An experimental analysis of orifice plate wet gas meter by third pressure tapping for liquid loading estimation

Página do item simplificado
dc.contributor.advisor1Ramos, Rogério
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000344932435
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2975022316691139
dc.contributor.authorCaliman, Renan Fávaro
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-6553-5848
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4294576940493660
dc.contributor.referee1Martins, Marcio Ferreira
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/000000023023222X
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7325983059020104
dc.contributor.referee2Nascimento, Francisco Júlio do
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-6306-5336
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7391216899370096
dc.date.accessioned2024-05-30T00:53:38Z
dc.date.available2024-05-30T00:53:38Z
dc.date.issued2022-07-18
dc.description.abstractWet gas flows are very common in many industrial processes, manly in oil industries. On those, flow measurement is based in differential pressure devices at least on 40% of the cases, being the orifice plate the most used one, reaching US$ 21 billion in natural gas measurement at UK industry. However, in case of two-phase flow applications, the liquid loading causes a positive bias on the pressure differential readings, due to phases interactions called over-reading and resulting in an erroneous gas flow rate prediction up to 50%. Through decades apart, many authors proposed correlations to estimate and correct this overestimation for different differential pressure devices, such as orifice plates, venturi tubes and inverted cones, but all needed some liquid content information, which real time estimation is a engineering challenge. To overcome this barrier, industry has been developing an all in on twophase wet gas flow meters (WGFMs), with liquid loading estimation and over-reading (OR) correction on the same meter. In 2012, ISO TR 11583 (2012) released a methodology to wet gas measurement based on orifice plates or Venturi, using the pressure loss ratio (PLR) technique to liquid content relationship limited by 6D 3rd pressure tap, high pressure levels and low gas wetness. Aiming to investigate this methodology, this work relied on a gas-liquid flow circuit, located at the Research Group for Studies on Oil&Gas Flow and Measurement (NEMOG, in Portuguese), located at Federal University of Espírito Santo, Vitória, Brazil, to promote an air-water flow at 1, 3 and 5 barg pressure line (density ratio (DR) equal to 0.0025, 0.0048 and 0.0071), 360 kg/h air mass flow rate (Gas Froude number (FRg) equal to 0.74, 0.90 and 1.29) and Lockhart-Martinelli parameter (XLM) equal to 0.15 ,0.22 and 0.30 levels. With this data, the most relevant orifice plate OR correlations were tested, considering ISO TR 11583 (2012) proposal and new data fitted equations are proposed for 6D, 20D and 144D third tap distances, resulting in 10%, 10% and 15% accuracy respectively. Finally, a new methodology is proposed by combining ISO TR 11583 (2012) and Petalas and Aziz (1998) two-phase pressure drop model, with a 10% accuracy for 20D tap, but poor results for 144D due to model limitations.
dc.description.resumoFluxos de gás úmido são muito comuns em muitos processos industriais, principalmente na indústria petrolífera. Nesses casos, a medição de vazão é baseada em dispositivos de pressão diferencial em pelo menos 40% dos casos, sendo a placa de orifício a mais utilizada, atingindo US$ 21 bilhões em medições de gás natural na indústria do Reino Unido. No entanto, no caso de aplicações de fluxo bifásico, a carga de líquido causa um viés positivo nas leituras de diferencial de pressão, devido a interações de fases chamadas sobreleituras, resultando em uma previsão errônea da vazão de gás de até 50%. Ao longo de décadas, muitos autores propuseram correlações para estimar e corrigir essa superestimativa para diferentes dispositivos de pressão diferencial, como placas de orifício, tubos de venturi e cones invertidos, mas todos precisavam de alguma informação sobre o conteúdo de líquido, cuja estimativa em tempo real é um desafio de engenharia. Para superar essa barreira, a indústria vem desenvolvendo um medidor de vazão de gás úmido bifásico (WGFMs), com estimativa de carga de líquido e correção de sobreleitura (OR) no mesmo medidor. Em 2012, a ISO TR 11583 (2012) lançou uma metodologia para medição de gás úmido com base em placas de orifício ou Venturi, usando a técnica de razão de perda de pressão (PLR) para relação de conteúdo líquido limitada por torneira de terceira pressão 6D, altos níveis de pressão e baixa umidade do gás. Visando investigar esta metodologia, este trabalho contou com um circuito de escoamento gás-líquido, localizado no Grupo de Pesquisa em Estudos de Escoamento e Medição de Petróleo e Gás (NEMOG), localizado na Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, Brasil, para promover um escoamento ar-água nas linhas de pressão de 1, 3 e 5 barg (razão de densidade (DR) igual a 0,0025, 0,0048 e 0,0071), vazão mássica de ar de 360 ​​kg/h (número de Froude no gás (FRg) igual a 0,74, 0,90 e 1,29) e parâmetro de Lockhart-Martinelli (XLM) igual a 0,15, 0,22 e 0,30. Com esses dados, as correlações mais relevantes entre OR e placa de orifício foram testadas, considerando a proposta da ISO TR 11583 (2012), e novas equações ajustadas aos dados são propostas para distâncias de terceira derivação de 6D, 20D e 144D, resultando em precisão de 10%, 10% e 15%, respectivamente. Por fim, uma nova metodologia é proposta combinando o modelo de queda de pressão bifásica da ISO TR 11583 (2012) e Petalas e Aziz (1998), com precisão de 10% para a derivação de 20D, mas resultados insatisfatórios para a derivação de 144D devido às limitações do modelo.
dc.description.sponsorshipPetróleo Brasileiro S A (Petrobras)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/16072
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectGás úmido
dc.subjectPlaca de orifício
dc.subjectTaxa de perda de pressão
dc.subjectLockhart-Martinelli
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleAn experimental analysis of orifice plate wet gas meter by third pressure tapping for liquid loading estimation
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis
Arquivos
Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
RenanFavaroCaliman-2022-Trabalho.pdf
Tamanho:
6.45 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Baixar
Coleções
Mestrado em Engenharia Mecânica