Obchodní měření LNG: jak nejnovější ultrazvukové měřicí technologie podporují potřebnou přesnost

LNG v rámci hodnotového řetězce několikrát mění majitele, ať už v rámci interního prodeje společnosti, mezi dvěma společnostmi, nebo dokonce mezi zeměmi. Vzhledem k nejnovějším tankerům třídy Q-Max na LNG s kapacitou až 266 000 m³ LNG je finanční hodnota nákladu LNG přibližně 50 milionů EUR na tanker (na základě průměrných hodnot hustoty, výhřevnosti a průměrných budoucích cen LNG obchodovaných na evropské energetické burze EEX v roce 2026). Tento LNG je třeba měřit z hlediska energie přenášené od prodávajícího ke kupujícímu. Nepřesnost 0,1 % v tomto měření odpovídá zhruba 50 000 EUR v hodnotě LNG na přepravce během nakládky nebo vykládky. Tyto nepřesnosti nelze zcela eliminovat, ale lze je minimalizovat.

Vzhledem k tomu, že rozsáhlý transfer LNG probíhá na globální úrovni mezi velkými společnostmi, neexistují žádné místní ani globální předpisy, které by prodávající a kupující museli dodržovat. Namísto používání globálně závazných norem byla současná metodologie měření odvozena z jiných uhlovodíkových produktů, jako je ropa, LPG nebo jiné, a je zahrnuta v příručkách osvědčených postupů, jako je například příručka GIIGNL Custody Transfer Handbook [3]. Nejmodernější měření zohledňuje:

1. měření množství LNG (objem/hmotnost) pomocí měření LTD (hladina, teplota, hustota) na LNG přepravnících s dosažitelnými nejistotami 0,2–0,55 % (k = 2) pro objem LNG a dalšími nejistotami pro hustotu a teplotu
2. měření kvality LNG (výhřevnost) pomocí plynových chromatografů a odpařovacích systémů (viz např. [4] s dosažitelnými nejistotami 0,04 % a 0,07 % (k = 2)).

Celková nepřesnost přenesené energie LNG je v příručce uvedena jako 0,5–0,7 % (k = 2). Toto číslo odpovídá finanční nejistotě přibližně +/− 250 000 € – 350 000 € na velkou transakci.

Pro obě měřené veličiny (kvantitu i kvalitu) je k dispozici technologie, která může za dobrých měřicích podmínek vést k dostatečným výsledkům. LNG však představuje i některé další problémy, které mohou ztížit dosažení dobrých podmínek měření za všech okolností.

Pro dosažení přesného odečtu množství nebo objemu na LNG tankeru je třeba speciálně zvážit a opravit následující body (mimo jiné):

• geometrii jednotlivých nádrží plavidla (tabulky nádrží), které převádějí hodnoty hladiny na objem a korigují je s ohledem na vnitřní uspořádání nádrží a změny geometrie způsobené teplotou;
• pohyb nádrže na LNG v důsledku pohybu plavidla (náklon/trim) nebo v důsledku konvekčního proudu uvnitř nádrže;
• vařící LNG uvnitř nádrže, což stírá hranici skupenství mezi kapalinou a plynem;
• prázdné objemy mezi nádržemi tankeru na LNG a nádržemi v terminálu;
• správná kalibrace a zaplombování všech příslušných přístrojů a kontrola platnosti a správnosti všech těchto přístrojů inspektorem;
• dostatečná doba ustálení nádrže před nakládkou a po ní pro zajištění stabilních odečtů, zatímco na druhé straně je potřeba snížit poplatky za obsazenost kotvišť rychlým přečerpáváním LNG.

Pro měření kvality v terminálu pro zkapalňování nebo regasifikaci:

• reprezentativní odpařování a odběr vzorků LNG s minimálním časovým zpožděním.

Přístroje pro měření množství obvykle patří přepravní společnosti nebo majiteli plavidla, zatímco přístroje pro měření kvality patří provozu (na zkapalňování/znovuzplyňování), což může v případě sporů způsobit další komplikace.

Ultrazvukové průtokoměry (UFM) a Coriolisovy hmotnostní průtokoměry (MFM) patří k dynamickým metodám měření v potrubí ve srovnání se statickými metodami měření, jako je měření v nádržích nebo vážení (pomocí můstkových vážicích můstků). Základní koncepty, výhody a výzvy statického a dynamického měření množství LNG jsou uvedeny v následující tabulce:

S přechodem ze statické na dynamickou metodu měření se řeší následující problémy:

• Geometrie jednotlivých nádrží: Pohyb lodi nebo pohyb kapaliny uvnitř nádrže již nezpůsobuje nepřesnost aplikace.
• Již není třeba zohledňovat žádné prázdné objemy ani toky kapalin (LNG/BOG) uvnitř přepravníku LNG (např. topného plynu) nebo provozu (např. kompresorů). Upstream obchodního měření je prodávajícího, downstream zase kupujícího.
• Počet přístrojů, které může být nutné nechat technikem zkontrolovat z hlediska správné kalibrace a utěsnění, se dramaticky sníží a přístroje jsou umístěny blízko sebe.
• Přístrojové vybavení (kvantita i kvalita) může být kompletně v držení jedné strany, teoreticky je možná konfigurace master/duty celého systému (jeden skid na lodi, jeden skid na molu provozu).

Kromě toho nabízí UFM následující výhody konkrétně pro měření velkého množství LNG:

• k dispozici ve velkých stupních světlosti potrubí až do 36 palců nebo větších;
• žádná tlaková ztráta (která by mohla vést k BOG/kavitaci);
• doplňková diagnostika procesu (např. rychlost zvuku) pro monitorování kvality LNG;
• téměř bezúdržbový a bez driftu;
• k dispozici je UFM schválený pro obchodní měření (např. OIML R117).

Průtokoměr FLOWSIC900 byl od základu navržen pro měření LNG a využívá dlouholeté zkušenosti společností Endress+Hauser a SICK v oblasti měření zemního plynu. Je schválen pro obchodní měření podle nejnovější normy OIML R117:2019 pro nejvyšší třídu přesnosti 0,3 pro použití v „dynamických měřicích systémech pro kapaliny jiné než vodu“. Při konzervativním přístupu dosahuje toto měření pomocí ultrafiltračního modelu (UFM) systémové nejistoty pouze 0,3 % podle normy OIML R117, což by stále odráželo zlepšení nepřesnosti o 0,25 % u objemu (snížení z 0,55 % na 0,3 %) neboli snížení finanční nepřesnosti přibližně o 125 000 EUR na nakládku/vykládku tankeru s LNG.

Přestože výhoda v přesnosti podporuje použití UFM, obavy ohledně jejich vhodnosti zůstávají běžné. Tyto obavy jsou stručně rozebrány v následující části.

Během procesu metrologického schvalování typu podle nejnovější normy OIML R117:2019 věnovala společnost Endress+Hauser – společně se schvalovacím orgánem NMi – zvláštní pozornost testování spolehlivosti a nepřesnosti měření měřidla za kryogenních podmínek LNG. [5]

To zahrnuje speciální testování převodníků pro stabilní a přesné odečty za kryogenních podmínek na speciálně vyvinutém kryogenním zkušebním stanovišti, jakož i přenositelnost z kalibrační kapaliny (např. vody nebo kapalných uhlovodíků) na cílovou kapalinu LNG (s nízkou viskozitou a tím i s vysokým Reynoldsovým číslem) ověřenou na zkušebním stanovišti VSL LNG v Rotterdamu, které je navázáno na jednotky SI. [6]

Výsledky kalibrace ilustrující přenositelnost média, linearitu měřidla a extrapolaci směrem k vyššímu Reynoldsovu číslu jsou znázorněny na obrázku níže, což naznačuje, že tuto metodu lze použít i pro měřiče LNG.

V minulosti a z různých důvodů průmysl LNG nebo ropy a plynu tuto novou technologii obvykle nevyužíval rychle. Tradičně byly kroky k tomu, aby se technologie stala průmyslovou normou, následující: nejprve se technologie stane dostupnou, poté se vyvinou globální, lokální a firemní normy a nakonec se technologie začne používat a stane se průmyslovou normou.

I když se jedná o tradiční a nejbezpečnější způsob využití nových technologií, mírně to brzdí inovace. Na druhou stranu – neexistuje žádné pravidlo, které by stanovilo, že transakce s LNG musí tyto typické kroky dodržovat. Společnost Endress+Hauser vyzývá provozovatele a dodavatele energetických zdrojů (EPC), aby zjistili, která technologie nejlépe vyhovuje současným i budoucím provozům na zkapalněný zemní plyn (LNG).

Technologii UFM lze obecně považovat za technologii bez driftu a společnost Endress+Hauser nevidí žádnou technickou potřebu pro pravidelnou rekalibraci svého LNG měřiče během běžného provozu. Jde tedy spíše o důvěru v měřič v terénu a o to, jak prokázat, že tyto výsledky měření zůstávají důvěryhodné. V době publikace jsou k dispozici LNG zkoušečky s kapacitou až 4 500 m³/h, které mohou pokrýt průtoky až do 24 palců (vykládacích) potrubí nebo – s ohledem na extrapolaci zkoušení – i větší [7]. Zkouška je však spojena s praktickými překážkami, jako je přeprava zkoušecího systému k měřidlu (např. na molu), zajištění metrologické stability a vytvoření správného procesního připojení pro zkoušecí systém.

Rekalibrace ve vodě nebo oleji je obecně možná, ale je spojena s vytažením měřiče z (pravděpodobně) izolovaného potrubí. Z pohledu výrobce je nejvhodnější metodou opětovné použití přístupů, které jsou dnes standardní v měření zemního plynu a ropy. Tento přístup zahrnuje použití dvou UFM s různým provedením (možná i od různých dodavatelů) v konfiguraci master/duty, kde je sekundární (duty) měřič pravidelně porovnáván s hlavním měřičem a hlavní měřič by mohl být odeslán k rekalibraci bez zastavení celé linky LNG.  Jinými slovy, operátoři mohou považovat počáteční tovární kalibraci za stále platnou – pokud hlavní a sekundární měřič ukazují stejné hodnoty.

Ultrazvukové průtokoměry – stejně jako hmotnostní průtokoměry – fungují ideálně za jednofázových podmínek měření. Těchto podmínek lze dosáhnout s řádnými bezpečnostními opatřeními ze strany obsluhy, např. předchlazením dávkovacího potrubí a spolehlivou tepelnou izolací podél celého dávkovacího potrubí.

Konstrukce FLOWSIC900 minimalizuje potenciální vnikání tepla do měřicí sekce a umožňuje rychlé ochlazení měřiče. V německém provozu HZDR probíhaly dvoufázové průtokové zkoušky, které ukazují, že měření je možné až do objemového podílu plynu (GVF) 5 %.

Problémy a obavy, které bránily běžnému používání UFM při obchodních měřeních LNG, byly z velké části překonány – technologie je připravena. V blízké budoucnosti se očekává, že UFM se budou v provozech na zkapalněný zemní plyn (LNG) objevovat stále častěji. Zaprvé budou použity jako procesní měřidla na (vykládacích) linkách pro monitorování čerpadel LNG nebo pro měření doběhu LNG a zadruhé jako kontrolní měřidla pro měření hladiny, než se konečně stanou průmyslovou normou pro úschovu LNG. Globální normy se budou i nadále vyvíjet a usnadní používání měřicích systémů LNG založených na UFM nebo Coriolisově technologii pro transakce s LNG od malého až po velký rozsah. Nepřesnosti měření se nakonec dále sníží, což umožní provozovatelům LNG soustředit se na ekonomické a politické komplikace, které pravděpodobně přetrvávají.

1. „Výroční zpráva GIIGNL za rok 2025“, mezinárodní skupina dovozců zkapalněného zemního plynu (GIIGNL), (2025), www.giignl.org/annual-report
2. „Výhled společnosti Shell pro LNG do roku 2025“, Shell, (2025), www.shell.com/what-we-do/oil-and-natural-gas/liquefied-natural-gas-lng/lng-outlook-2025.html
3. „Příručka pro obchodní měření“, GIIGNL, (2021), 6. vydání.
4. „Zkapalněný zemní plyn – LNG“, 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. a EHRLICH, A., „113 Kryogenní testovací nastavení pro charakterizaci měření ultrazvukového průtoku“, 17. konference a výstava Cryogenics 2023 IIR, Německo (24. dubna 2023).
6. GUGOLE, F., SCHAKEL, M. D., DRUŽKOV, A. a BRUGMAN, M., „Posouzení alternativní kalibrace kapalin pro odhad sledovatelné nejistoty měření průtoku zkapalněného vodíku“, International Journal of Hydrogen Energy (21. června 2024).
7. „Kryogenní měřicí přístroje pro LNG“, přístroje pro řízení průtoku, https://flowmd.com/application-specific-meter-provers/cryogenic-meter-provers-for-lng-service/