Maakaasun mittaus

Määrämittauksen perusteet

Maakaasumäärän mittaus perustuu tilavuusvirran mittaukseen. Kokoonpuristuvuudesta johtuen tulee määrämittauksessa mitatun tilavuusvirran lisäksi ottaa huomioon mittausolosuhteissa vallitseva paine ja lämpötila. Mitattu maakaasun tilavuusvirta muunnetaan normaaliolotilaan (0 º C ja 1,01325 bar). Tarkoissa mittauksissa otetaan huomioon myös kokoonpuristuvuuskerroin, koska maakaasu poikkeaa käyttäytymiseltään hieman reaalikaasusta varsinkin korkeammilla paineilla.

Tavanomaisissa käyttökohteen määrämittauksissa kokoonpuristuvuuskerrointa ei kuitenkaan oteta huomioon. Pienemmissä käyttökohteissa, jossa mittaus tapahtuu normaalissa kotitalouksien käyttöpaineessa (20 mbar), ei edes paineen ja lämpötilan vaikutuksia tarvitse huomioida, koska maakaasun lämpötila on käytännössä aina nollan yläpuolella ja siten lämpötila kompensoi riittävällä tarkkuudella pienen 20 mbarin ylipaineen aiheuttamaa vastakkaista vaikutusta.

Maakaasun laskutus tapahtuu joko kaasu- tai energiamäärän mukaan. Energiamäärän laskemiseksi täytyy maakaasun lämpöarvo tuntea.

Muunnosyhtälöt

Kaasujen tilayhtälöstä (pV/T=vakio) voidaan johtaa kaava  ⇑ , jolla mittausolotilassa mitattu maakaasumäärä muunnetaan normaaliolotilaa vastaavaksi kaasumääräksi.

Mittarin läpi kulkenut energiamäärä saadaan kertomalla normaaliolotilaan muutettu kaasumäärä maakaasun lämpöarvolla, yleensä alemmalla lämpöarvolla.

Mittausmenetelmät

Maakaasun määrämittauksessa on kaksi perusmenetelmää:

• suora tilavuusvirran mittaaminen siten, että tarkasti tunnettua tilaa täytetään ja tyhjennetään ja vaiheiden lukumäärä lasketaan. Tähän menetelmään perustuvat esim. palje- ja kiertomäntämittarit.
• epäsuora tilavuusvirran mittaaminen siten, että mitataan jokin fysikaalinen suure, jonka suhde tilavuusvirtaan on etukäteen tarkasti selvitetty. Yleisin esimerkki tämän tyyppisestä mittarista on turbiinimittari, jossa kaasumäärä saadaan mittarin pyörimisnopeuden perusteella. Suurten kaasumäärien mittaamiseen käytettävät laippamittarit perustuvat puolestaan paine-eron mittaamiseen.

Eri mittarityyppejä ja niiden ominaisuuksia

Paljemittaria käytetään yleisesti pienissä maakaasun käyttökohteissa. Ne on tarkoitettu tavallisesti alhaisille, tyypillisesti alle 0,5 barin paineille. Palkeisiin perustuvan mittausperiaatteensa vuoksi paljemittari mittaa tarkasti pienetkin kaasumäärät, joten mittarin mittausalue on laaja. Kaasumäärien kasvaessa paljemittarin fyysinen koko kasvaa nopeasti, mikä rajoittaa sen käyttöä.

Kiertomäntämittari on myös hyvin luotettava mittarityyppi, ja se sopii erityisen hyvin jaksottaiselle tai sykäyksittäiselle virtaukselle. Mittarin mittausalue on suhteellisen laaja, muttei yhtä laaja kuin paljemittarin. Kieromäntämittari on herkkä kaasussa oleville epäpuhtauksille ja vaatii sen mukaisen huollon.

Turbiinimittaria käytetään suurempien kaasumäärien mittaamiseen. Kompakti mittari on tarkka mittausalueellaan, kun riittävillä rauhoitusosuuksilla ennen ja jälkeen mittarin varmistetaan, että virtauksen nopeusprofiili on tasainen. Virtauksen on oltava pyörteetön ja häiriötön. Myös erillisiä virtauksen oikaisijoita voidaan käyttää. Jos kohteen kaasuvirtaus on ON — OFF —tyyppinen, tulee huolehtia, ettei mittari rekisteröi niitä pulsseja, jotka syntyvät roottorin pyöriessä hyrrävoiman vaikutuksesta vielä kaasuvirtauksen pysähtymisen jälkeen.

Laippamittari on yleisesti käytössä mm. maiden välisissä maakaasun vastaanottomittauksissa, jolloin määrät ovat suuria. Mittaus perustuu kuristuslaipan aiheuttaman paine-eron mittaamiseen. Tämän tyyppisen mittarin mittausalue suppea, joka merkitsee sitä, että eri suuruisia maakaasuvirtauksia varten tarvitaan useita rinnakkaisia mittauslinjoja laippoineen ja paine-eromittauksineen.

Ultraäänimittarissa mitataan äänisignaalin kulkuaikaa myötä- ja vastavirtaan. Mitattujen kulkuaikojen ja tiedettyjen etäisyyksien avulla saadaan maakaasuvirtauksen keskimääräinen nopeus. Virtauksen nopeusprofiilin on oltava tasainen. Mittari ei aiheuta painehäviöitä.

Akustisessa mittarissa matalataajuiset ääniaallot muodostavat ns. mäntämoodin. Koska äännialloot etenevät tasoaaltona, on mittaus virtausprofiilista riippumaton. Tässäkään mittarissa ei ole kuluvia tai likaantuvia liikkuvia osia. Mittari voidaan sijoittaa eri asentoihin.

Edellisten lisäksi on kehitetty muitakin mittarityyppejä, kuten Coanda-ilmiötä käyttävä fluidistori tai vortex-pyörrevanojen irtoamistaajuutta rekisteröivä Vortex-mittari.

Muunninlaitteet ja kaukoluenta

Suuremmissa maakaasun käyttökohteissa käytetään muunninlaitteita, jotka muuntavat mitatun kaasuvirtauksen normaaliolotilaa vastaavaksi kaasu- ja energiamääräksi. Tarkimmat muunninlaitteet ottavat paineen ja lämpötilan lisäksi huomioon myös kokoonpuristuvuuskertoimen muutokset.

Muunninlaitteesta tiedot voidaan siirtää eri tiedonsiirtotekniikoita käyttäen maakaasukaupan osapuolille käyttöseurantaa ja laskutusta varten. Kaukoluentamahdollisuus on edellytyksenä mm. maakaasun jälkimarkkinakaupankäynnille. Tiedonsiirtotekniikan nopea kehittyminen lisännee kaukoluennan käyttöä pienemmissäkin kohteissa.

Mittauksen järjestäminen

Maakaasukauppojen selvityksen ja laskutuksen perustana olevan maakaasun mittauksen järjestää verkonhaltija. Myös maakaasun ostajalla on oikeus hankkia ja omistaa mittauslaitteisto. Mittauslaitteiston täytyy olla jakeluverkonhaltijan asettamien teknisten vaatimusten mukainen. Mittauslaitteiston lukemisesta ja mittaustietojen ilmoittamisesta sovitaan osapuolten kesken.

Kaasumäärämittarin sijoittaminen

Maakaasumäärämittari sijoitetaan helposti luokse päästävään paikkaan. Mittari tulisi sijoittaa tilaan, jonka lämpötila on vähintään +5 º C. Luonnollinen määrämittarin paikka pientaloissa on tekninen tila, johon muutkin mittaukset, kuten sähkö- ja vesimittaus, on keskitetty. Samaan tilaan voidaan sijoittaa myös paineenvähennyslaitteisto. Usein mittauslaitteisto sijoitetaankin samaan kokoonpanoon  ⇑  paineenvähennyslaitteiston kanssa.

Kaasumäärämittarin jälkeen putkistossa on oltava sulkuventtiili. Venttiiliä ei tarvita, jos kaasu johdetaan samassa tilassa olevalle ainoalle kaasulaitteelle. Venttiilin sijoitusetäisyyttä suunniteltaessa ja muutoinkin mittaria asennettaessa noudatetaan mittarin valmistajan antamia ohjeita esim. suorien putkiosuuksien suhteen. Myös verkonhaltija voi antaa omia sijoitusohjeita.