemplu, gaz combustibil) sau al instalaţiei (de exemplu, compresoare). În amonte de punctul de transfer de custodie aparţine vânzătorului, în aval aparţine cumpărătorului.
• Numărul de instrumente care ar trebui verificate de către un inspector pentru a stabili dacă sunt calibrate şi etanşate corect este redus în mod radical, iar instrumentele sunt amplasate aproape unele de altele.
• Instrumentaţia (pentru măsurarea cantităţii şi a calităţii) poate fi deţinută în întregime de o singură parte, teoretic fiind posibilă o configuraţie de referinţă/operaţională a întregului sistem (un cadru metalic pe navă, un cadru metalic pe platforma instalaţiei).

În plus, UFM oferă următoarele avantaje specifice pentru măsurarea GNL în cantităţi mari:

• Disponibil în linii de dimensiuni mari, de până la 36 in. sau mai mult.
• Fără pierderi de presiune (care ar putea duce la BOG/cavitaţie).
• Diagnosticare suplimentară a procesului (de exemplu, viteza sunetului) pentru monitorizarea calităţii GNL.
• Cerinţe de întreţinere aproape inexistente şi fără abateri.
• UFM omologat disponibil pentru transferul de custodie (de exemplu, R117 al Organizaţiei Internaţionale de Metrologie Legală (OIML)).

Debitmetrul FLOWSIC900 a fost proiectat de la zero pentru măsurarea GNL şi are la bază mulţi ani de experienţă de la Endress+Hauser şi SICK în măsurarea gazelor naturale. Este omologat pentru transferul de custodie conform celui mai recent standard al Organizaţiei Internaţionale de Metrologie Legală (OIML) R117:2019 pentru cea mai înaltă clasă de precizie 0,3, pentru utilizare în „sisteme de măsurare dinamice pentru lichide, altele decât apa.” Luând în considerare o abordare conservatoare, măsurarea cu UFM atinge o incertitudine a sistemului de doar 0,3% conform standardului OIML R117, ceea ce reflectă în continuare o îmbunătăţire a incertitudinii cu 0,25% pentru volum (0,55% redus la 0,3%) sau o incertitudine financiară redusă cu aproximativ 125.000 € per (des)încărcare a unei nave cisternă cu GNL.

Deşi avantajul preciziei susţine utilizarea UFM, preocupările legate de adecvarea acestora rămân frecvente. Aceste preocupări sunt abordate pe scurt în secţiunea următoare.

În timpul procesului de omologare metrologică de tip, conform celui mai recent standard OIML R117:2019, Endress+Hauser – împreună cu organismul de omologare, NMi – a acordat o atenţie deosebită testării fiabilităţii şi incertitudinii de măsurare a contorului în condiţii criogenice specifice GNL. [5]

Aceasta include testarea specială a traductoarelor pentru citiri stabile şi precise în condiţii criogenice pe un banc de testare criogenic dezvoltat special, precum şi transferabilitatea de la un fluid de calibrare (de exemplu, apă sau hidrocarburi lichide) la fluidul ţintă GNL (cu vâscozitate redusă şi, prin urmare, număr Reynolds ridicat) dovedită pe bancul de testare VSL pentru GNL din Rotterdam, care este trasabilă până la unităţi SI. [6]

Rezultatele calibrării care reflectă transferabilitatea fluidelor, precum şi liniaritatea contorului şi extrapolarea către un număr Reynolds mai mare sunt prezentate în graficul de mai jos, care indică faptul că această metodă poate fi aplicată contoarelor de GNL.

În trecut şi din diverse motive, industria GNL sau a petrolului şi gazelor nu a trecut rapid la utilizarea acestei noi tehnologii. În mod tradiţional, etapele pentru transformarea tehnologiei într-un standard industrial erau următoarele: mai întâi tehnologia devine disponibilă, apoi se dezvoltă standarde globale, locale şi la nivel de companie, iar apoi tehnologia este utilizată şi devine un standard în industrie.

Deşi aceasta este modalitatea tradiţională şi cea mai sigură de a utiliza noile tehnologii, reprezintă un uşor obstacol în calea inovaţiei. Pe de altă parte – nu există nicio regulă care să prevadă că este obligatoriu ca tranzacţiile cu GNL să urmeze aceste etape tipice. Endress+Hauser invită operatorii şi contractorii EPC să descopere ce tehnologie este cea mai potrivită pentru instalaţiile de GNL actuale şi viitoare.

În general, se poate considera că tehnologia UFM nu prezintă abateri, iar Endress+Hauser nu vede nicio necesitate tehnică pentru recalibrarea regulată a contorului său de GNL în timpul funcţionării normale. Aşadar, este mai degrabă o chestiune de încredere în contorul din teren şi de cum se poate demonstra că aceste rezultate ale măsurătorilor rămân demne de încredere. La momentul publicării, sunt disponibile dispozitive de verificare pentru GNL cu capacităţi de până la 4500 m³/h, care pot acoperi debite de până la 24 in. pentru conducte de descărcare/încărcare sau – luând în considerare extrapolarea verificării – chiar mai mari [7].  Totuşi, verificarea este asociată cu obstacole practice, cum ar fi transportul sistemului de verificare la contor (de exemplu, pe o dană), determinarea stabilităţii metrologice şi stabilirea conexiunilor de proces adecvate pentru sistemul de verificare.

Recalibrarea în apă sau ulei este, în general, posibilă, dar este asociată cu scoaterea contorului dintr-o conductă (probabil) izolată. Din perspectiva producătorului, cea mai potrivită metodă este reutilizarea abordărilor standard, în prezent, în măsurarea gazelor naturale şi petrolului. Această abordare implică utilizarea a două UFM-uri cu design diferit (posibil şi de la furnizori diferiţi) într-o configuraţie de referinţă/operaţională, în care contorul aflat în exploatare este comparat în mod regulat cu contorul de referinţă, iar contorul referinţă ar putea fi recalibrat fără a opri întreaga linie de GNL.  Cu alte cuvinte, operatorii pot considera calibrarea iniţială din fabrică ca fiind încă valabilă – atâta timp cât contorul de referinţă şi cel aflat în exploatare indică aceleaşi valori ale citirilor.

Debitmetrele cu ultrasunete – la fel ca debitmetrele masice – funcţionează ideal în condiţii de măsurare cu o singură etapă. Aceste condiţii pot fi obţinute prin luarea unor măsuri de siguranţă adecvate de către operator, de exemplu, prin pre-răcirea liniei de măsurare şi prin izolarea termică fiabilă de-a lungul întregii linii de măsurare.

Designul FLOWSIC900 minimizează aportul potenţial de căldură în secţiunea de măsurare şi permite răcirea rapidă a contorului. Testele de flux în două faze efectuate la HZDR în Germania, au stabilit că disponibilitatea măsurătorilor este asigurată până la 5% din fracţia volumului de gaz (GVF).

Provocările şi preocupările care au împiedicat utilizarea comună a UFM în transferurile de custodie GNL au fost în mare parte depăşite – tehnologia este pregătită. În viitorul apropiat, se aşteaptă ca UFM-urile să fie din ce în ce mai prezente în instalaţiile de GNL. Acestea vor fi utilizate, în primul rând, ca şi contoare de proces pe liniile de descărcare/încărcare pentru monitorizarea pompelor de GNL sau pentru măsurarea scurgerii de GNL şi, în al doilea rând, ca şi contoare de verificare de referinţă pentru măsurarea nivelului, înainte de a putea deveni în sfârşit un standard industrial pentru transferul custodiei GNL-ului. Standardele globale vor continua să se dezvolte şi să faciliteze utilizarea sistemelor de măsurare a GNL bazate pe UFM sau Coriolis pentru tranzacţiile cu GNL, de la scară mică la scară mare. În cele din urmă, incertitudinile măsurării vor scădea şi mai mult, permiţând operatorilor instalaţiilor de GNL să se concentreze asupra incertitudinilor economice şi politice care probabil vor rămâne.

1. Raportul anual al GIIGNL pentru 2025, Grupul Internaţional al Importatorilor de Gaz Natural Lichefiat (GIIGNL), (2025), www.giignl.org/annual-report
2. „Perspectivele Shell privind GNL în 2025”, Shell, (2025), www.shell.com/what-we-do/oil-and-natural-gas/liquefied-natural-gas-lng/lng-outlook-2025.html
3. „Manualul de transfer de custodie”, GIIGNL, (2021), ediţia a 6-a.
4. „Gaz natural lichefiat – GNL”, DVGW, www.dvgw.de/themen/gas/gase-und-gasbeschaffenheit/liquefied-natural-gas-lng
5. WINKLER, T., BODENDORFER, K., KLUPSCH, M., RACKOW, S., KADE, A., FRIEDRICH, S., WESER, R., şi EHRLICH, A., „113 A Cryogenic Test Setup for Characterization of Ultrasonic Flow Measurement” (113 O configuraţie de testare criogenică pentru caracterizarea măsurării cu ultrasunete a debitului), A 17-a Conferinţă şi Expoziţie de Criogenie IIR 2023, Germania, (24 Aprilie 2023).
6. GUGOLE, F., SCHAKEL, M. D., DRUZHKOV, A., and BRUGMAN, M., „Assessment of alternative fluid calibration to estimate traceable liquefied hydrogen flow measurement uncertainty” (Evaluarea calibrării alternative a fluidelor pentru estimarea incertitudinii trasabile a măsurării debitului de hidrogen lichefiat), International Journal of Hydrogen Energy (Jurnalul internaţional de energie bazată pe hidrogen) (21 Iunie 2024).
7. „Dispozitive criogenice de verificare pentru servicii GNL”, Dispozitive de măsurare a debitului, https://flowmd.com/application-specific-meter-provers/cryogenic-meter-provers-for-lng-service/