Videreudvikling af LDV til on-sitemåling

Transkript

1 Videreudvikling af LDV til on-sitemåling Sammenligning mellem LDV og gasnormal i naturgasanlæg maj 2010 Rapportforfattere: Matthew Adams, Teknologisk Institut Kurt Rasmussen, Force Technology

2 LDV målinger hos Force Technology Denne rapport er baseret på et projekt i Flowcenter Danmarks regi. Projektet er gennemført i et samarbejde mellem Flowcenter Danmarks partnere, som er Force Technology og Teknologisk Institut. De involverede parter: Force Technology: Personer involveret Teknologisk Institut: Personer involveret Marts S ide

3 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling f Indholdsfortegnelse Sammenfatning og konklusion... 3 Abstract Måleprocedure De samlede testresultater Måleresultater Konklusion S ide

4 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling f Sammenfatning og konklusion Der blev i maj 2010 udført LDV målinger af Teknologisk Institut på naturgasanlægget hos Force Technology i Vejen, med det formål at undersøge, hvorvidt det eksisterende LDV udstyr hos Teknologisk Institut kan bruges både som værktøj til karakterisering af flowforhold og som kalibreringsreference i naturgas anlæg. Vi må på nuværende tidspunkt konkludere at anvendelse af LDV som primært sporbarhedssystem til naturgas kalibreringsanlæg ikke kan anvendes på grund af de forholdsvis store måleusikkerheder ved anvendelse af LDV. Endvidere er det vanskeligt at detektere hastigheden i ren naturgas uden tilførte seeding partikler. Til gengæld viser LDV sig som en fremragende metode til at bestemme flowprofilet de steder hvor det er muligt at tilføre seeding partikler; dog med dén begrænsning, at hastighedsmålinger vha. LDV er særdeles vanskeligt ved flowhastigheder højere end 5 m/s. Abstract Laser Doppler Velocimetry (LDV) is a well-known method for measurement of flow in liquid and gasses. This project was to investigate the method as a reference in gas flow measurement with natural gas, and also to use the method as a tool to see the flow profile. The test was done at FORCE Technology s test facility for testing gas meters with natural gas at pressures up to 50 bar. The test facility is a closed loop, where the gas is circulated at velocities up to 40 m/s. The first tests were on air at atmospheric pressure with the loop open at velocities of 5, 10 and 15 m/s. The second test was with natural gas at 2.5 bar with the loop closed, and at a velocity at 5 m/s. Finally tests with the loop closed and with air at atmospheric condition at 10 and 20 m/s. Due to the strength of the laser (10 mw HeNe) it was very difficult to get any results with natural gas. All measurements with air were performed with the addition of seeding particles to the flow. The conclusion was that this LDV system was quite good to see the flow profile when the media was air, but to use LDV as a reference for natural gas, we will properly need equipment with a higher strength. 3 S ide

5 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling f 1 Måleprocedure LDV målingerne blev udført under følgende 3 forhold: a. Open loop med atmosfærisk luft som medium, dvs. røret er åbent opstrøms for LDV passstykket, hvorigennem seeding gas tilføres. b. Closed loop med atmosfærisk luft som medium, dvs. rørstrækningen er lukket, med stadig mulighed for tilførsel af seeding gas opstrøms for LDV pass-stykket. c. Closed loop med naturgas under tryk som medium. Ingen mulighed for yderligere seeding (partiklerne i naturgassen bruges til Doppler-spredningen for LDV målemetoden). 2 De samlede testresultater a. LDV blev anvendt som kalibreringsreference i en open-loop opstilling (med seeding) for flowhastigheder 5, 10 og 15 m/s. Pga. laserstyrken (10mW HeNe) var målingerne vanskelige, med behov for yderligere filtrering af støj. Ikke desto mindre var der kun en minimal forskel mellem de LDV målte flowhastigheder og Force laboratoriets egen flowreference. 3D flowprofilerne for alle målingerne tyder på et veludviklet flow uden nævneværdige forstyrrelser. b. LDV blev anvendt som kalibreringsreference i en closed-loop opstilling med et 2.5bar naturgas medium. Det viste sig, at LDV udstyret ikke kunne måle på hastigheder i dette medium højere end 5 m/s. Det burde undersøges nærmere, hvordan flowet ved højere hastigheder opfører sig, og hvordan dette påvirker LDV målinger. Dog var der en meget lille forskel mellem den LDV målte flowhastighed ved 5 m/s og Force laboratoriets egen flowreference. 3D flowprofilet ved 5 m/s viser en klar asymmetri langs den lodrette akse. c. LDV blev også anvendt som værktøj til karakterisering af flowforhold for closed-loop opstillingen, både med atmosfærisk luft og 2.5bar naturgas. Swirlen (ratio mellem den tangentielle hastighed og den gennemsnitlige aksiale hastighed) blev målt for 5 m/s i naturgas; og 10, 15 og 20 m/s i luft. For 2.5bar naturgas ved 5 m/s var den maksimale swirl ca. 5%, og for luft ca. 2% ved alle hastigheder. Måleresultaterne vises i de følgende sider. 4 S ide

6 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling f 3 Måleresultater 5 S ide

7 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling 6 S i d e f

8 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling f 7 S ide

9 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling 8 S i d e f

10 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling 9 S i d e f

11 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling 10 S i d e f

12 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling 11 S i d e f

13 Flowcenter Danmark Videreudvikling af LDV til on-sitemåling f 4 Konklusion Vi må på nuværende tidspunkt konkludere at anvendelse af LDV som primært sporbarhedssystem til naturgas kalibreringsanlæg ikke kan anvendes på grund af de forholdsvis store måleusikkerheder ved anvendelse af LDV. Endvidere er det vanskeligt at detektere hastigheden i ren naturgas uden tilførte seeding partikler. Til gengæld viser LDV sig som en fremragende metode til at bestemme flowprofilet de steder hvor det er muligt at tilføre seeding partikler; dog med dén begrænsning, at hastighedsmålinger vha. LDV er særdeles vanskeligt ved flowhastigheder højere end 5 m/s, hvilket ses af forsøg 3 Closed loop med naturgas. Selve laserkilden (632,8nm HeNe) har en styrke på 10 mw. Både laserstyrken og teknologien har udviklet sig kraftigt siden da. Et problem med LDV har tidligere været, at hvis man øgede styrken af laserkilden var man samtidigt være nødsaget til at anvende vandafkøling på laserkilden, hvilket hæmmede mobiliteten af teknologien betydeligt. Efterhånden har teknologien dog udviklet sig således, at man sagtens kan komme op på styrker á mw uden at skulle tage vandafkøling i brug. Ved at investere i det nyeste LDV udstyr, ville mulighederne for anvendelse af LDV i naturgasanlæg blive væsentlig større. Dels pga. en voldsomt forbedret signal-noise ratio, dels pga. at man ikke ville være så afhængig af seeding partikler, som vi på nuværende tidspunkt er. 12 S ide