Dabei wird Gas aus dem Hochdruck-Erdgas-Transportnetz auf einem hohen Druckniveau entnommen, druck- sowie mengengeregelt durch den Prüfstand geleitet und auf einem geringeren Druckniveau stromab wieder ins Gasnetz abgegeben. Das durch den Prüfstand strömende Gas wird dabei zur Kalibrierung der Prüflinge genutzt. Diese Betriebsweise hat viele Vorteile insbesondere hinsichtlich Stabilität der Prüfbedingungen, Energieeffizienz, der Darstellung hoher Differenzdrücke über den Prüflingen und letztendlich beim Betrieb der nationalen Normale.

Eine Erweiterung des bestehenden Prüfstandes hin zu deutlich höheren Durchflüssen und hinsichtlich des Prüfdruckbereiches ist jedoch nur mit einem sogenannten „Closed Loop“ Konzept möglich. Der bestehende Prüfstand wird unverändert weiter betrieben. Parallel wurde ein neuer Anlagenteil gebaut, der „Closed Loop pigsar™“ (CLP), welcher praktisch unabhängig vom Gastransportnetz betrieben wird. Dies erhöht nicht nur die Messbereiche des pigsar™, sondern auch die Flexibilität signifikant.

Highlights:

  • Es können Kunden-Zählermessstrecken mit bis zu 37 m Länge geprüft werden
  • Der CLP ist optimiert für die Prüfung von USZ (lange Einlauflängen, bis zu 2 Strömungsgleichrichter können mit einkalibriert werden)
  • Der Druckbereich erhöht sich auf 8 bis 65 bar
  • Durchflüsse bis 30.000 m³/h (Betriebsdurchfluss) sind möglich, bei Zählernennweiten bis DN500 und mehr
  • Es können 4 Zähler simultan, d.h. in Reihe geschaltet geprüft werden
  • Der CLP wird die vom nationalen Normal der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) abgeleitet und hat somit die best-mögliche Messgenauigkeit.

Schematischer Aufbau des Closed Loop pigsar™ 

Konzeption des CLP

In Strömungsrichtung gesehen, besteht der CLP aus folgenden, wesentlichen Anlagenteilen (s. Skizze):

  • Die Befüllung und Entspannung des CLP erfolgt im Druckbereich 17 bis 50 bar über das Hochdruckerdgas-Transportnetz. Zwei Hochdruckverdichter sorgen dafür, dass der Druck im CLP auf bis zu 66 bar erhöht bzw. bis auf 2 bar reduziert werden kann. Dadurch werden Gasverluste auf ein Minimum reduziert.
  • 3 parallel angeordnete Hochdruckgebläse mit je ca. 950 MW maximaler Leistung sorgen für den kontinuierlichen Durchfluss. Die Regelung des Durchflusses erfolgt über Frequenzumrichter der Gebläsemotoren. Kleinere Durchflüsse werden über Bypass-Leitungen geregelt. Die Gebläse können eine Druckerhöhung bis fast 4 bar erzeugen. Wärmtauscher sorgen dafür, dass die durch das Gebläse eingebrachte Wärme abgeführt wird und eine optimale Temperaturstabilität erreicht wird.
  • Der Referenzwert wird mittels 6 Normalenstrecken ermittelt, s. Tabelle 1. Die Normale sind so ausgelegt, dass ein Gesamtvolumenstrom bis zu 36.000 m³/h messbar ist. Es werden TRZ als Normalenzähler eingesetzt. USZ sind als Vergleichsnormale stromauf installiert.
  • Die beiden Prüflingsstrecken sind in DN500 und DN400 ausgeführt, hier können jedoch auch größere bzw. kleinere Zähler installiert werden. Wie bei der bestehenden pigsar™-Anlage können die Prüflingstrecken alternativ über kleinere Verbindungsleitungen angeströmt werden, um bei kleineren Durchflüssen den sogenannten Line-Pack-Effekt zu reduzieren. Die Länge der Prüflingsstecken beträgt max. 37 m, so dass große USZ mit genügend Einlauflänge selbst bei Reihenschaltungen geprüft werden können.
  • Eine dritte Prüflingsstrecke, ausgelegt in DN200/DN250, ist für neue Primär- und Sekundärnormale der PTB vorgesehen. Über diese Zähler werden die Kalibrierung sowie die regelmäßige Überprüfung der Gebrauchsnormale erfolgen.

Isometrischer Entwurf der neuen Prüfhalle mit den Nebengebäuden

Technische Daten

Die Eckdaten des CLP sind zusammen mit denen des Bypass-Prüfstandes in Tabelle 1 zusammengefasst. Der maximal mögliche Betriebsdurchfluss ist abhängig vom Differenzdruck in der Prüflingsstrecke sowie vom Prüfdruck und kann im mittleren Druckbereich bis 30.000 m³/h betragen.

 Neuer Closed Loop pigsar*bestehender pigsar
Betriebs­durchfluss40 - 30 000 m³/h3 - 6500 m³/h
Absolute Prüf­drücke9 - 66 bar17 - 51 bar
Zähler­nennweiteDN200 - DN600 mm
(8“ - 24“)
DN25 - DN400
(1“ - 16“)
Flansch- und DruckklasseANSI 150 - 1500,
PN16-46
ANSI150 - 1500,
PN16 - 46
Länge der Prüf­streckeca. 37 m8 - 22 m
MediumErdgasErdgas
CMC Unsicherheit (k=2)0,13 % - 0,18 %0,13 % - 0,16 %
Referenz TRZ3xDN150 / G400 (G1000)
3x DN500 / G6500
4x DN100 / G250,
4x DN200 / G1000,
1x DN80 /G160
* Alle Daten des CLP sind Planwerte und können sich noch ändern

Messunsicherheit / Rückführung

Hinsichtlich der Darstellung und Weitergabe des nationalen Kubikmeters für die Hochdruckerdgas-Durchflussmessung und hinsichtlich des europäischen harmonisierten Kubikmeters spielt pigsar™ eine wesentliche Rolle. Alle deutschen und einige internationale HD-Prüfstände sind auf pigsar™ zurückgeführt.

Davon profitiert auch der neue CLP: die Normale des CLP werden im Druckbereich 16 bis 50 bar und bis 6500 m³/h direkt im Rahmen der bestehenden, hochgenauen Kalibrierkette kalibriert. Bis 30.000 m³/h und in den anderen Druckbereichen werden Transferzähler verwendet. Dadurch wird eine optimale Messgenauigkeit erreicht.

Zukünftige Entwicklung hinsichtlich der Rückführungskette

Die Umsetzung des europäischen harmonisierten Bezugsniveaus hat gezeigt, dass die Messunsicherheit durch die Verknüpfung unabhängiger Kalibrierketten verschiedener Länder reduziert werden kann. Voraussetzung dafür ist, dass der Einfluss aller stochastischen Unsicherheitsbeiträge im Vergleich zur Unsicherheit der Rückführungskette kleiner ist, so wie im Fall der an der Harmonisierung beteiligten Rückführungsketten.

Ein Forschungsthema bei der PTB beschäftigt sich mit der Kopie der Prozedur für den harmonisierten Referenzwert auf nationaler Ebene, indem zusätzliche, unabhängige Rückführungsketten entwickelt werden. Ziel ist es, die Messunsicherheit des bestehenden pigsar™ und des neuen CLP zu verbessern. Dazu werden derzeit bei der PTB zwei unabhängige Rückführungsketten aufgebaut:

  • Eine neue, unabhängige Rückführung wird über kritisch betriebene Düsen realisiert. Durch geometrische Vermessung, theoretische Ansätze und Kalibrierungen mit Normalen bei der PTB (bis 16 bar Luft) kann hier bereits eine Messunsicherheit ≤ 0,15 % erzielt werden.
  • Eine Neuentwicklung stellt der PTB HD-Komparator dar. Im Unterschied zur Rohrprüfstrecke handelt es sich hierbei um ein Kolben-Zylinder-System, bei dem der Kolben aktiv angetrieben wird. Momentan wird ein Prototyp kleineren Maßstabs bei der PTB getestet. Ziel ist es, ein neues Primärnormal für den Durchflussbereich 40 – 1600 m³/h mit einer Messunsicherheit von 0,1 % für den neuen CLP zur Verfügung zu stellen.

Diese beiden neuen Kalibrierketten können mit der aktuellen Kalibrierkette mittels des Transferpackages zusammengeführt werden. In dieser Kombination ist eine Messunsicherheit iHv 0,075 % für dieses Transferpackage möglich, was eine deutliche Reduzierung der Messunsicherheit (CMC-Wert) für den pigsar™ bewirken wird.