Kaasun virtausmittaus ja virtausmittarin valinta
Kaasun virtausmittaus kertoo, kuinka paljon kaasua kulutetaan tietyssä kohteessa.
Kaasun kulutustietoja voidaan tarvita laskutusta, verohuojennusta taikka ihan vain sisäistä seurantaa varten. Tietoa kaasun hetkellisestä virtauksesta ja virtauksen muutoksista voidaan käyttää apuna myös polttimia säädettäessä.
Energiakaasujen kuten maa-, neste- ja biokaasun virtausmittaukseen voi olla paljonkin syitä, mutta tyypillisesti halutaan tietää kumulatiivinen virtaus, eli esimerkiksi kaasun kulutus kuukaudessa tai viikossa, jotta kustannuksia voidaan jakaa poltin-, prosessi-, asiakas- tai vaikka toimipistekohtaisesti.
Minkälaisia kaasun virtausmittareita on olemassa?
Kaasun virtausmittaus voidaan suorittaa moniin eri periaatteisiin nojaavilla mittareilla. Karkein jako voidaan tehdä täysin mekaanisten mittareiden ja jossakin määrin älykkäiden mittausten välillä.
Mekaanisia ovat turbiini-, kiertomäntä- ja paljekaasumittarit, kun taas älykkäitä ovat esimerkiksi ultraääni-, vortex- ja coriolis-mittarit.
Kaikkien mekaanisten mittareiden tapauksissa kaasun virtaus liikuttaa jonkinlaista elementtiä, jonka liike rekisteröityy kuutioiksi.
Älykkäissä laitteissa ei liikkuvia osia ole, vaan jonkinlainen sensori mittaa virtauksesta jotakin määrettä, minkä perusteella yksinkertainen virtaustietokone laskee kuutioita.
Määrällisesti eniten käytetään mekaanisia mittareita, sillä ne ovat riittävän hyviä useimpiin kohteisiin ja selvästi edullisempia kuin älykkäämmät kilpailijansa. Mutta mitä ”hankalampi” virtaus on, sitä kilpailukykyisemmäksi älymittaukset muuttuvat. Mitä suurempaa ja korkeapaineisempaa mittausta tarvitaan, sitä pienemmäksi hintaero käy. Samoin puhdistamattomalle biokaasulle älylaite, jossa ei ole lainkaan liikkuvia osia, saattaa vähänkään pidemmällä tarkastelulla käydä edullisemmaksi, sillä mekaaninen mittari helposti jumiutuu, jos sen sisäosiin kertyy minkäänlaista epäpuhtautta.
Virtausmittareilla on aina jokin varmennettu mittaustarkkuus. Jotta mittari olisi hyväksytty laskutuskäyttöön, on sillä oltava ns. MID–hyväksyntä (Measurement Instrument Directive), joka on virallisen tarkastuslaitoksen valmistajalle antama hyväksyntä.
Turbiinimittarit
Turbiinimittari on todennäköisesti yleisin mittarityyppi. Sopivia vaihtoehtoja on saatavissa laajalle painealueelle ja niin pienille kuin suurillekin virtausmäärille. Tarjolla on turbiineita niin omakäyttöseurantaan kuin laskutuskäyttöön. Laskutuskäyttöön tarkoitettujen turbiinimittarien runko on yleensä hieman pidempi ja siinä on ensin lyhyt virtauksen rauhoitusosuus.
Nimensä mukaisesti tämän mittarityypin kaasun virtausmittaus perustuu siihen, että kaasuvirtaus pyörittää herkkää turbiinipyörää, jonka kierrokset laskijalaite rekisteröi virranneiksi kuutioiksi. Vaikka turbiinimittarit sopivat monenlaisiin kohteisiin, ne eivät ole paras valinta, kun kaasuvirtaus pysähtyy ja alkaa uudelleen tiheästi. Silloin tarkkuus saattaa kärsiä johtuen siitä, että turbiininpyörä ei pysähdy kuin seinään vaan saattaa hieman pyöriä turhaan, vaikka virtaus on jo pysähtynyt.
Kiertomäntämittarit
Kiertomäntämittarit ovat tarkkoja virtausmittareita, jotka soveltuvat käytännössä kaikenlaisille virtausprofiileille ja erilaisiin asennuspaikkoihin. Toimintatapansa vuoksi ne eivät tarvitse käytännössä lainkaan virtauksen rauhoitusosuutta etupuolellensa taikka jälkeensä. Varsin pienen koon vuoksi asennus on helppo toteuttaa kohteeseen kuin kohteeseen.
Kiertomäntämittarissa kaasu kulkeutuu eräänlaisissa taskuissa mittarin läpi. Tämä tarkoittaa sitä, että mittari rekisteröi hyvin tarkasti juuri sen kaasumäärän, mikä sen läpi virtaa. Mäntä ei siis oikeastaan voi pyöriä ylimääräistä, eikä se toisaalta pienelläkään virtauksella päästä kaasua läpi niin, että se ei rekisteröityisi. Sen vuoksi kiertomännät ovat tyypillisesti laskutuskäyttöön hyväksyttyjä.
Kaikkein suurimmille virtauksille kiertomäntämittareita ei ole saatavissa, vaan kohteet painottuvat pieniin ja keskisuuriin kuluttajiin. Tämän mittarityypin heikkoutena on se, että mikäli mäntä syystä tai toisesta jumiutuu, ei kaasua pääse virtaamaan sen läpi, mikä tietysti vaatii nopeaa reagointia ja mittarin vaihtoa.
Paljekaasumittari
Paljekaasumittarilla hoidetaan tyypillisesti pienten kohteiden kuluttaman kaasun virtausmittaus. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi pienteollisuus tai asuintalojen lämmitys. Paljekaasumittareita on Suomessa erityisesti maakaasuverkon alueella, missä kaasua käytetään edelleen merkittävästi asuntojen lämmitykseen.
Mittareita tuntemattomallekin henkilölle paljekaasumittari voi olla tutun näköinen laite. Siihen on voinut törmätä vaikkapa matkalla Keski- tai Etelä-Eurooppaan, missä maakaasuverkon peitto on laaja ja kaasua käytetään hyvinkin paljon juuri asuntojen lämmitykseen.
Paljekaasumittarin perusteknologia on vuosikymmeniä vanhaa, mutta tänäkin päivänä hyvin toimivaa, ja ne ovat myös hyvin tarkkoja mittareita. Paljemittarissa on sisällä kaksi paljetta, jotka toimivat hieman kuten keuhkot: ne täyttyvät ja tyhjenevät vuoron perään, ja laskurilaite rekisteröi läpi kulkeneet kuutiot.
Kiertomäntämittarin tapaan paljemittarikin on tarkka sen vuoksi, että läpi ei voi päästä kaasua niin sanotusti huomaamatta. Paljemittareiden suurin rajoitus on käyttöpaine, sillä ne soveltuvat tyypillisesti korkeintaan 500 millibarin käyttöpaineelle, joissakin tapauksissa 1 baarin paineelle. Muita mittarityyppejä voidaan käyttää selvästi korkeammissakin paineissa.
Paljekaasumittari on pienissä kokoluokissa hyvin edullinen, mutta koon kasvaminen nostaa nopeasti hintaa. Sen vuoksi paljekaasumittarit ovatkin vakiinnuttaneet paikkansa nimenomaan pienen kulutuksen kohteissa, missä mittaus on helppoa toteuttaa matalassa paineessa.
Älykkäät kaasun virtausmittarit
Kuten aiemmin todettiin, mekaanisten mittareiden lisäksi on saatavilla useampia erilaisia mittaustapoja, joissa kaasun virtausmittaus toteutetaan ilman liikkuvia osia ja joissa mittaustuloksen saamiseen käytetään jonkinlaista älyä ja laskentaa. Näistä tyypillisimpiä lienevät ultraääni-, Vortex- ja Coriolis-mittarit sekä paine-eroon perustuvat mittaukset.
Ultraäänimittarin toimintaideana on lähettää ultraäänisignaali pisteestä toiseen ja laskea virtaus sen kulkuajan taikka Doppler-ilmiön perusteella.
Vortex-mittarissa taas eräänlainen putkeen asennettu tappi laittaa virtauksen pyörteilemään ja sensori mittaa virtauksen taajuuden muutoksia, joista lasketaan sitten virtausmäärä.
Coriolis-mittarissa kaksi virtausputkea värähtelevät hieman eri taajuuksilla virtauksesta riippuen, ja näistä taajuuksista pystytään määrittämän virtausmäärä
Vastaavasti paine-eroon perustuvia virtausmittareita käytettäessä putkessa tuotetaan paine-ero pisteen A ja B välille jonkinlaisen suuttimen, reikälevyn tai venturi-putken avulla, ja tuon paine-eron mittauksen avulla pystytään laskemaan virtausmäärä.
Kaikkia näitä mittaustapoja yhdistää kaksi oleellista ominaisuutta: missään niistä ei ole käytännössä liikkuvia osia ja toisaalta jokaiseen tarvitaan jonkinlainen virtaustietokone tai laskin, joka osaa toteuttaa tarvittavat laskelmat lähettämiensä ja/tai vastaanottamiensa signaalien perusteella.
Etuna tässä tietysti on vähäisempi huoltotarve ja erityisesti likaavien kaasujen kanssa parempi toimintavarmuus. Toisaalta äly nostaa hintaa merkittävästi, minkä vuoksi yksinkertaiseen perusmittaukseen laitteet ovat liiankin hyviä.
On hyvä huomata, että näihin älykkäisiin laitteisiin on usein helppoa yhdistää myös paine- ja lämpötilatiedon mittaus ja kompensointi, jolloin mittari osaa kertoa virtaustiedon suoraan normikuutioina taikka kilogrammoina tunnissa. Mekaaniset mittarit eivät näitä osaa omatoimisesti huomioida, jolloin niiden kanssa on käytettävä tarvittaessa erillistä määrämuunninta.
Määrämuunnin
Mikään mekaanisista mittarityypeistä ei osaa ottaa kantaa kaasun paineeseen, laatuun taikka lämpötilaan. Sen vuoksi mittaustulos, vaikka onkin yleensä tarkka, ei sellaisenaan ole kovin informatiivinen.
Kaasun virtausmittauksessa varsinkin käyttöpaineella on mittaukseen merkittävä vaikutus, koska kaasu on kokoonpuristuva väliaine. Vertailukelpoisen mittaustuloksen aikaansaamiseksi olisi virtaama saatava muutettua normikuutioiksi tai vaihtoehtoisesti kilogrammoiksi.
Normikuutio taikka kilogramma ovat spesifejä arvoja, joita voidaan käyttää esimerkiksi laskutuksessa. Virtausmittarin aikaansaama mittaustulos voidaan muuntaa normikuutioiksi vaikka tietokoneella oikeaa laskukaavaa käyttäen, kun tiedetään kaasun paine, lämpötila sekä laatu (esim. maakaasu G20). Tällaista laskelmaa voidaan varsin luotettavasti käyttää, jos käyttöpaine sekä lämpötila pysyvät vakioina, mutta tähän on myös helpompi ja luotettavampi tapa.
Kaasun määrämuunnin sisältää paine- ja lämpötila-anturit, ja sille tuodaan mekaaniselta mittarilta virtaustieto impulsseina. Sitten kun vielä ohjelmoidaan määrämuuntimeen oikea kaasun laatu, osaa se laskea virtauksen normikuutioiksi ja huomioida myös mahdolliset paineen ja lämpötilan vaihtelut.
Kuten mainittua, useimpiin älykkäisiin mittareihin vastaava ominaisuus on saatavissa optiona tai joissain tapauksissa vakionakin. Määrämuuntimelta tai älykkäältä mittarilta voidaan tarvittaessa lähettää ulkoiseen järjestelmään haluttuja virtaustietoja erilaisilla signaalityypeillä ja protokollilla.
Mikä on paras kaasun virtausmittari juuri minun kohteeseeni?
Mittarin valintaa määrittävät tietysti ensisijaisesti prosessiarvot, kuten käyttöpaine, virtausmäärä, kaasu, kaasun laatu ja niin edelleen.
Karkeasti voisi yleistää, että maa- ja nestekaasulle sekä puhdistetulle biokaasulle mekaaniset mittarit ovat hyvinkin riittäviä ainakin kaasun kulutuskohteissa.
Puhdistamattomalle biokaasulle, muille synteettisille kaasuille sekä esimerkiksi maakaasun vastaanottoasemille tai muihin hyvin suuren virtauksen kohteisiin älykäs virtausmittaus on perusteltu valinta.
Tietenkään mikään ei estä valitsemasta arvokkaampaa mittaria sellaiseenkin kohteeseen, mihin edullisempi voisi teknisesti riittää.
Kysy meiltä, jos kaipaat apua kaasun virtausmittauksessa.
Kirjoittaja
Antero Kaavi
Johtava asiantuntija, neste-, maa- ja muut energiakaasujärjestelmät