10. Võrgugaasi mõõtmine

See peatükk räägib Eesti gaasisüsteemis gaasi mõõtmisest. Täpsemalt saab ülevaate
järgnevatest teemadest:

Võrgugaasi mõõtmise üldised põhimõtted
Gaasivoo energia määramine
Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmine
Mõõtetingimustel mõõdetud gaasikoguse teisendamine leppetingimustele
Leppetingimustele teisendatud gaasikoguse (mahu) teisendamine energiaks
Kütteväärtuse/koostise määramine
Ülekandevõrku sisestatud gaasi mõõtmine Karksi ja Värska GMJ-s
Ülekandevõrgust väljastatud gaasikoguste mõõtmine

10.1. Võrgugaasi mõõtmise üldised põhimõtted

Võrgugaasi mõõtmisel võib eristada kahte eesmärki:

Esiteks – ülekandevõrku sisestatud, ülekandevõrgust jaotusvõrkudesse või suurtarbijatele edastatud ning jaotusvõrkudest väljastatud gaasikoguste (energia, mahu) mõõtmine. Eesmärgiks on tagada võrgu kasutajatele võimalikult täpne, läbipaistev ja jälgitav gaasikoguste arvestamine võrku sisestatud ning võrgust väljastatud gaasi mahu ja kütteväärtuse alusel.

Gaasiga kauplemise võrdse kohtlemise eelduseks on gaasi tarnijatele ühtsete põhjendatud gaasi kvaliteedi nõuete esitamine, mis toob kaasa võrkude kaudu edastatavate gaaside kvaliteedinõuetele vastavate, kuid siiski oluliselt erinevate kütteväärtustega gaasidega kauplemise. Vastavalt kehtestatud kvaliteedinõuetele võib võrku sisestatud gaaside kütteväärtuste ja leppetingimustele teisendatud gaasi mahu (kuupmeetrites) energia sisaldus erineda üle kümne protsendi. Gaasi lõpptarbijale on oluline gaasist saadava energia hind. Seega ainult gaasi mahu põhine kauplemine, arvestamata tegelikke tarnitud või turuosalisele edastatud gaasi kütteväärtusi,ei ole turuosaliste vahelistes tehingutes kauba koguse piisavaks mõõduks. Ajalooliselt suletud turu tingimustes, kus oli ainult üks tarnija, arvestati gaasi kütteväärtust gaasi hinnas vastava hinnavalemiga st gaasi kuupmeetri hind sõltus lineaarselt gaasi kütteväärtusest. Avatud turu tingimustes gaasi kütteväärtuse sidumine gaasi hinnaga põhjustaks keerukaid regulatsioone turuosaliste vahel. Lihtsam, arusaadavam ja läbipaistvam on gaasi kauplemine energia alusel. Gaasiturul energia alusel kauplemiseks on vajalik määrata võrgu sisendites ja väljundites energiavood mõõdetud gaasikoguste (mahtude) ning kütteväärtuste kaudu.

Teiseks – ülekandevõrku või jaotusvõrku sisestamiseks mõeldud gaasi võrgukõlbulikkuse (kvaliteedi) määramine. Eesmärgiks on veenduda, et sisestatav gaas ei sisaldaks aineid, mis võivad kahjustada inimest, vara, keskkonda ning gaasi kvaliteet tagaks tarbijate gaasiseadmetes gaasi ohutu ja tõhusa kasutamise.

10.2. Gaasivoo energia määramine

Võrku sisestatud ja võrgust väljastatud gaasi energia määratakse mõõtepunktides mõõtesüsteemide alusel, mis on ehitatud võrgu liitumispunktidele võimalikult lähedale. Lisas 3 on toodud viited energia mõõtesüsteemis kasutatavate mõõtevahendite, kalibreerimisvahendite ja mõõtemeetodite normdokumentidele. Mõõtepunkti läbiva gaasi energia määramine, kasutades ainult kohapeal installeeritud mõõtevahendeid, on tihti ebaproportsionaalselt kulukas, arvestades läbiva gaasivoo suurust. Euroopa Liidu liikmesriikides on sätestatud erinevad reeglid ja meetodid, mida kasutatakse nende suuruste arvutamiseks, mida otseselt ei mõõdeta. Selleks, et hõlbustada gaasiga kauplemist ja ühtlustada eeskirju gaasi energia määramiseks Euroopa Liidus, andis Euroopa Komisjon mandaadi M/017 Euroopa Standardimiskomiteele (CEN – European Committee for Standardization) vastava dokumendi koostamiseks. 2015. aasta detsembris avaldas CEN standardi EVS-EN 1776:2015 uue versiooni, milles on toodud soovitused jagada gaasi energia määramise mõõtesüsteemid lähtuvalt mõõdetava gaasivoo suurusest ja mõõtesüsteemi asukohast gaasisüsteemis nelja täpsusklassi A, B, C, D (vaata Tabel 9).⁵⁶ Iga täpsusklassi kohta on esitatud energia määramise laiendmääramatuse piirid. Mõõtesüsteemide täpsusklassid sõltuvad asukohast gaasisüsteemis (vaata ka Joonis 33).

Tabel 9 Mõõtesüsteemide täpsusklassid

Mõõtesüsteemide täpsusklassid

Mõõtesüsteemide täpsusklassid sõltuvalt asukohast gaasisüsteemis

Joonis 33 Mõõtesüsteemide täpsusklassid sõltuvalt asukohast gaasisüsteemis

Sõltuvalt sellest, millised on mõõtesüsteemile esitatud täpsusnõuded (täpsusklass), koosneb energia määramise mõõtesüsteem:

Erinevatest moodulitest (arvesti, teisendusseade, kütteväärtuse määramise seade jne), mis täidavad neile etteantud ülesandeid ja millised on ühendatud turvatud kommunikatsioonidega, mis garanteerib kaitstud omavaheliste andmete ülekande.

Joonisel 34 on toodud näitena A täpsusklassi energia mõõtesüsteem, mis koosneb mõõtepunktis asuvast gaasiarvestist, leppekoguse mõõturist ja kromatograafist. Kromatograaf edastab pidevalt gaasi koostise leppekoguse mõõturile. Leppekoguse mõõtur teisendab arvestilt edastatud mõõtetingimustel mõõdetud mahu leppetingimustele ja energiaks, kasutades anduritelt saadud gaasi temperatuuri, rõhku ning kromatograafi poolt edastatud gaasi koostist. Mõõtevahendite vaheliste ühenduste plommimisega on tagatud kaitstud juurdepääs parameetritele, mis osalevad mõõtmise tulemuse määramisel.

Tüüpiline A täpsusklassile vastav mõõtesüsteem

Joonis 34 Tüüpiline A täpsusklassile vastav mõõtesüsteem

Erinevatest moodulitest, mis täidavad neile etteantud ülesandeid ja ei ole ühendatud turvatud kommunikatsioonidega, mis garanteeriks kaitstud andmete ülekande.

Sellisel juhul peavad dokumenteeritud sätted kehtestama ning kindlustama selge, läbipaistva, objektiivse ja jälgitava mõõtesüsteemi tarnitud energia koguse arvutamisel. Joonisel 34 on toodud näitena B täpsusklassi energia mõõtesüsteem, mis koosneb mõõtepunktis asuvast gaasiarvestist ja leppekoguse mõõturist (mõõtepunktis gaasivoog 2). Gaasi koostis määratakse kromatograafiga teises mõõtepunktis (mõõtepunktis gaasivoog 1). Eeldades, et gaasivoo 1 ja 2 gaasi koostis on etteantud täpsuse piires võrdne, edastatakse mõõtepunktis gaasivoog 1 määratud gaasi koostis perioodiliselt mõõtepunkti gaasivoog 2 leppekoguse mõõturile. Leppekoguse mõõtur (gaasivoog 2) teisendab arvestilt edastatud mõõtetingimustel mõõdetud mahu leppetingimustele ja energiaks, kasutades anduritelt saadud gaasi temperatuuri, rõhku ning mõõtepunkti gaasivoog 1 kromatograafi alusel saadud gaasi koostisest. Reeglina ei ole kahe mõõtesüsteemi mõõtevahendite andmevahetus vajalikul määral kaitstud, mistõttu on vajalik dokumenteeritud sätetega kehtestada ning kindlustada gaasi koostise omistamise sobivus ja edastamise jälgitavus.

Tüüpiline B täpsusklassile vastav mõõtesüsteem

Joonis 35 Tüüpiline B täpsusklassile vastav mõõtesüsteem

Joonisel 35 on toodud näitena C/B täpsusklassi energia mõõtesüsteem, mis koosneb mõõtepunktis asuvast gaasiarvestist ja leppekoguse mõõturist (mõõtepunkt gaasivoog 2). Leppekoguse mõõtur teisendab arvestilt edastatud mõõtetingimustel mõõdetud mahu leppetingimustele, kasutades anduritelt saadud gaasi temperatuuri, rõhku ning fikseeritud gaasi parameetreid. Energiaks teisendamine toimub keskuses mõõtepunktist gaasivoog 1 saadud gaasi kütteväärtuse ja mõõtepunktist gaasivoog 2 saadud leppetingimustele teisendatud koguse alusel. Dokumenteeritud sätetega on vajalik kehtestada ning kindlustada gaasi kütteväärtuse ning leppekoguse mõõturis fikseeritud parameetrite omistamise sobivus ja edastamise jälgitavus.

Tüüpiline C/B täpsusklassile vastav mõõtesüsteem

Joonis 36 Tüüpiline C/B täpsusklassile vastav mõõtesüsteem

Energia määramise mõõtesüsteemi võib funktsionaalselt jaotada neljaks (vaata ka joonis 37):

Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmine;
Mõõtetingimustes mõõdetud gaasikoguse (mahu) teisendamine leppetingimustele;
Kütteväärtuse/koostise määramine;
Energiaks teisendamine.

Lisas 11.4 on toodud valemid mõõtetingimustes mõõdetud gaasivoo arvutamiseks leppetingimustele ja energiaks.

Energia määramise mõõtesüsteem

Joonis 37 Energia määramise mõõtesüsteem

⁵⁶Gas Infrastructure - Gas Measuring Systems - Functional Requirements

10.3. Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmine

Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmise eesmärgiks on mõõtepunktis ajaühikus toru ristlõiget läbinud gaasi mahu kindlaks määramine. Saadud gaasi maht on tingimustes (gaasi rõhk, temperatuur, koostis), mis need olid vaadeldavas ajaühikus. Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmiseks kasutatavaid mõõtevahendeid nimetatakse gaasiarvestiteks.

Mahulised arvestid

Mahulised arvestid on gaasiarvestid, mis mõõdavad otseselt arvestit läbinud gaasi mahtu perioodiliselt täites ja tühjendades mõõtekambreid. Sellesse rühma kuuluvad membraan-ja rootorarvestid:

Membraangaasiarvesteid kasutatakse Eestis põhiliselt jaotusvõrkudes kodu ja kommertstarbijatele vooga kuni 40 m3/h ning ülerõhuga kuni 0,5 baari edastatud gaasi mõõtmiseks. Ülekandevõrgus kasutatakse membraanarvesteid omatarbeks (GJJ-s gaasi soojendamiseks ja ruumide kütteks) kasutatava gaasi mõõtmiseks. Selle tööpõhimõttega arvesteid on toodetud üle saja aasta, mille jooksul on täiustatud tootmise tehnoloogiat ja võetud kasutusse uusi vastupidavamaid materjale, mille tulemusena on saavutatud metroloogiliste omaduste püsivus pika aja jooksul. Membraangaasiarvestis toimub mõõtmine gaasi läbilaskmisel deformeeruvate vaheseintega mõõtekambritest. Membraangaasiarvestite eeliseks on nende suur mõõtepiirkond, töökindlus ja maksumus. Standardsed membraangaasiarvestid on kasutatavad gaasi ülerõhul kuni 0,5 baari.

Rootorgaasiarvesteid kasutatakse Eestis põhiliselt jaotusvõrkudes kommertstarbijatele vooga üle 40 m3/h ning ülerõhuga kuni 16 baari edastatud gaasi mõõtmiseks. Samuti kasutatakse rootorgaasiarvesteid ülekandevõrgu väljundites, kus edastatava gaasi voog kõigub suurtes piirides. Rootorgaasiarvesti eeliseks on mõõtetäpsus, kompaktsus (kuni DN200), suur mõõtepiirkond ja mittetundlikkus gaasivoo ja rõhu pulsatsioonile. Rootorgaasiarvestis toimub mõõtmine gaasi läbilaskmisel mõõtekambritest, mis moodustuvad arvesti siseseina ja pöörlevate elementide (rootorite) vahel.

Mittemahulised ehk tuletatud mahuga arvestid

Mittemahulised arvestid on gaasiarvestid, mis otseselt mõõdavad gaasivoo kiirust ja teisendavad selle arvestit läbinud gaasi mahuks. Sellesse rühma kuuluvad turbiinarvestid, ultraheliarvestid, keerisarvestid, ahendkulumõõturid jne:

Turbiingaasiarvesteid kasutatakse Eestis põhiliselt ülekandevõrgust väljastatud ja jaotusvõrgust suurtarbijatele edastatud gaasikoguse mõõtmiseks, reeglina alates arvesti nimiläbimõõdust DN200. Turbiingaasiarvestite eeliseks on mõõtetäpsus, mõõtetulemuste hea korduvus, kompaktsus. Puuduseks on suhteliselt lühike mõõtepiirkond ning tundlikkus gaasivoo-ja rõhu pulsatsioonile, mis võib põhjustada olulisi mõõtmise vigasid. Turbiingaasiarvesti on mõõtevahend, milles gaasivoost tingitud dünaamilised jõud põhjustavad turbiiniratta pöörlemise kiirusega, mis on proportsionaalne gaasi vooga.

Ultraheliarvesteid küttegaasi mõõtmiseks on paigaldatud Loo Gaasijaotusjaama (GJJ), Karksi Gaasimõõtejaama (GMJ) ja Paldiski GMJ. Lähitulevikus on oodata nii ülekandevõrgus kui ka jaotusvõrkudes ultraheliarvestite laialdasemat kasutusele võtmist, eelkõige just uute mõõtesüsteemide väljaehitamisel ja vanade turbiinarvestite asendamisel. Eeliseks võrreldes turbiinarvestitega on suurem mõõtepiirkond, sama nimiläbimõõdu juures võimaldab suurema gaasivoo mõõtmist, puuduvad kuluvad mehaanilised osad, oluliselt väiksem tundlikkus gaasivoo-ja rõhu pulsatsioonile, gaasi rõhu või voo järsud muutused ei põhjusta arvesti kahjustumist, väiksem tundlikkus gaasi puhtuse suhtes ning võimalus visualiseerida arvesti korrasoleku hindamiseks kõiki vajalikke signaale ja parameetreid. Olulisemaks puuduseks on ultraheliarvesti eelse sirge toruosa nõue pikkusega kümme arvesti nimiläbimõõtu. Selle nõude täitmiseks on enamasti vajalik olemasolevate turbiinarvestitega väljaehitatud mõõtepaigaldiste ümber ehitamine, mis paljudel juhtudel osutub kulukaks. Ultraheliarvestile mõjub häirivalt ultraheli sagedusega müra, mille spekter kattub ultraheliaervesti töötamise sagedusega. Ultraheliarvestites tuletatakse gaasi mahuvoog kiiruse profiili erinevates punktides kõrgsageduslike helilainete ühest punktist teise läbimise aja mõõtmise teel läbi gaasivoo.

Coriolise gaasiarvestid

Eestis kasutatakse Coriolise arvesteid mootorkütusena kasutatava surugaasi (CNG – Compressed Natural Gas) mõõtmiseks tanklates. Surugaas saadakse võrgugaasi täiendaval kuivatamisel ja kokku surumisel (rõhuni üle 200 baari). Coriolise arvestid mõõdavad gaasi massi.

10.4. Mõõtetingimustes mõõdetud gaasikoguse (mahu) teisendamine leppetingimustele

Vastavalt mõõtesüsteemile esitatud täpsuse nõuetele peab gaasiarvestiga mõõtetingimustes mõõdetud gaasikoguse (mahu) teisendama leppetingimustele teisendusseadme (leppekogusemõõturi, edaspidi LKM) või dokumenteeritud sätete alusel. Reeglina toimub Eestis ülekandevõrgust väljastatud ja jaotusvõrgust ülerõhuga üle 0,5 baari mõõtetingimustes mõõdetud gaasi teisendamine leppetingimustele LKM-ga PTZ meetodil. PTZ meetod tähendab, et teisendusteguri arvutamise sisendsuurusteks on gaasi absoluutne rõhk (P), gaasi absoluutne temperatuur (T) ja gaasi kokkusurutavus (Z). Leppekogusemõõturitele kohalduva standardi EVS-EN 12405⁵⁷ kohaselt. Lähtudes esitatud metroloogilise kontrolli tõendamise erisustest jagatakse LKM-d kaheks:

tüüp 1 LKM, kui terviksüsteem peab olema läbinud Mõõtevahendite direktiivi (MID – Measuring Instruments Directive) 2014/32/EL nõuetekohase vastavuse hindamise, vastama Eesti Vabariigi õigusaktidele ning märgistatud asjakohaste kirjetega.
tüüp 2 LKM, kui eraldi seadmetest koosnevale komplektile peab iga seade (arvutusplokk, rõhu- ja temperatuuri mõõtemuundur) olema läbinud MID-i nõuetekohase vastavuse hindamise, vastama Eesti Vabariigi sätestatud õigusaktidele ning märgistatud asjakohaste kirjetega.

Sõltuvalt tüübist koosneb LKM järgmistest alakoostudest või mõõtevahenditest:

rõhumõõtemuundur;
temperatuurimõõtemuundur; ja
arvutusplokk.

Rõhu ja temperatuuri mõõtemuundurid on vajalikud gaasiarvestis gaasi temperatuuri ning rõhu mõõtmiseks. Mõõtetulemused edastatakse arvutusplokki kas analoog- või digitaalsignaalina. Gaasi kokkusurutavused arvutatakse arvutusplokis standardis EVS-EN 12213⁵⁸soovitatud meetodite kohaselt gaaskromatograafist või andmeside võrgu kaudu edastatud või käsitsi sisestatud fikseeritud gaasi koostise/parameetrite alusel. Mõõtesüsteemi kasutaja määrab dokumenteeritud sätetes metoodika, mis tagab andmeside võrgu kaudu või käsitsi sisestatud fikseeritud gaasi koostise/parameetrite sobivuse ning jälgitavuse. Jaotusvõrkudes on kasutusel ka fikseeritud rõhu väärtusega ainult temperatuuri teisendusega LKM-id ning membraanarvestitesse integreeritud temperatuuri või temperatuuri ja rõhu teisendamise funktsioon. Viimastel aastatel on jaotusvõrkudes kommertstarbijatele edastatud gaasi mõõtmiseks kasutusele võetud membraanarvestid, millesse on integreeritud lisaks leppekogusemõõturi ka salvestus ja kommunikatsiooni moodulid.

Sõltumata LKM tüübist on standardites esitatud järgmised olulisemad nõuded:

Kohaldatud Z arvutamiseks vastavalt standardile EVS-EN ISO 12213;
Mõõtesüsteem, mis peab vastama standardis EVS-EN 1776:2015 toodud A või B täpsusklassi nõuetele peab LKM juhul, kui gaasiarvestil puudub süstemaatilise vea kompenseerimise funktsioon, võimaldama kasutada korrektsiooni funktsiooni gaasiarvesti vea kompenseerimiseks arvesti kalibreerimise tunnistuse alusel.

⁵⁷Gas meters - Conversion devices

⁵⁸Natural gas - Calculation of compression factor

10.5. Kütteväärtuse/koostise määramine

Kütteväärtus ehk kütuse eripõlemissoojus on soojushulk, mis eraldub ühe massi või mahuühiku tahke-, vedel- või gaaskütuse täielikul põlemisel. Tänaseni on kütuste iseloomustamiseks kasutusel mõisted alumine kütteväärtus ja ülemine kütteväärtus. Ülemise kütteväärtuse juures arvestatakse, et põlemisel tekkiv vee aur kondenseerub ja kondenseerumisel eralduvat soojust on võimalik edastada soojuskandjale. Alumise kütteväärtuse juures arvestatakse, et põlemisel tekkiva veeauru kondenseerumisest eralduvat soojust ei edastata soojuskandjale. Gaasi ülemine kütteväärtus on gaasi kui kauba mahu või massiühiku põletamisel maksimaalselt saadav soojushulk, mille kasutamise määr sõltub tarbija kasutavast tehnoloogiast. Euroopa Liidu regulatsioonides lähtutakse turuosaliste võrgugaasi koguste (energia) määramisel gaasi ülemisest kütteväärtusest. Võrgugaasi kütteväärtuse määramiseks on olemas erinevaid meetodeid.

Otsene põletamine

Gaasi põletamisega kütteväärtuse määramisel kasutatakse gaaskalorimeetrit, kus siseneva gaasi kogus mõõdetakse või toimub kindla vooga pidev gaasi sisse voolamine ja seejärel gaas juhitakse põletusseadmesse. Selles põletatakse võrgugaas õhu lisamisega, põlemisproduktid läbivad soojusvaheti, kus põlemisel tekkinud soojus antakse üle kindla kiirusega voolavale soojuskandjale, milleks on vesi või õhk. Soojuskandjas on temperatuuri tõus võrdeline gaasi kütteväärtusega. Kalibreerimist viiakse läbi etalonainega, milleks on suure puhtusastmega metaan või sertifitseeritud kütteväärtusega etalongaas. Kalorimeeter töötab reeglina pidevalt ja väljastab pidevalt kütteväärtuse andmeid, sealjuures on võimalik kasutada andmetöötlust, mis annab keskmise kütteväärtuse mingi ajavahemiku kohta, näiteks tunni või päeva kohta. Täpsuse tagamiseks vajavad kalorimeetrid kontrollitavat ümbritsevat keskkonda.

Koostisest arvutatud kütteväärtus

Gaasi koostis määratakse gaaskromatograafiga. Gaaskromatograaf on analüsaator, mis eraldab maagaasist üksiku mõõdetava komponendi või komponentide grupi. Võrreldes detektori signaale sobiva, hästi määratletud kalibreerimisgaasiga, saab selle alusel määrata gaasi koostise. Saadud koostise põhjal arvutatakse gaasi kütteväärtused ja teised füüsikalised omadused.

Korrelatsioonimeetod

Korrelatsioonimeetodiga määratakse võrgugaasi üks või mitu füüsikalist või keemilist omadust ja kütteväärtus määratakse nende omaduste ning kütteväärtuse tuntud seoste kaudu. Näiteks kütteväärtuse saab määrata gaasi kahe omaduse alusel, milledeks on gaasi tihedus ja heli levimise kiirus gaasis. Eesti ülekandevõrku sisestatud gaasi mõõtmine toimub Paldiski, Karksi ja Värska GMJ-s.

Eesti ülekandevõrgul on järgnevad sisendid:

Värska GMJ kaudu ühendus Venemaa ülekandevõrguga (Irboska –Tartu – Rakvere, DN 500), mõõtesüsteemi maksimaalne gaasivoog ühes suunas so Venemaa ülekandevõrgust Eesti ülekandevõrku on 200 000 m3/h.
Karksi GMJ kaudu Läti ülekandevõrguga (Vireži –Tallinn, DN 700), mõõtesüsteemi maksimaalne gaasivoog mõlemas suunas on 417 000 m3/h.
Paldiski GMJ kaudu ühendus Vireži –Tallinn, DN 700 ülekandetorustikuga ja Eesti ning Soome vahelise merealuse DN500 ühendustorustikuga Balticconnector. Mõõtesüsteemi maksimaalne gaasivoog mõlemas suunas on 322 000 m3/h.
Venemaa ülekandevõrguga lisaühendus (DN400) Narva jõe düükri juures, mis normaalses olukorras on suletud. Erikokkuleppe alusel Loode-Venemaa maagaasi ülekandesüsteemi halduriga (OAO Gazprom Transgaz Sankt-Peterburg) on võimalik importida gaasi läbi Narva ühenduse.
Misso GMJ kaudu ühendus Läti ülekandevõrguga (Valdai-Pihkva-Riia ja Izborsk-Riia, kaks paralleeltorustikku DN 700) Misso piirkonna gaasiga varustamiseks (jaotusvõrk 3,7 km). Misso ühendusel puudub ühendus Eesti ülekandevõrguga.

Mõlemas GMJ-s gaasi energia määramise mõõtesüsteem koosneb neljast põhifunktsioonist:

mõõtetingimustes gaasikoguse mõõtmine;
mõõtetingimustel mõõdetud gaasikoguse teisendamine leppetingimustele;
gaasi koostise ja parameetrite (sh kütteväärtuse) määramine;
leppetingimustele teisendatud gaasikoguse (mahu) teisendamine energiaks.

Lisaks energia määramisele on jaamades väljaehitatud gaasi kvaliteedi määramise süsteem. Kokkuvõtvalt on 5 esitatud Värska, Paldiski ja Karksi gaasimõõtejaamade kogu funktsionaalsus.

Tabel 10 Värska ja Karksi gaasimõõtejaamade funktsionaalsus

Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmine

Mõõtetingimustes gaasikoguse (mahu) mõõtmiseks on Paldiski ja Värska GMJ-s kolm mõõteliini läbimõõduga DN300. Mõõteliinid on varustatud gaasiarvestitega, mis edastavad info mõõtetingimustes mõõdetud mahu kohta kõrge sagedusega impulsside kujul või digitaalsete signaalidena leppekoguse mõõturitesse. Mõõteliine juhitakse vastavalt jaama läbivale gaasivoole kontrolleri abil selliselt, et gaasiarvestid töötaksid neile määratletud mõõtepiirkonnas. Gaasiarvestid on kalibreeritud tegelikule käitamise rõhule lähedase rõhuga ja gaasiga standardi EVS-EN 17025⁵⁹ kohaselt akrediteeritud laboris. Kalibreerimisel saadud mõõtetulemuste laiendmääramatus (k=2) ei ületa 0,15%.

Karksi ja Paldiski GMJ võimaldab gaasi voogu mõõta mõlemas suunas. Karksi GMJ on neli mõõteliini, igal mõõteliinil on kaks järjestikku ühendatud ultraheliarvestit, mis võimaldab pidevalt jälgida mõõtmise täpsust ja kiiresti avastada mõõtmise kõrvalekalded.

⁵⁹ General requirements for the competence of testing and calibration laboratories

Gaasi koostise ja parameetrite määramine Karksi, Paldiski ja Värska GMJ-s

Gaasi koostis ja parameetrid määratakse automaatsete protsessi gaaskromatograafidega. Gaaskromatograaf eraldab maagaasist üksikud komponendid või komponentide grupid ja määrab nende komponentide suhtelise sisalduse alusel maagaasi koostise. Meetodi kirjeldus ja juhised on toodud standardis EVS-EN-ISO 6974⁶⁰. GMJ-s on nn süsivesinike ning inertgaaside koostise määramise kromatograafid ja väävli komponentide määramise kromatograafid. GMJ-de süsivesinike ning inertgaaside koostise määramise kromatograafid on võimelised määrama lämmastiku, süsihappegaasi, hapniku, vesiniku ja süsivesinike kuni C6 osamahtusid. Lähtudes saadud maagaasi koostisest ja üksikkomponentide kohta standardis EVS-EN-ISO 6976⁶¹ toodud füüsikalistest omadustest ja arvutuseeskirjadest arvutatakse kromatograafis maagaasi olulised parameetrid nagu gaasi tihedus, suhteline tihedus, kütteväärtus ja Wobbe arv.

Süsivesinike, hapniku, vesiniku ning inertgaaside koostise määramise gaaskromatograafidelt saadud gaasi tiheduse mõõtetulemuse hindamiseks on lisaks igas GMJ-s eraldi mõõtemuundur leppetingimustes gaasi tiheduse võrdlemiseks.

Sisestatava gaasi kvaliteedi nõuetele vastavuse hindamiseks on igas GMJ-s lisaks kromatograafid väävlikomponentide sisalduse määramiseks ning mõõteseadmed vee-ja süsivesinike kastepunkti määramiseks.

⁶⁰Natural gas - Determination of composition and associated uncertainty by gas chromatography

⁶¹Natural gas - Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe indices from composition

Mõõtetingimustel mõõdetud gaasikoguse teisendamine leppetingimustele

Mõõteliinides mõõtetingimustes mõõdetud gaasi mahud teisendatakse leppetingimustele kasutades leppekoguse mõõtureid. Leppekoguse mõõturi põhifunktsioon on tsükliliselt arvutada teisendamise tegur ja korrutada gaasiarvestilt edastatud gaasi maht teisendusteguriga.

Karksi, Paldiski ja Värska GMJ-de leppekoguse mõõturites arvutatakse teisendustegur PTZ meetodi kohaselt. Teisendusteguri arvutamise sisendsuurusteks on gaasiarvestis mõõdetud gaasi temperatuur ja rõhk ning gaaskromatograafide alusel saadud gaasi koostis Z arvutamiseks.

Lisaks põhifunktsioonina teostavad Värska GMJ leppekoguse mõõturid gaasiarvestite (turbiinarvestite) veakõverate korrigeerimist, mis võimaldab kompenseerida gaasiarvestite süstemaatilisi vigu ja vähendada mõõtetingimustes mõõdetud gaasi mahtude mõõtemääramatusi. Karksi ja Paldiski GMJ-s toimub gaasiarvestite veakõverate korrigeerimine ultraheliarvestites.

Leppetingimustele teisendatud gaasikoguse (mahu) teisendamine energiaks

Leppetingimustele teisendatud maht arvutatakse energiaks LKMis, tsükliliselt korrutades leppetingimustele teisendatud mahtu kromatograafist saadud koostise alusel LKMis arvutatud kütteväärtusega. LKMis on energia nagu ka mõõte-ja leppetingimustel mahu arvestamiseks eraldi loendur, mille alusel saadud näidud ja kogused fikseeritakse LKMi arhiivis ja jaama serveri andmebaasis.

10.6. Ülekandevõrgu väljundid

Ülekandevõrgu väljunditeks olevatesse liitumispunktidesse edastatakse võrgugaas 36 GJJ-st, kus toimub ülekandevõrgust jaotusvõrkudesse või tarbijatele gaasi edastamine, gaasi rõhu redutseerimine, mõõtmine, lõhnastamine ja kokkulepitud tarbimisrežiimi tagamine.

Ülekandevõrgust väljastatud gaasikoguste mõõtmine

Hetkel osutatakse Elering AS poolt ülekandeteenust 45 gaasi ülekandevõrguga ühendatud liitumispunktis (ülekandevõrgu väljundid). Liitumispunktidesse edastatud gaas mõõdetakse GJJ-des (kokku 36 GJJ) mõõtepunktides. Reeglina jaotustorustike liitumispunktid ülekandevõrguga on jaotustorustiku ja AS-i Elering omandis oleva GJJ kinnistu piiri lõikumise kohas.

GJJ-des mõõdetakse mõõtetingimustes gaasi mahtu sõltuvalt gaasivoo suurusest ja varieeruvusest turbiinarvestitega, ultraheliarvestitega või rootorarvestitega. Kõikides ülekandevõrgu väljundites teisendatakse mõõtetingimustes mõõdetud gaasi mahud leppetingimustele leppekogusemõõturitega. Leppetingimustele teisendamisel kasutakse gaasi koostise ja parameetrite fikseeritud väärtusi. Kõikidel leppekoguse mõõturitel on integreeritud andmesalvestid, mis võimaldavad salvestada täistundidel ja talletada kuni üheksa olulist mõõtetulemust mahuga kuni 9 kuud. Kõik leppekogusemõõturid on ühendatud SCADA süsteemi, mis võimaldab reaalajas jälgida GJJ-dest väljuvaid gaasivoogusid ja kõiki olulisi GJJ-de tehnoloogilisi parameetreid.

Ülekandevõrgust väljastatud gaaside kütteväärtused tehakse kindlaks võrku sisestatud gaaside koguste ja kütteväärtuste kaalutud keskmiste väärtuste arvutamise teel bilansiperioodi kohta.

Bilansiperioodis ülekandevõrgust väljastatud gaaside energia määramise aluseks on igas mõõtepunktis mõõdetud gaasi kogus leppetingimustes kuupmeetrites ja mõõtepunkti kohta avaldatud kütteväärtus kilovatttundides kuupmeetri kohta.

Uute ja rekonstrueeritavate gaasi mõõtesüsteemide projekteerimisel on aluseks standardis EVS-EN 1776 ja Rahvusvahelise Legaalmetroloogia Organisatsiooni OIML dokumendis R 140 „Measuring systems for gaseous fuel“ toodud soovitused ning juhised. Kokkuvõtvalt on toodud 6 mõõtesüsteemidele esitatud minimaalset funktsionaalset nõuet ja nõutav täpsusklass sõltuvalt projekteeritava mõõtesüsteemi maksimaalsest gaasivoost.

Tabel 11 Minimaalsed kriteeriumid uue või rekonstrueeritava mõõtesüsteemi kavandamiseks

Minimaalsed kriteeriumid uue või rekonstrueeritava mõõtesüsteemi kavandamiseks

10.7. Võrgugaasi kvaliteedi määramine

Gaasivõrku gaasi sisestamise eelduseks on, et oleks täidetud gaasi kvaliteedi ja omaduste kohta kehtestatud nõuded. Võrgugaasi kvaliteedinõuded on kehtestatud maagaasiseaduse § 6¹ lõike 3, § 10² lõigete 6 ja 7, § 10³ lõike 7, § 12 lõigete 11, 12 ja 13, § 12² lõike 3, § 17³ lõike 2 ja § 24 lõigete 12 ja 6 ning § 36¹ lõike 2 alusel Majandus- ja taristuministri määrusega „ Gaasituru toimimise võrgueeskiri“.

Kvaliteedinõuete eesmärgiks on:

kindlustada võrgugaasi kvaliteedi vastavus olemasolevates gaasiseadmetes kasutuseks sobiva gaasi omadustele. Eestis ülekande ja jaotustorustikuga liitunud tarbijad kasutavad gaasiseadmeid, mis on ettenähtud kasutuseks standardis EVS-EN 437:2021⁶²liigitatud teise perekonna H-grupi põlevgaasile;
vältida selliste ainete võrku sisestamist, mis võivad kahjustada inimesi, vara või keskkonda.

Võrgugaasi kvaliteedi vastavus gaasiseadmetes kasutuseks sobiva gaasi omadustele saavutatakse sisestava võrgugaasi:

Wobbe arvu tagamisega lubatud vahemikus (13,06 – 14,44) kWh/m³. Wobbe arv on küttegaaside vahetatavuse näitaja, mida kasutatakse erineva koostisega küttegaaside põlemisenergia väljundi võrdlemiseks seadmes. Wobbe arv arvutatakse võrgugaasi mahu kohta väljendatud kütteväärtuse ja suhtelise tiheduse alusel;
suhtelise tiheduse tagamisega lubatud vahemikus (0,55-0,75) ja arvutatakse gaaskromatograafi kontrolleris koostise alusel;
inertgaaside (N₂, CO₂,) osamahtude tagamisega lubatud piirväärtuste piires. Inertgaasid on võrgugaasi ballastained, mis vähendavad kütteväärtust. CO₂ koos veeauru kondenseerumise, H₂S ja O₂ põhjustavad torustiku korrosiooni. Piirväärtused CO₂≤ 2,5 mol % ja N₂ ≤ 3 mol %. Inertgaaside osamahud saadakse gaaskromatograafi mõõtetulemusena;
metaanarvu tagamisega lubatud piirväärtuste piires (≥65). Metaanarvu piirväärtusest kõrgemal hoidmine on vajalik seoses Eestis võrgugaasi kasutamisega mootorkütusena (surugaasi tanklad). Võrgugaasi metaanarv on analoogne bensiini oktaanarvuga ja piirväärtuse esitamine peab välistama gaasimootorites detonatsiooni tekkimist. Madal metaanarv on seotud gaasis kõrgemate süsivesinike suurema osakaaluga. Metaanarv arvutatakse standardi EVS-EN 16726 kohaselt gaaskromatograafi mõõtetulemuste alusel;
kütteväärtus on võrgugaasi mahu või massiühiku põletamisel maksimaalselt saadav energiahulk. Kütteväärtuse määramine on vajalik võrku sisestatud ja võrgust väljastatud gaasi energia määramiseks ning Wobbe arvu arvutamiseks. Ülemise kütteväärtuse vähim väärtus on 9,69 kWh/m3. Kütteväärtus, suhteline tihedus, Wobbe arv, süsivesinike kuni C₆ ja inertgaaside, hapniku ja vesiniku osamahud saadakse gaaskromatograafi mõõtetulemusena.

Vältimaks selliste ainete võrku sisestamist, mis võivad kahjustada inimesi, vara või keskkonda on määratletud ained ja nende piirväärtused:

Süsivesinike kastepunkt (≤ -20 C, absoluutsel rõhul kuni 70 baari). Süsivesinike kondenseerumise vältimine on väga oluline võrgugaasi ohutu transportimise ja tarnekindluse tagamisel. Kondensaadi tekkimine võib kahjustada gaasiseadmeid, eriti gaasi voo- ja rõhu regulaatoreid, sulgeseadmeid ja mõõtesüsteeme. Süsivesinike kastepunkt on funktsioon kõrgemate süsivesinike osamahtudest ja gaasi absoluutsest rõhust. Maksimaalne süsivesinike kastepunkti väärtus on võrgugaasi rõhuvahemikus 20 kuni 50 baari (Joonis 38). Süsivesinike kastepunkt määratakse analüsaatori või gaaskromatograafi alusel.

Süsivesinike olek sõltuvalt gaasi temperatuurist ja rõhust

Joonis 38 Süsivesinike olek sõltuvalt gaasi temperatuurist ja rõhust

Veeauru kastepunkt (≤ -8 C, absoluutsel rõhul kuni 70 baari). Veeauru kondenseerudes võib vesi koguneda torustikku, mõõtesüsteemidesse ja teistesse gaasiseadmetesse, põhjustades seal korrosiooni ja moodustades koos teiste gaasis leiduvate ainetega happeid, mis kahjustavad torustikku ning sellega ühendatud gaasiseadmeid. Mõõtesüsteemis kondenseerunud vesi põhjustab olulisi mõõtmise vigasid. Kui gaasi temperatuur on alla 0°C, tekivad jääkorgid, mis vähendab torustiku läbilaskevõimet. Jääkorgid tekitavad rõhulangu, mis omakorda alandab gaasi temperatuuri ja soodustab veeauru kondenseerumist ning see protsess võib lõppeda torustiku kinni külmumisega. Veeauru kastepunkti mõõdetakse niiskuse analüsaatoriga või kastepunkti määramise seadmega. Veeauru kastepunkt on funktsioon gaasi niiskusest ja gaasi rõhust (Joonis 39).

Veeauru kastepunkt sõltuvalt gaasi niiskuse sisaldusest ja rõhust

Joonis 39 Veeauru kastepunkt sõltuvalt gaasi niiskuse sisaldusest ja rõhust

Vesiniksulfiid ja muud väävliühendid. Väävel võib esineda mitmes molekulaarses vormis, vesiniksulfiid H₂S on kõige kahjustavama toimega gaasitorustikule ning gaasiseadmetele sh eriti gaasiturbiinidele ja gaasi kompressoritele. Peale selle on H₂S suuremas kontsentratsioonis ohtlik inimestele ja keskkonnale. Väävelvesiniku ja karbonaatse väävli sisaldus (H₂S + COS) ei tohi ületada 0,007 mg/m3. Üldise väävli sisaldus ilma odorandita (S) ei tohi ületada 0,03 mg/m3. Merkaptaanväävli sisaldus ilma odorandita (RSH) ei tohi ületada 0,016 mg/m³. On mitmeid erinevaid meetodeid väävli komponentide mõõtmiseks, millel igaühel on oma eelised ja puudused. Väävli mõõtesüsteemi lahutamatud osad on kalibreerimise ja proovi käitlussüsteemid.

Täpsemalt saab võrgugaasi kvaliteedinõute kohta lugeda Lisast 11.5.

⁶²Test gases Test pressures. Appliance categories