Transferência de custódia de GNL: Como as tecnologias de medição ultrassônicas mais recentes promovem a precisão necessária

O GNL muda de custódia várias vezes ao longo da cadeia de valor, seja no setor interno de vendas das empresas, entre duas empresas diferentes ou até mesmo entre países. Considerando os navios de transporte de GNL da classe Q-Max, com capacidade de até 266 mil m³ de GNL, o valor financeiro de uma carga de GNL é de aproximadamente 50 milhões de euros por navio (com base em valores médios de densidade, valor calorífico e preços futuros médios de GNL comercializado na Bolsa Europeia de Energia EEX em 2026). Esse GNL precisa ser medido em relação à quantidade de energia que é transferida do vendedor para o comprador. Uma incerteza de 0,1% nessa medição corresponde a aproximadamente 50 mil € em GNL por navio durante a carga ou descarga. Essas incertezas não podem ser totalmente eliminadas, mas podem ser minimizadas.

Como a transferência em larga escala de GNL ocorre em um nível global entre grandes empresas, não há regulamentações locais ou globais que vendedores e compradores sejam obrigados a seguir. Em vez de se vincular a normas globais, a metodologia de medição atual foi derivada de outros produtos de hidrocarbonetos, como óleo, LPG ou outros, e está incluída em guias de prática recomendada, como o Manual de Transferência de Custódia GIIGNL [3]. Uma medição de última geração leva em conta:

1. Medição de quantidade de GNL (volume/massa) através da medição LTD (nível, temperatura, densidade) nos navios de GNL com incertezas previstas de 0,2 - 0,55% (k = 2) para o volume de GNL e outras incertezas em relação à densidade e temperatura
2. Medição da qualidade do GNL (valor de aquecimento) através de GCs e sistemas de vaporização (por exemplo, [4] com incertezas previstas de 0,04% e 0,07% (k = 2)).

A incerteza geral em relação à energia transferida do GNL é indicada no manual como 0,5 - 0,7% (k = 2). Esse número corresponde a uma incerteza financeira de +/- 250 mil € a 350 mil € por transação de grande porte.

Para ambos os mensurandos (quantidade e qualidade), há tecnologias disponíveis capazes de gerar resultados suficientes em boas condições de medição. No entanto, o GNL apresenta alguns desafios adicionais que podem dificultar a obtenção de boas condições de medição em todas as circunstâncias.

Os itens a seguir (entre outros), em especial, precisam ser levados em consideração e corrigidos para alcançar uma leitura de quantidade ou volume precisa no navio de GNL:

• Envie as geometrias individuais do tanque (tabelas de tanques), que convertem as leituras de nível em volume e corrigem as alterações geométricas causadas por partes internas do tanque e por temperatura.
• Movimento do tanque de GNL devido ao movimento da embarcação (banda/compasso) ou devido a corrente de convecção dentro do tanque.
• GNL em ebulição dentro do tanque, borrando os limites entre a fase líquida e a fase gasosa
• Volumes mortos entre tanques no navio de GNL e tanques no terminal.
• Calibração e vedação adequada de todos os instrumentos envolvidos e verificação por um agrimensor para confirmar que todos esses instrumentos são válidos e estão instalados.
• Tempo suficiente de acomodação do tanque antes e depois do carregamento para permitir leituras estáveis e, ao mesmo tempo, necessidade de reduzir as cargas de ocupação dos ancoradouros com transferência rápida de GNL.

Para medição de qualidade no terminal de liquefação ou regaseificação:

• Vaporização de GNL representativa e amostragem com atraso mínimo.

Normalmente, a instrumentação para medição de quantidade pertence à empresa de transporte ou ao proprietário da embarcação, enquanto a instrumentação para medição de qualidade pertence à usina (liquefação/regaseificação), que pode apresentar outras complexidades em caso de contestação.

Os medidores de vazão/caudal ultrassônicos (UFM) e os medidores de vazão/caudal mássica Coriolis (MFM) fazem parte de métodos de medição dinâmicos em linha, diferentemente de métodos de medição estáticos como tancagem ou pesagem (através de pontes de pesagem).  Os conceitos básicos, as vantagens e os desafios da medição estática e dinâmica da quantidade de GNL estão apresentados na tabela a seguir:

Ao mudar de um método de medição estática para dinâmica, os seguintes desafios são resolvidos:

• Geometrias individuais de tanque: A movimentação do navio ou o movimento do fluido dentro do tanque não adiciona incerteza de aplicação mais.
• Nenhum volume ou vazão/caudal de fluidos mortos (GNL/BOG) dentro do navio de GNL (por exemplo, gás combustível) ou fábrica (por exemplo, compressores) precisa ser levado em consideração mais. A montante do ponto de transferência de custódia pertence ao vendedor, a jusante pertence ao comprador.
• O número de instrumentos que podem exigir verificação por parte de um agrimensor para a calibração e vedação adequadas é reduzido drasticamente e os instrumentos estão localizados próximos uns dos outros.
• A instrumentação (quantidade e qualidade) pode ser propriedade completa de uma das partes; teoricamente é possível uma configuração mestre/secundária de todo o sistema (um skid no navio, um skid no cais da fábrica).

Além disso, os UFM oferecem as seguintes vantagens especificamente para medição de GNL de grandes quantidades:

• Disponível em linhas de grande porte de até 36 pol. ou maiores.
• Sem perda de pressão (que pode causar BOG/cavitação).
• Diagnósticos adicionais de processo (por exemplo, velocidade do som) para monitoramento da qualidade de GNL.
• Ser praticamente isento de manutenção e de desvios.
• Transferência de custódia aprovada para UFM disponível (por exemplo, OIML R117).

O medidor de vazão/caudal FLOWSIC900 foi projetado do zero para medição de GNL baseando-se em muitos anos de experiência da Endress+Hauser e da SICK em medição de gás natural. É uma transferência de custódia aprovada de acordo com o padrão OIML R117:2019 para a classe de precisão mais alta 0.3 para uso em "sistemas de medição dinâmica para líquidos diferentes de água". Considerando uma abordagem conservadora, essa medida com UFM atinge somente uma incerteza de sistema de 0,3% conforme o padrão OIML R117, que ainda reflete uma melhoria de incerteza de 0,25% no volume (0,55% reduzido para 0,3%) ou aproximadamente 125 mil € em redução das incertezas financeiras por (des)carga de GNL.

Embora a vantagem de precisão permita o uso do UFM, as preocupações com sua adequação ainda são frequentes. Essas preocupações são abordadas brevemente na seção a seguir.

Durante o processo de aprovação metrológica conforme o mais recente OIML R117:2019, a Endress+Hauser – juntamente com o órgão de aprovação NMi – tomou um cuidado especial em testar a confiabilidade e a incerteza de medição do medidor em condições de GNL criogênico. [5]

Isso inclui testes especiais de transdutor para leituras estáveis e precisas, sob condições criogênicas em um suporte de teste criogênico feito sob medida, bem como a transferência de um fluido de calibração (por exemplo, hidrocarbonetos líquidos ou água) para o fluido-alvo GNL (com baixa viscosidade e com alto número de Reynolds) comprovado em bancada de teste de GNL da VSL na cidade de Roterdã, que é rastreável para as unidades do SI. [6]

Os resultados de calibração ilustrando a transferência de meio, bem como a linearidade e extrapolação para um número de Reynolds maior, são mostrados no gráfico, indicando que esse método pode ser aplicado aos medidores de GNL.

No passado, por vários motivos a indústria de GNL ou petróleo e gás natural no geral não adotou essa nova tecnologia rapidamente. Tradicionalmente, as etapas para tornar a tecnologia uma norma industrial foram as seguintes: Primeiro a tecnologia fica disponível, depois normas globais, locais e empresariais se desenvolvem e, em seguida, a tecnologia passa a ser utilizada e se torna uma norma industrial.

Embora essa seja a maneira mais segura e tradicional de utilizar novas tecnologias, isso atrapalha um pouco as inovações. Por outro lado, não há nenhuma regra que garanta que as transações de GNL devem seguir essas etapas típicas. A Endress+Hauser convida operadores e EPCs a descobrir qual tecnologia se encaixa melhor nas fábricas de GNL atuais e futuras.

A tecnologia UFM em geral pode ser considerada isenta de desvios, e a Endress+Hauser não vê necessidade técnica de recalibração regular de seu medidor de GNL durante a operação normal. Portanto, é mais uma questão de confiar no medidor em campo e de comprovar que esses resultados de medição continuam confiáveis. No momento da publicação, os provadores de GNL com capacidades de até 4.500 m³/h do estão disponíveis, que podem cobrir taxas de vazão/caudal em linhas de (des)carga de até 24 pol. ou, considerando uma extrapolação da comprovação, até mesmo maiores [7].  No entanto, a comprovação é associada a obstáculos práticos como o transporte do sistema de comprovação para o medidor (por exemplo, até um cais),  estabelecer estabilidade metrológica e estabelecer conexões de processo adequadas ao sistema comprobatório.

A recalibração em água ou óleo geralmente é possível, mas envolve puxar o medidor para fora de uma tubulação (provavelmente) isolada. Do ponto de vista do fabricante, o método mais apropriado é reutilizar as abordagens que são padrão atualmente na medição de gás natural e óleo. Essa abordagem envolve o uso de dois UFM com projetos diferentes (possivelmente de fornecedores diferentes) em uma configuração mestre/secundária, em que o medidor secundário é regularmente comparado ao medidor mestre e o medidor mestre pode ser enviado para recalibração sem parar a linha de GNL inteira.  Em outras palavras, os operadores podem considerar a calibração inicial de fábrica como ainda válida, desde que o medidor mestre e o medidor secundário apresentem as mesmas leituras.

Medidores de vazão/caudal ultrassônicos, assim como medidores de vazão/caudal mássica, funcionam idealmente em condições de medição de uma única fase. Essas condições podem ser alcançadas com as devidas precauções do operador, por exemplo, pré-resfriando a linha de medição e garantindo um isolamento térmico confiável ao longo de toda a linha de medição.

O design do FLOWSIC900 minimiza a entrada potencial de calor na área de medição e permite um resfriamento rápido do medidor. Nos testes de vazão/caudal de duas fases na HZDR na Alemanha, foi determinado que a disponibilidade de medição ocorre até 5% da fração do volume do gás (GVF).

Os desafios e preocupações que prejudicaram o uso comum do UFM em transferências de custódia de GNL foram amplamente superados. A tecnologia está pronta. No futuro próximo, espera-se que os UFM sejam vistos cada vez mais em usinas de GNL. Primeiramente, eles serão usados como medidores de processo em linhas de (des)carga para monitoramento da bomba de GNL ou para medição de consumo de GNL e, posteriormente, como medidores de verificação como referência para a medição de nível antes de finalmente poderem obter a norma industrial para transferência de custódia de GNL. Os padrões globais continuarão a desenvolver e facilitar o uso de sistemas de medição de GNL baseados em UFM ou Coriolis para transações de GNL de pequeno a grande porte. Por fim, as incertezas na medição diminuirão ainda mais, permitindo que os operadores de GNL se concentrem nas incertezas econômicas e políticas que provavelmente continuarão existindo.

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), 6ª edição
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’, 17ª edição da Cryogenics 2023 IIR Conference and Exhibition, Alemanha, (24 de abril de 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 de junho de 2024).
7. ‘Cryogenic Meter Provers for LNG Service’, Flow Management Devices, https://flowmd.com/application-specific-meter-provers/cryogenic-meter-provers-for-lng-service/