copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 1 Date: Matematica/Abstracts Translation of scientific knowledge from text/mathematics to (computer) code without any compromises according; flow,energy,thermodynamics.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 2 Date: Matematica/customers AGA; Measurement of gasflows (O2, N2, GNG…). Söderenergi; Calculation of energy production in powerplants. Siemens; Design of flow meters and calculations.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 3 Date: Matematica/History Founded >25 years ago by Stefan Rudbäck, civ ing (m Sc). First customers;Johnson mek verkstads AB, production of standard flowmeters (ex orifice plates), and AGA (gas production).

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 4 Date: Matematica Naturgas punkter 1. Dagsläget i industrin. 2. Hårdvara 3. Mjukvara 4. Varför Matematica.Lib/naturgas? 5. Klargörande av grundtanken. 6. Nackdelar. 7. Genomgång av handhavandet av systemet. 8. Systemets totalosäkerhet. 9. Framtida utveckling med Matematica/dpns-technology.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 5 Matematica dpns tech sys unc<0.4% Matematica hp tech sys unc<0.7% Real unc of installed natural gas flow meters in Sverige

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 6 dp 4 st temp, Temp_meas Gaskromatograf, GC mäter moldelar av 5 st komponenter CH4,C2H6,C3H8,CO2,N2 strypskiva 1.1 Hårdvara/givare Matematica.Lib Hårdvarudel för naturgas mass- och energiflödesmätning på AGA’s anläggning i Nynäshamn P calculationTemp_cal

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 7 dp 4 temp transm, Temp_meas Gaschromatograph, GC measurement of molfractions of 6 gas components CH4,C2H6,C3H8,C4H10,CO2,N2 Orifice plate 1.1 Hardware/transmitters Matematica high precision system <0,7% unc for natural/Bio- gas flow and energy measurement in a tube P calculationTemp_cal Gas flowTube

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 8 dp T Gas Chromatograph, GC Orifice plate 1.2 Complete hp system P Gas flow Tube kg/h kg MW MWh

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 9 Strypfläns/corner/fläns/D&D/2 tappings med yttre rörledning som medelvärdesbildare. (=Triple-T, rekommenderas framför ringkammare). Symmetriska (impuls)rör + resp - tryckanslutning dp-cell Mitt på = medelvärdesbildning av medelvärdesbildningen rörledning

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Hårdvara/CPU Matematica ABB dpns Energy/Flow computer

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 11 Matematica/Siemens dpns GNG Energy/Flow computer. 1.2 Hårdvara/CPU

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 12 Matematica/Siemens hp/dpns GNG Energy/Flow computer. 1.2 Hårdvara/CPU

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Mjukvara/ Matematica high prec kod för naturgas mass- och energiflödesmätning på AGA’s anläggning i Nynäshamn

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 14 Dpns-technology temp=31,75 mean value =31,74 live values from AGA’s plant in Nynäshamn

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 15 Temp_meas= (mv av 4 st temp, T) abstryck= (Pöver+Patm) dprot= (rotberäknat dp från dp-cell) Moldelar från GC massflöde summerat massflöde energiflöde Summerat energiflöde 2.Matematica naturgas; koppling mellan kod och givare och huvudresultat

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 16 Date: Varför Matematica.Lib? -Kompromisslös kod baserad på dom senaste normerna. -Inga kvalitetsförsämrande ”genvägar” vid översättningen av normerna till kod. -Mät och beräkningssystemet kan förbättras vid behov med Matematica.Lib double precision non stop technology.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 17 Date: Grundtanke/ Öppen design ökar begripligheten=varje parameter beräknas för sig Öppen design förenklar eventuell felsökning.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 18 Date: Grundtanke/ Kompromisslös kod för -Statisk noggrannhet -Dynamisk noggrannhet (även vid snabba signalförändringar räknar koden exakt)

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 19 Date: Grundtanke/3 4.4.Stryktåligt och oberoende av yttre inställningar. 4.5.Vid orimliga givarsignaler ”fryses” summeringarna.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 20 Date: Nackdelar CPU-tid ca >=0,3 s!? (PCS7) Inget vidare men detta är ett pris väl värt att betala!? Rekommendation; separat CPU för denna kod

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/1 Naturgas_7 insignaler

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/2 Naturgas_7 utsignaler

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/3 Temperatur Naturgas_7 temp_ber block Insignaler -Uppmätt temp i C -Flöde i kg/s Utsignal -Beräknad temp i C vid flödesmätarens uppströms tryckuttag (isolerad rörledning) dp 4 st temp, Temp_meas strypskiva P calculationTemp_cal

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 24 Naturgas_7 rot_till_linj block Insignaler 1=linjarisering, 0=utsignal=insignal -inställd skalning av dp-cell i Pa=20mA=span -Rotberäknad uppmätt signal från strypflänsens dp-cell i Pa Utsignal -Linjäriserat differenstryck från dp-cell i Pa Kommentar Varför? Se nästa bild 6. Handhavande/4 linjärisering av dp-signal

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 25 1.Linjär dp-cell A/D-omvandling osäkerhet +-0.1% av span (16 mA) rotfunktion styrsystem 10% flöde = 1 % dp =4.16 mA 10% osäkerhet från A/D-omv 5% osäkerhet 2.Rotutdragande dp-cell A/D-omvandling osäkerhet +-0.1% av span styrsystem 10% flöde = 5.6 mA 1% osäkerhet från A/D-omv Figur 3 som visar hur A/D-omvandlingsfelet minskar med rotutdragande dp-cell. OBS! VID DIGITAL SIGNAÖVERFÖRING (HART T EX)=INGA AD-FEL!

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/5 (statiskt) tryck PaA Naturgas_7 abstryck block Insignal -Uppmätt tryck i PaA Utsignal -Uppmätt tryck i PaA Kommentar 1 Varför detta block? För att systemet skall vara oberoende av yttre faktorer används detta block för att distribuera trycket vid uppströms tryckuttag till övriga block Kommentar 2 abstryck/insignal är ett beräknat tryck= Övertryck plus uppmätt atmosfärstryck i PaA. OBS! Görs ej i detta system.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/6 Naturgas/density naturgas/density block Insignaler -statiskt tryck i PaA -statisk temp i C -Uppmätta mol% av 5 fraktioner i naturgas Utsignaler -densitet i kg/m3 -kompressibilitetsfaktor Z -antal iterationer Kommentar 1 Om insignalerna är exakta beräknas densiteten med 0,1% osäkerhet. För detta behövs ca 1400 rader kod. Kommentar 2 Endast förhållandet mellan insignalerna har betydelse. Mäts med gaskromatograf. Summan kan skilja sig från 100% eller 1 moldelar. Kommentar 3 Iterations Endast trycket kan beräknas explicit enligt normen. För att beräkna densiteten behövs iteringar. Om itereringarna blir> 10 blir utsignalerna 0 och summeringarna ”fryses”.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 28 Date: Beräkningar. Om alla insignaler, instrumentering och mekaniken är enligt spec beräknas sedan flödet med en system totalosäkerhet på mv <+-0,8% av aktuellt flöde.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/7 Flöde Naturgas flöde ISO5167 block Insignaler -linjariserat dp i Pa -d=håldiameter i m -dp<dp_dropout flöde =>(normalflowmass)=0 =summeringarna fryses Utsignaler normalflowmass =flöde i kg/s reynerror=1 =normgränsen underskrides iterations>6=>flode=0 Omvandling från kg/s till kg/h

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/8 Energi Cal_value Beräkning av naturgasens energiinnehåll vid; temp innan förbränning 15C temp efter förbränning 15C +all vattenånga kondenseras efter förbränningen

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Handhavande/9 summeringar Insignaler -effekt eller flöde signal -sort på effekt eller flöde -sort på summerad energi eller mängd -hold=1=>summering= energi_mängd ”fryses” reset>0 summering sätts till resetvärdet reset<0 summering startar från senaste reset>0 Kommentar För att undvika underflow räknar Totalizer-blocket med >100 siffror. Och vad är underflow? Svar; mängd som gått genom röret senaste året= kg mängd som gått genom röret senaste sekunden=1, kg summan av dessa mängder i en dator blir kg, försvinner i underflow>20%. Matematica.Lib totalizer kan summera i hundra år utan underflow.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid Naturgas_7 Systemets totalosäkerhet inkl allt

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 33

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 34 Date: Gaskromatograf (GC) betydelse. Är inte så viktig som man kan tro. Hur mycket försämras systemosäkerheten om GC mätosäkerhet försämras 1-> 2%? Svar: 0,8=>0,81 massflöde 0,82=>0,86 energiflöde

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 35

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 36 Date: Framtida utveckling 8.1 Bättre dp-cell plus digital signalöverföring dp-cell till styrsystem =>0,8-0,6

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 37

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 38 Date: Framtida utveckling 8.2 Dubbla dp-celler =>0,6-0,55 tveksam åtgärd

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 39

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 40 Date: Framtida utveckling 8.2 Dubbla primärelement=> 0,55-0,40 ca, uppskattning. (Kan ej beräknas i Processlines osäkerhetskalkyl i dagsläget)

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 41 Date: Hur långt kan man nå? Detta var några enkla systemoptimeringar för att nå ca 0,4% systemosäkerhet. Med Matematica.Lib dpns technology finns möjlighet att komma nästan hur långt som helst (You name it).

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 42 Date: Framtida utveckling med Matematica/dpns-technology. Om beräkningarna görs optimalt dominerar givarfelen i mät- och beräkningssystemet naturgas_7. Genom att använda Matematica.Lib/dpns-blocket och flera givare kan denna flaskhals reduceras till önskad nivå. Ex se följande bilder.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 43 T1T2T3 T4 T_most_probably Meausure of 4 temps in a tube Failure of transmitter 4 = no problem (compare with simple calc ( )/4=4>>2.146) Double precision non stop technology. Ex 2; Dpns statistical calc of most probably value Signal unlikely value

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 44 Example; Improvement of a GNG massflow/energyflow calc system with Matematica.Lib function block double precision non stop (dpns) Note simplified graphics dpns temp_meas Temp_meas_1 P_abs Matematica.Lib GNG flow/energy double precision non stop technology calculation system <0,4% sys unc dpns flow Flow orifice dp-cell 1 Temp_meas_2 Temp_meas_3 Temp_meas_4 Temp cal Flow orifice dp 2 Flow ISA nozzle dp 1 Flow ISA nozzle dp 2 GC gaskromatograf

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 45 Contact; Matematica Stefan Rudbäck, civ ing +46(0) skype; stefan.rudback

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 46

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 47 Date: Matematica.Lib. The function library that uses scientific state of the art knowledge without compromises. Ex: Power/energy calc with Matematica.Lib can reduce the calc error from typical 5% to <0.3%

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 48 Power/energy calc with Matematica.Lib general function blocks

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 49 Part_1

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 50 Part_2

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 51 Date: Matematica.Lib/dpns (Double precision non stop technology) Specify your demands for; Production reliability and Production precision and Matematica.Lib will meet those demands (Ex; see below)

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 52 Flow signal from one dim flowmeter like US/mag Flow profile corrected ignal , difference=34%! For this case Example of FLOW PROFILES HANDLED BY Matematica dp_flow Date: Double precision non stop technology. Ex 1; Dp_flow.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 53 Let T4_stat_proc_value control the wheight factor wf4 (T4_proc=wf4*T4_stat_proc and so on for 1,2,3) =(1+2+3)/3

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 54 Matematica.Lib.dpns block under normal conditions T1T2T3T4 T_avg

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 55 With Matematica double precision non stop technology the following is possible; -The measurement uncertainty can be reduced to a limit defined by the user (to a certain limit). -The reliability can be improved to a limit defined by the user. (transmitter failure will be non-stop handled by the dpns-system) -Transmitters can be simplified. Failures will be non-stop handled. -Safety system operating parallell with the production system can be eliminated. Failures will be non-stop handled. -Real transmitter errors will be calculated.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 56 Exemple of Matematica.Lib funktion blocks

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 57 Example of Matematica.Lib function blocks

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 58 Matematica.Lib in list form

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 59 Matematica.Lib in list form 2

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 60 Matematica.Lib steam MMI

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 61 Soft package Matematica calculation system for GNG delivery of kg and energy amount at Nynäs/Sweden MWh kg

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 62 Matematica:Lib Natural Gas GNG density calculation Code based on ISO <0.1% uncertainty >1400 statements of code in naturgasdens function block Siemens PCS 7 /ABB CB General and precise

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 63 Soft package Matematica calculation system for GNG delivery of kg and energy amount at Nynäs/Sweden

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 64 Matematica:Lib Naturgas GNG flow calculation Code based on ISO 5167 = 0.5% uncertainty >450 statements of code in ISO_5167 function block (orifice plates, venturis and nozzles) Siemens PCS 7/ABB CB General and precise

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 65 Soft package Matematica calculation system for GNG delivery of kg and energy amount at Nynäs/Sweden

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 66 Matematica:Lib Naturgas GNG totalization of power to energy with function block Totalizer_3. Code developed by Matematica with 84 digits without underflow. May summarize in 100 years with 1 ms sampling <0.0001% underflow. Totalizer_3 function block appr. 800 statements of code Siemens PCS 7/ABB CB General and precise

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 67 Date: Matematica How can Your organisation and Matematica cooperate in the future? There are (at least) 4 possibilities;

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 68 Date: Matematica-Your organisation coop 1. Start point; Consult basis. Matematica designes/calculates/generates control system code with Processline.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 69 Date: Matematica-Your organisation coop 2. Developed coop; Licens agreement for Processline.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 70 Date: Matematica-Your organisation coop 3. Developed coop; Simulation licens (Windows) for Matematica.Lib.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 71 Date: Matematica-Your organisation coop 4. Developed coop; Simulation and online- license (Windows and Siemens/ABB) for Matematica.Lib.

copyright (c) 2011 Stefan Rudbäck, Matematica, , matematica.se sid 72 Date: At last; I hope some of my soft or hard packages can help Your organisation to better business in the future. Do not hesitate to contact me for a discussion of the first step in a future cooperation. Regards Stefan Rudbäck, Man dir, civ ing, M Sc