Założenia projektowe dla instalacji pomiaru cieczy zgodnych z dyrektywą MID

Pomiary przepływu w starożytnym Egipcie były realizowane przez proste pomiary na tamach wodnych. W erze nowożytnej Heron z Aleksandrii (ok. 10–17 n.e.), oprócz innych osiągnięć w matematyce, jako pierwszy opisał zależność między powierzchnią przekroju a prędkością przepływu.

Za początek polskiej metrologii prawnej możemy uważać „Dekret o miarach” podpisany 8 lutego 1919 r. przez Naczelnika Państwa Józefa Piłsudskiego, Prezydenta Ministrów Ignacego J. Paderewskiego oraz Ministra Przemysłu i Handlu Kazimierza Hącia. W 2019 r. Główny Urząd Miar obchodził 100-lecie tego wydarzenia.

Rekomendacje i dyrektywy

Jeżeli chodzi o przepisy i rekomendacje międzynarodowe, biblią każdego metrologa, który zajmuje się pomiarami przepływu, pomiarami geometrii i innymi są rekomendacje OIML (Organisation Internationale de Métrologie Légale) – organizacji zrzeszającej instytucje związane z metrologią i wydającej zalecenia. Istotna dla tematu niniejszego artykułu jest publikacja OIML R 117 dotycząca pomiarów przepływu cieczy innych niż woda. Dokument liczący ponad 100 stron wskazuje, jak powinny być budowane systemy pomiarowe, z jakich elementów powinny się składać i jak powinny być projektowane. Rekomendacje OIML opisują praktycznie wszystkie urządzenia i systemy pomiarowe, łącznie z zaleceniami dotyczącymi umieszczenia kresy pomiarowej w kieliszkach i kuflach „tzw naczyniach wyszynkowych” używanych w barach i restauracjach.

Na rynku Unii Europejskiej obowiązuje dyrektywa Measuring Instruments Directive 2014/32/EU, która w pełni zastąpiła stare „zatwierdzenia typu”. W dyrektywie MID, regulującej wprowadzanie na rynek UE urządzeń pomiarowych, oprócz rygorów znalazły się też pewne udogodnienia. Odpowiedzialność za zgodność z dyrektywą jest przekazana w ręce producenta instalacji, to producent wybiera moduły oceny zgodności oraz jednostkę notyfikowaną do wydania certyfikatu. Dyrektywa MID jest przetłumaczona na język polski i można ją łatwo znaleźć w internecie. Obejmuje ona 10 tzw. załączników szczegółowych. W artykule omówimy załącznik „MI-005: Systemy pomiarowe do ciągłego i dynamicznego pomiaru ilości cieczy innych niż woda”.

Zatwierdzenie instalacji pomiarowej

Jak wykonuje się zatwierdzenie instalacji pomiarowej? Podstawowym dokumentem jest certyfikat systemu (EC Type Examination Certificate) oparty na wytycznych Modułu B, w którym zawarte są podstawowe informacje o aplikacji, instalacji pomiarowej oraz jej funkcjonalności, a także proponowanych urządzeniach pomiarowych, sterujących i odseparowujących opary gazów. Ten dokument opisujemy szczegółowo w dalszej części artykułu. Kolejnym etapem zatwierdzenia jest zawezwanie na obiekt przedstawiciela jednostki notyfikowanej z obszaru Unii Europejskiej (Moduł F) lub uprawnionego przez jednostkę notyfikowaną przedstawiciela producenta (Moduł D). Celem wizyty jest weryfikacja instalacji pomiarowej co do integralności systemu, komponentów oraz funkcjonalności. Inną drogą zatwierdzenia jest tzw. Moduł G dotyczący indywidualnych instalacji zbudowanych z komponentów mających odpowiednie zatwierdzenia. W takiej sytuacji tylko zewnętrzna jednostka notyfikacyjna jest uprawniona do dopuszczenia instalacji do użytkowania. W przypadku firmy Emerson można korzystać ze ścieżki zatwierdzenia według Modułów B + D. 
Wynika to z tego, że firma dysponuje przeszkolonymi i uprawnionymi do certyfikacji rzeczoznawcami.

Dobór i konstrukcja

W grupie „Systemy pomiarowe do ciągłego i dynamicznego pomiaru wielkości cieczy innych niż woda (MID Aneks 005)” mieszczą się instalacje załadunku i rozładunku cystern, bunkrowania statków, instalacje pomiarowe na rurociągach, dystrybutory itp. Instalacje te przeznaczone są do paliw, cieczy ropopochodnych, chemikaliów, alkoholu i cieczy kriogenicznych, które w temperaturze otoczenia mają postaci gazu. Ciekawostką jest to, że woda destylowana także jest cieczą inną niż woda. Może się to wydawać zaskakujące, lecz tak stanowią przepisy. Przy dobieraniu i konstruowaniu instalacji pomiarowej należy pamiętać o rekomendacjach zawartych w OIML R 117.

Jednym z podstawowych parametrów, jakie powinno się określić na początkowym etapie jest klasa dokładności instalacji pomiarowej. MID i OIML wskazują wymagane klasy dokładności układu pomiarowego 0,3; 0,5; 1,0; 1,5 i 2,5 uzależnione od typu instalacji, jak również od warunków procesowych, takich jak medium, ciśnienie, temperatura, lepkość itd. Należy uważnie przestudiować przepisy i parametry aplikacji, aby określić wymaganą klasę pomiaru. Jako przykład można przytoczyć klasę 1,0 wymaganą przy pomiarze ciekłych gazów pod ciśnieniem w temperaturze równej lub wyższej niż –10 °C (np. propan-butan), ale również w przypadkach, w których:

• ciecz ma temperaturę niższą niż –10 °C lub wyższą niż 50 °C,
• ciecz ma lepkość dynamiczną wyższą niż 1000 mPas,
• objętościowy strumień cieczy nie przekracza 20 l/h.

Określenie klasy instalacji pomiarowej warunkuje klasę użytego urządzenia pomiarowego (przepływomierza), która powinna być lepsza i dla powyższego przykładu powinna wynosić 0,6.

O ile jesteśmy zamawiającymi projekt instalacji rozliczeniowej i chcemy rozmawiać z projektantami, musimy znać minimalne wymagania dla instalacji zgodnej z MID. Należy:

1. Określić typ instalacji. Czy jest to przesyłanie, załadunek czy rozładunek cieczy?

2. Określić jednostkę legalną. Czy jest to kilogram czy litr lub litr odniesiony do temperatury referencyjnej, np. 15 °C lub 20 °C?

3. Określić graniczny zakres strumieni, czyli Qmin/Qmaks oraz wartość dawki minimalnej. Dobrym przykładem jest dystrybutor na stacji paliw, na którym łatwo znajdziemy wartość dawki minimalnej.

4. W czasie doboru przepływomierza należy dokładnie sprawdzić warunki procesu, szczególnie temperaturę i ciśnienie.

5. Zapewnić, by instalacja w czasie pracy była ciągle wypełniona cieczą. To jeden z podstawowych warunków opisanych w MID i OIML. Aby go spełnić, często stosuje się separatory gazu.

6. Określić przerywalność instalacji. Oznacza to wybranie algorytmu postępowania w przypadku uszkodzenia miernika zliczającego. Dla instalacji załadunkowych uszkodzenie oznacza zazwyczaj przerwanie nalewu do cysterny. W przypadku instalacji na rurociągu transportującym paliwo do palników w kotle przerwanie może być niedopuszczalne.

7. Zapewnić system podtrzymania napięcia, który jest konieczny.

8. Określić punkt zmiany właściciela. Może to być ramię załadowcze lub pistolet w dystrybutorze na stacji paliw. Oznacza to np., że w czasie tankowania samochodu w przypadku rozlania benzyny na stacji paliw musimy za nią zapłacić, ponieważ jesteśmy już jej właścicielem.

Zaprojektowana instalacja rozliczeniowa może uwzględniać dodatkowe funkcje opcjonalne wymagane przez użytkownika, takie jak:

1. Konwersja objętości rzeczywistej do objętości w temperaturze odniesienia, np. dla mediów ropopochodnych według tabeli API, dla etanolu do temperatury 20 °C. Aby spełnić to wymaganie, projektant musi wyposażyć instalacje w urządzenia mierzące temperaturę, ciśnienie i gęstość.

2. Kontrola nalewu z możliwością blendingu i dozowania dodatków producenckich.

3. Sumowanie strumieni z wielu przepływomierzy w przypadku przesyłania produktu w rurociągach.

4. Wydruk raportów i zapisywanie wyników w pamięci zewnętrznej.

5. Teoretyczne opracowanie budżetu niepewności instalacji, czyli wyliczenie błędu instalacji pomiarowej z uwzględnieniem błędów i niepewności wszystkich elementów zamontowanych w instalacji. Dobranie wysokiej klasy przepływomierza może być nieracjonalne, o ile pozostałe elementy pomiarowe – takie jak czujnik temperatury, przetwornik ciśnienia i gęstościomierz – będą miały niską dokładność.

Certyfikacja

Projektując instalację rozliczeniową, należy szczegółowo przeczytać posiadany przez dostawcę certyfikat systemu (EC Type Examination Certificate), który powinien być wydany przez notyfikowaną instytucję z terenu Unii Europejskiej. Certyfikat ten może być traktowany jako teoretyczny plan do opracowania szczegółowego projektu instalacji pomiarowej, gdyż opisuje aplikacje i media objęte certyfikatem, wskazuje konieczne elementy instalacji, przedstawia schemat blokowy, a także sposób zatwierdzania i miejsca plombowania poszczególnych urządzeń pomiarowych. Przed podjęciem decyzji o budowie i realizacji projektu instalacji rozliczeniowej dobrą praktyką jest wcześniejsza rozmowa z jednostką notyfikowaną celem zatwierdzenia rozwiązania pomiarowego. Pozwoli to uniknąć niepotrzebnych kosztów, jeśli wydanie certyfikatu końcowego będzie obwarowane zmianami w już wybudowanej instalacji.

Jak inwestować perspektywicznie

Przy podejmowaniu decyzji o całości inwestycji warto spojrzeć w przyszłość. Instalacja zostanie wybudowana i zatwierdzona zgodnie z wymaganiami MID przez dowolną notyfikowaną instytucję z obszaru Unii Europejskiej. Jak będziemy sprawdzać instalację pod względem metrologicznym? Jak będziemy legalizować i uwiarygadniać poprawną pracę przed drugą stroną transakcji handlowej? Tą działalnością zajmują się lokalne urzędy miar, a podstawą ich działania są publikowane w Dzienniku Ustaw stosowne rozporządzenia odpowiedzialnych ministrów. W „Rozporządzeniu Ministra Rozwoju i Finansów z dnia 13 kwietnia 2017 r. w sprawie rodzajów przyrządów pomiarowych podlegających prawnej kontroli metrologicznej oraz zakresu tej kontroli” możemy sprawdzić, czy możliwa będzie w przyszłości legalizacja budowanej instalacji. Przytaczamy to rozporządzenie, ponieważ zawiera istotny formalny szczegół, który od lat jest bolączką polskich inwestorów. Otóż w punkcie 4d stwierdza się, że legalizować można instalacje pomiarowe „do pozostałych cieczy innych niż woda o maksymalnym strumieniu objętości Qmax nie większym niż 6000 dm3/min, w tym odmierzacze paliw ciekłych i biopaliw ciekłych”. Oznacza to, że projektując instalację zgodną z MID o przepustowości 10 000 dm3/min musimy rozdzielić strumienie na co najmniej dwa, tak by później umożliwić prawną kontrolę metrologiczną. W sposób oczywisty podraża to koszty inwestycji.

Oprócz formalnych przepisów należy sprawdzić fizyczną dostępność na rynku wzorców do pomiarów kontrolnych służących do uzyskania legalizacji, a także określić przyszłe koszty. W przeszłości wzorcami były kolby pomiarowe niewygodne w użyciu i trudne w transporcie, o ograniczonych możliwościach pomiarowych strumienia przepływu ewentualnie wagi. W polskim oddziale firmy Emerson są używane stanowiska pomiarowe tzw. Master Meter, w których przepływomierzem wzorcowym jest przepływomierz masowy Coriolisa. Wzorce tego typu mają Świadectwo Ekspertyzy wydane przez Zakład Mechaniki Głównego Urzędu Miar stwierdzający, że stanowiskami można legalizować instalacje dla cieczy innych niż woda dla klas instalacji 0,3; 0,5 oraz 1,0. Warto dodać, że tymi wzorcami są legalizowane instalacje rozliczeniowe z mediami o wysokiej temperaturze, do 250 °C, jakimi są instalacje mazutowe w elektrowniach zawodowych, instalacje przesyłu i załadunku ciężkich frakcji ropopochodnych, a także instalacje kriogeniczne z temperaturą minimalną –200 °C. Takie stanowiska zostały zaprojektowane i zbudowane przez spółkę Emerson Process Management.

Zbudowanie instalacji rozliczeniowej wymaga właściwego podejścia do procesu projektowania. Oprócz wymagań technologicznych związanych z przeznaczeniem instalacji, konieczne jest uwzględnienie wielu przepisów i zaleceń, które narzucają sposób budowy i są zawarte w obowiązujących dokumentach OIML, MID, a także w krajowych rozporządzeniach metrologicznych. Znajomość tych przepisów jest kluczowa dla poprawnej realizacji inwestycji i otrzymania końcowego certyfikatu dopuszczającego do użytkowania oraz procesu legalizacji w następnych latach. Warto skorzystać z usług firm o dużym doświadczeniu realizacyjnym, które posiadają odpowiednie certyfikaty MID.

EMERSON PROCESS MANAGEMENT Sp. z o.o.
ul. Szturmowa 2A, 02-678 Warszawa
tel. 22 45 89 100/200
fax 22 45 89 146
www.emerson.com

source: Automatyka 7-8/2020