Nesteytetyn maakaasun laskutusmittauksen: miten uusimmat ultraäänimittausteknologiat tukevat tarvittavaa tarkkuutta

Nesteytetty maakaasu vaihtaa omistajaa useaan otteeseen arvoketjussa, olipa kyseessä yrityksen sisäinen, kahden yrityksen välinen tai jopa maiden välinen myynti. Kun otetaan huomioon viimeisimmät Q-Max-luokan nesteytetyn maakaasun kuljettajat, joiden kapasiteetti on jopa 266 000 m³ nesteytettyä maakaasua, nesteytetyn maakaasun kuorman taloudellinen arvo on noin 50 miljoonaa euroa kuljettajaa kohden (perustuu EEX Euroopan energiapörssissä vuonna 2026 vaihdetun nesteytetyn maakaasun keskimääräisiin tiheyteen, lämpöarvoon ja keskimääräisiin tulevaisuuden hintoihin). Tämä nesteytetty maakaasu on mitattava myyjältä ostajalle siirtyvänä energiana. 0,1 %:n epävarmuus tässä mittauksessa vastaa noin 50 000 euron arvosta nesteytettyä maakaasua kuljettajaa kohden kuormaamisen tai purkamisen aikana. Näitä epävarmuustekijöitä ei voida täysin poistaa, mutta ne voidaan minimoida.

Koska nesteytetyn maakaasun laajamittainen siirto tapahtuu maailmanlaajuisesti suurten yritysten välillä, ei ole paikallisia tai globaaleja säännöksiä, joita myyjien ja ostajien on noudatettava. Sen sijaan, että käytettäisiin maailmanlaajuisesti sitovia standardeja, nykyinen mittausmenetelmä on johdettu muista hiilivetytuotteista, kuten öljystä, nestekaasusta tai muista, ja se sisältyy parhaiden käytäntöjen oppaisiin, kuten GIIGNL Custody Transfer Handbook [3]. Viimeisin mittaus ottaa huomioon:

1. Nesteytetyn maakaasun määrämittaus (tilavuus / massa) LTD-mittauksella (pinta, lämpötila, tiheys) nesteytetyn maakaasun kuljettajille saavutettavissa olevilla nesteytetyn maakaasun tilavuuden epävarmuuksilla 0,2–0,55 % (k=2) ja lisäepävarmuuksilla tiheydelle ja lämpötilalle
2. Nesteytetyn maakaasun laatumittaus (lämmitysarvo) kaasugromatografia- ja höyrystinjärjestelmien kautta (katso esim. [4] saavutettavissa olevilla epävarmuuksilla 0,04 % ja 0,07 % (k = 2)).

Siirretyn nesteytetyn maakaasuenergian kokonaisepävarmuus on käsikirjassa ilmoitettu olevan 0,5 – 0,7 % (k=2). Tämä luku vastaa noin +/- 250 000 – 350 000 euron taloudellista epävarmuutta isoa transaktiota kohden.

Molemmille mittaussuureille (määrä ja laatu) on saatavilla teknologia, joka voi johtaa riittäviin tuloksiin hyvissä mittausolosuhteissa. Nesteytetty maakaasu tuo kuitenkin lisähaasteita, jotka voivat vaikeuttaa hyvien mittausolosuhteiden saavuttamista kaikissa olosuhteissa.

Seuraavat kohdat (muun muassa) on erityisesti otettava huomioon ja korjattava, jotta nesteytetyn maakaasun kuljettajan määrä- tai tilavuuslukema saadaan tarkalleen:

• Lähetä yksittäiset säiliön geometriat (säiliötaulukot), jotka muuntavat pinnan tilavuuslukemiin ja korjaavat säiliön sisäosia ja lämpötilan aiheuttamia geometrian muutoksia.
• Nesteytetyn maakaasun säiliön liike johtuen laivan liikkeestä (lista/trimmi) tai säiliön sisällä olevasta konvektiovirrasta.
• Nesteytetyn maakaasun kiehuminen säiliön sisällä, nesteen ja kaasun välisen vaiherajan hämärtyminen
• Kuolleet tilavuudet nesteytetyn maakaasun säiliöiden ja terminaalissa olevien säiliöiden välillä.
• Kaikkien mukana olevien mittalaitteiden asianmukainen kalibrointi ja sinetöinti sekä tarkastajan tarkastus, että kaikki nämä ovat voimassa ja paikoillaan.
• Riittävä säiliön asettumisaika ennen lastausta ja sen jälkeen mahdollistaa vakaat lukemat, toisaalta on tarve alentaa satamalaituriin kiinnittämisen käyttömaksuja siirtämällä nesteytetty maakaasu nopeasti.

Laatumittaus nesteytys- ja uudelleenkaasutusterminaalissa:

• Edustava nesteytetyn maakaasun höyrystys ja näytteenotto mahdollisimman pienellä viiveellä.

Tyypillisesti määrämittauslaitteet kuuluvat varustamolle tai aluksen omistajalle, kun taas laadunmittauslaitteet kuuluvat laitokselle (nesteytys/uudelleenkaasutus), mikä voi lisätä monimutkaisuutta kiistatilanteissa.

Ultraäänivirtausmittarit (UFM) ja Coriolis-massavirtausmittarit (MFM) molemmat kuuluvat dynaamisiin in-line-mittausmenetelmiin verrattuna staattisiin mittausmenetelmiin, kuten säiliömittaukseen tai punnitukseen (punnitussiltojen kautta). Staattisen ja dynaamisen nesteytetyn maakaasun määrämittauksen peruskäsitteet, edut ja haasteet on esitetty seuraavassa taulukossa:

Kun vaihdetaan staattisesta mittausmenetelmästä dynaamiseen mittausmenetelmää, seuraavat haasteet ratkeavat:

• Yksittäiset säiliön geometriat: Aluksen liike tai nesteen liike säiliön sisällä ei enää lisää sovelluksen epävarmuutta.
• Kuolleita tilavuuksia tai nestevirtauksia (LNG BOG) nesteytetyn maakaasusäiliön (esim. polttokaasu) tai laitoksen (esim. kompressorit) sisällä ei tarvitse enää ottaa huomioon. Säilytyksen laskutusmittauksen ylävirta kuuluu myyjälle, alavirta on ostajalle.
• Niiden mittalaitteiden määrä, jotka katsastajan on ehkä tarkastettava asianmukaisen kalibroinnin ja tiivistyksen varmistamiseksi, vähenee dramaattisesti ja mittalaitteet sijaitsevat lähellä toisiaan.
• Mittalaitteisto (määrä ja laatu) voi olla kokonaan yhden osapuolen omistuksessa, teoriassa on mahdollista koko kokoonpanon master/duty-konfiguraatio (yksi luisto aluksella, yksi luisto laitoksen laiturilla).

Tämän lisäksi UFM tarjoaa seuraavat edut erityisesti nesteytetyn maakaasun suurten määrien mittaukseen:

• Saatavana suuret linjakoot aina 36 tuumaan asti.
• Ei painehäviötä (joka voi johtaa kiehumiskaasuun/kavitaatioon).
• Lisäprosessin diagnostiikka (esim. äänen nopeus) nesteytetyn maakaasun laadunvalvontaan.
• Melkein huoltovapaa ja vakaa.
• Saatavilla laskutusmittaushyväksytty UFM (esim. OIML R117).

FLOWSIC900-virtausmittari on suunniteltu alusta lähtien nesteytetyn maakaasun mittaukseen ja se hyödyntää Endress+Hauserin ja SICKin monivuotista kokemusta maakaasun mittauksessa. Se on hyväksytty käytettäväksi laskutusmittaukseen viimeisimmän OIML R117:2019 -standardin mukaisesti korkeimmalle tarkkuusluokalle 0.3 "muiden nesteiden kuin veden dynaamisissa mittausjärjestelmissä". Konservatiivista lähestymistapaa ajatellen tämä UFM-mittaus saavuttaa vain 0,3 %:n järjestelmän epävarmuuden. OIML R117 -standardi, joka heijastaisi edelleen 0,25 prosentin epävarmuuden parannusta volyymiin (0,55 prosenttia vähennettynä 0,3 prosenttiin) tai noin 125 000 eurolla vähentäisi taloudellista epävarmuutta nesteytetyn maakaasualuksen lastin kuormaamista/purkamista kohti.

Vaikka tarkkuusetu tukee UFM:n käyttöä, huolet niiden soveltuvuudesta ovat edelleen yleisiä. Näitä huolenaiheita käsitellään lyhyesti seuraavassa osiossa.

Viimeisimmän OIML R117:2019 mukaisen metrologisen tyyppihyväksyntäprosessin aikana Endress+Hauser – yhdessä hyväksyntäelimen, NMi:n kanssa – kiinnitti erityistä huomiota mittalaitteen luotettavuuden ja mittausepävarmuuden testaamiseen kryogeenisissa nesteytetyn maakaasun olosuhteissa. [5]

Tämä sisältää erityiset anturitestaukset vakaiden ja tarkkojen lukemien saamiseksi kryogeenisissa olosuhteissa räätälöidyllä kryogeenisellä testitelineellä sekä siirrettävyyden kalibrointinesteestä (esim. vesi tai nestemäiset hiilivedyt) nesteytetyn maakaasun kohdenesteeseen (alhainen viskositeetti ja siten korkea Reynolds-luku), joka on todistettu VSL LNG -yksikkötestipenkillä, joka voidaan jäljittää SI:hin. [6]

Kalibrointitulokset, jotka havainnollistavat väliaineen siirrettävyyttä sekä mittarin lineaarisuutta ja ekstrapolaatiota korkeampaan Reynolds-lukuun, on esitetty alla olevassa kuvassa, mikä osoittaa, että tätä menetelmää voidaan soveltaa nesteytetyn maakaasun mittareihin.

Nesteytetty maakaasu- tai öljy- ja kaasuteollisuus ei ole aiemmin ja tyypillisesti eri syistä hyödyntänyt tätä uutta teknologiaa nopeasti. Perinteisesti vaiheet teknologian muuttamiseksi alan standardiksi olivat seuraavat: ensin teknologia tulee saataville, sitten kehitetään globaaleja, paikallisia ja yritysstandardeja, ja sitten teknologiaa käytetään ja siitä tulee alan standardi.

Vaikka tämä on perinteisin ja turvallisin tapa hyödyntää uutta teknologiaa, se hidastaa hieman innovaatioita. Toisaalta – ei ole olemassa sääntöä, jonka mukaan nesteytetyn maakaasun transaktioiden on noudatettava näitä tyypillisiä vaiheita. Endress+Hauser kutsuu operaattoreita ja EPC:itä selvittämään, mikä teknologia sopii parhaiten nykyisille ja tuleville nesteytetyn maakaasun laitoksille.

UFM-teknologiaa voidaan yleisesti pitää vakaana, eikä Endress+Hauser näe teknistä tarvetta nesteytetyn maakaasun mittarin säännölliselle uudelleenkalibroinnille normaalin käytön aikana. Kysymys on siis enemmän luottamuksesta mittariin kentällä ja siitä, miten todistaa näiden mittaustulosten luotettavuus. Julkaisuhetkellä nesteytetyn maakaasun mittarit, joiden kapasiteetti on jopa 4500 m³/h, ovat saatavilla, ja ne voivat kattaa jopa 24 tuuman (kuormaus-/purkauslinjojen virtausnopeudet tai – testauksen ekstrapoloinnin huomioon ottaen – vielä suuremmat nopeudet [7].  Koestukseen liittyy kuitenkin käytännön esteitä, kuten koestusjärjestelmän kuljettaminen mittaukseen (esim. laiturille), mittausvakauden varmistaminen ja oikeiden prosessiyhteyksien luominen koestusjärjestelmälle.

Uudelleenkalibrointi vedessä tai öljyssä on yleensä mahdollista, mutta siihen liittyy mittarin vetäminen ulos (todennäköisesti) eristetystä putkistosta. Valmistajan näkökulmasta sopivin menetelmä on käyttää uudelleen menetelmiä, joita käytetään nykyään vakioina maakaasun ja öljyn mittauksessa. Tämä lähestymistapa sisältää kahden UFM:n käyttämisen eri mallilla (mahdollisesti myös eri toimittajilta) master/duty-kokoonpanossa, jossa duty-mittaria verrataan säännöllisesti master-mittariin ja master-mittari voidaan lähettää uudelleenkalibroitavaksi koko nesteytetyn maakaasun linjaa pysäyttämättä.  Toisin sanoen käyttäjät voivat pitää alkuperäisen tehdaskalibroinnin edelleen voimassa – niin kauan kuin master- ja duty-mittari näyttävät samat lukemat.

Ultraäänivirtausmittarit – kuten massavirtausmittarit – toimivat ihanteellisesti yksivaiheisissa mittausolosuhteissa. Nämä olosuhteet ovat saavutettavissa asianmukaisilla käyttäjän varotoimilla, esim. annostuslinjan esijäähdytyksellä ja luotettavalla lämmöneristyksellä koko mittauslinjalla.

FLOWSIC900:n muotoilu minimoi mahdollisen lämmön pääsyn mittausosaan ja mahdollistaa mittarin nopean jäähdytyksen. Kaksivaiheisissa virtaustesteissä HZDR:ssä Saksassa on todettu, että mittauskäytettävyys on enintään 5 prosenttia kaasun tilavuusosuudessa (GVF).

Haasteet ja huolenaiheet, jotka ovat estäneet UFM:n yleistä käyttöä nesteytetyn maakaasun laskutusmittauksissa, on suurelta osin voitettu – teknologia on valmis. Lähitulevaisuudessa UFM:itä odotetaan näkevän yhä enemmän nesteytetyn maakaasun laitoksissa. Ensinnäkin niitä käytetään prosessimittareina kuormaus-/purkauslinjoilla nesteytetyn maakaasun pumppujen monitorointiin tai nesteytetyn maakaasun purkuputkiston virtausmittaukseen, ja toiseksi pintamittauksen tarkistusmittareiden vertailukohteena, ennen kuin voivat lopulta saada alan standardin nesteytetyn maakaasun laskutusmittaukseen. Globaalit standardit jatkavat UFM- tai Coriolis-pohjaisten nesteytetyn maakaasun mittausjärjestelmien kehittämistä ja käytön helpottamista nesteytetyn maakaasun pienissä ja suurissa transaktioissa. Lopulta mittausepävarmuus tulee vähenemään entisestään, jolloin nesteytetyn maakaasun operaattorit voivat keskittyä taloudellisiin ja poliittisiin epävarmuustekijöihin, jotka todennäköisesti säilyvät.

1. "GIIGNL Annual Report 2025", International Group of Liquefied Natural Gas Importers (GIIGNL), (2025), www.giignl.org/annual-report
2. ‘Shell LNG Outlook 2025’, Shell, (2025), www.shell.com/what-we-do/oil-and-natural-gas/liquefied-natural-gas-lng/lng-outlook-2025.html
3. "Custody Transfer Handbook", GIIGNL, (2021), 6th edn.
4. "Liquefied Natural Gas – 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., and EHRLICH, A., ‘113 A Cryogenic Test Setup for Characterization of Ultrasonic Flow Measurement’, 17th Cryogenics 2023 IIR Conference and Exhibition, Germany, (24 April 2023).
6. GUGOLE, F., SCHAKEL, M. D., DRUZHKOV, A., and BRUGMAN, M., "Assessment of alternative fluid calibration to estimate traceable liquefied hydrogen flow measurement uncertainty", International Journal of Hydrogen Energy, (21 June 2024).
7. "Cryogenic Meter Provers for LNG Service", Flow Management Devices, https://flowmd.com/application-specific-meter-provers/cryogenic-meter-provers-for-lng-service/