TCCS TIÊU CHUẨ N CƠ SỞ TCCS 32 : 2009/PVN Xuất bản lần 1 QUI TRÌNH ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO CORIOLIS CHO ĐO LƯU LƯỢNG LƯU CHẤT TRONG ỐNG DẪN KÍN Procedure of Coriolis mass flowmeters measurement of fluid flow in closed conduits HÀ NỘI – 2009 TCCS 32 : 2009/PVN Mục lục Trang Lời nói đầu 4 1 Phạm vi áp dụng 5 2 Tài liệu viện dẫn 5 3 Các thuật ngữ và khái niệm 6 4 Mô tả hệ thống 9 4.1 Sơ đồ khối của một hệ thống đo coriolis 9 4.2 Nguyên lý vận hành 10 4.3 Nguyên lý hoạt động của các thiết bị coriolis trong đo thương mại 13 5 Hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt đồng hồ coriolis 14 5.1 Lựa chọn an toàn 14 5.2 Hướng dẫn lựa chọn lắp đặt vật lý 16 5.3 Lựa chọn độ chính xác 18 5.4 Lựa chọn theo các ảnh hưởng do điều kiện công nghệ và thuộc tính lưu chất 20 5.5 Lựa chọn tổn hao áp suất 21 5.6 Bộ chuyển đổi đo 21 5.7 Máy tính lưu lượng 22 6 Vận hành và bảo dưỡng đồng hồ coriolis 22 6.1 Khởi động hệ thống 22 6.2 Các thông số ảnh hưởng lên vận hành và kết quả đo 22 6.3 Bảo dưỡng 25 7 Hiệu chỉnh và hiệu chuẩn đồng hồ coriolis 26 7.1 Đối với phép đo lưu lượng khối lượng 26 7.2 Đối với phép đo khối lượng riêng 27 7.3 Đối với phép đo thể tích 28 8 Các yêu cầu về kiểm tra nghiệm thu 28 Phụ lục A 30 Phụ lục B 38 Tài liệu tham khảo 41 3 TCCS 32 : 2009/PVN 4 Lời nói đầu TCCS 32 : 2009/PVN do Công ty Chế biến và Kinh boanh các sản phẩm Khí biên soạn, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam phê duyệt và công bố. TIÊU CHUẨ N CƠ SỞ TCCS 32 : 2009/PVN Qui trình áp dụng phương pháp đo Coriolis cho đo lưu lượng lưu chất trong ống dẫn kín Procedure of Coriolis mass flowmeters measurement of fluid flow in closed conduits 1 Phạm vi áp dụng 1.1 Qui trình này đưa ra các hướng dẫn cho việc lựa chọn, lắp đặt, hiệu chuẩn và vận hành các đồng hồ Coriolis để xác định lưu lượng khối lượng, khối lượng riêng, lưu lượng thể tích và các thông số liên quan khác của lưu chất. Qui trình cũng đưa ra những cân nhắc thích hợp liên quan đến lưu chất đo. 1.2 Mục đích chính của đồng hồ coriolis là để đo lưu lượng khối lượng. Tuy nhiên, một số thiết bị đo loại này cũng có thêm các khả năng khác như xác định khối lượng riêng và nhiệt độ lưu chất. Từ phép đo của ba thông số này, có thể tính toán được lưu lượng thể tích và các thông số có liên quan khác của lưu chất. 1.3 Nội dung của qui trình này chủ yếu được áp dụng cho việc đo chất lỏng, tuy nhiên trong một giới hạn cụ thể nào đó cũng có thể áp dụng cho đo các lưu chất khác, hỗn hợp chất rắn hoặc hỗn hợp chất khí trong chất lỏng. 1.4 Mặc dù các đồng hồ coriolis có thể được sử dụng để đo khí nhưng các hướng dẫn về đo khí không nằm trong phạm vi qui trình này. 2 Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết khi áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các bản sửa đổi (nếu có). Thông tư liên tịch số 03/2001/TTLT-BTM-BKHCNMT ngày 06/02/2001 của Bộ Thương mại, Bộ Khoa học Công nghệ và môi trường, Hướng dẫn việc sử dụng đồng hồ xăng dầu (loại thể tích) trong giao nhận mua bán nhiên liệu xuất cho phương tiện thủy. ISO 4185, Measurement of fluid flow in closed conduits – weighing method. ISO 5168, Measurement of fluid flow – Evaluation of uncertainties. ISO 10790, Measurement of fluid flow in closed conduits – Coriolis mass flowmeters. 5 TCCS 32 : 2009/PVN Guide to Expression of Uncertainty in Measurement – GUM. API Manual of Petroleum Measurement Standard (API MPMS): Chapter 4: Proving system; Chapter 5: Metering; Chapter 12: Calculation of petroleum quatities. Micro Motion , Fisher – Rosemount, Proving coriolis flowmeters. OIML R 105, Direct mass flow measuring systems for quantities of liquids. API Manual of Petroleum Measurement Standard, Measurement of crude oil by coriolis meters, first edition. 3 Các thuật ngữ và khái niệm Các thuật ngữ và khái niệm sau đây chỉ được áp dụng trong qui trình này. 3.1 Đồng hồ coriolis (Coriolis meter) Là một thiết bị bao gồm một cảm biến lưu lượng (thiết bị sơ cấp) và một bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu đo – bộ chuyển đổi đo (thiết bị thứ cấp), sử dụng cho đo lưu lượng khối lượng dựa trên nguyên lý của sự tương tác giữa một dòng lưu chất với sự dao động của một ống hay nhiều ống dao động; cũng có thể sử dụng cho đo khối lượng riêng và nhiệt độ của lưu chất trong hệ thống công nghệ. 3.2 Cảm biến lưu lượng – Flow sensor (thiết bị sơ cấp) Là một bộ phận cơ khí bao gồm một ống dao động, hệ thống truyền động, một hoặc nhiều cảm biến đo, cơ cấu giá đỡ và vỏ chứa. 3.2.1 (Các) Ống dao động – Ocillating tube(s) Là ống hoặc các ống mà qua đó đo được lưu lượng của lưu chất. 3.2.2 Hệ thống truyền động – Drive system Là các phương tiện dùng để cảm ứng sự dao động của ống/ các ống. 3.2.3 Cảm biến – Sensor Là một phần tử của phương tiện đo để phát hiện hiệu ứng của lực coriolis và để đo tần số dao động của ống. 3.2.4 Giá đỡ - Supporting structure Dùng để đỡ các ống dao động. 3.2.5 Vỏ chứa – Housing Dùng để tránh sự ảnh hưởng của môi trường tác động lên cảm biến lưu lượng. 6 TCCS 32 : 2009/PVN 3.2.6 Vỏ bảo vệ thứ cấp – Secondary containment Là vỏ chứa được thiết kế để bảo vệ môi trường trong trường hợp ống bị hỏng. 3.3 Bộ chuyển đổi đo – Transmitter (thiết bị thứ cấp) Là một hệ thống điều khiển điện tử để điều khiển và nhận các tín hiệu từ bộ cảm biến lưu lượng sau đó đưa ra đầu ra hoặc các đầu ra các thông số đo lường hoặc tính toán; nó cũng thực hiện các phép hiệu chính xuất phát từ các thông số như nhiệt độ. 3.4 Lưu lượng – Flow rate Là tỉ số giữa lượng lưu chất di chuyển qua tiết diện ngang của cảm biến lưu lượng (ống) và thời gian mà lượng lưu chất đó di chuyển qua tiết diện này. 3.4.1 Lưu lượng khối lượng – Mass flow rate Là lưu lượng trong đó lượng lưu chất di chuyển qua được tính bằng khối lượng. 3.4.2 Lưu lượng thể tích – Volume flow rate Là lưu lượng trong đó lượng lưu chất di chuyển qua được tính bằng thể tích. 3.5 Độ chính xác của phép đo – Accuracy of measurement Là mức độ gần nhau chấp nhận được giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lượng đo. 3.6 Độ lặp lại của kết quả đo – Repeatability Là mức độ gần nhau giữa kết quả của các phép đo liên tiếp cùng một đại lượng đo khi tiến hành trong các điều kiện đo như nhau trên cùng thiết bị đo. 3.7 Độ không đảm bảo của phép đo – Uncertalnty of measurement Là thông số gắn với kết quả của phép đo, đặc trưng cho độ phân tán của các giá trị đo có thể qui cho đại lượng đo một cách hợp lý. 3.8 Sai số tổng thể của phép đo – Total Error Là kết quả của phép đo trừ đi giá trị thực của đại lượng đo. 7 TCCS 32 : 2009/PVN 3.9 Hệ số hiệu chuẩn – Calibration factor Là hệ số biểu thị mối tương quan giữa giá trị đo của thiết bị đo và giá trị đo của thiết bị đo chuẩn. Đối với đồng hồ coriolis chúng là số hoặc các số duy nhất cho mỗi cảm biến được xuất phát trong suốt quá trình hiệu chuẩn, mà khi được lập trình vào trong bộ chuyển đổi đo thì đảm bảo rằng thiết bị đo thực hiện theo đặc tính kỹ thuật đã công bố của nó. 3.9.1 Hệ số hiệu chuẩn lưu lượng – Flow calibration factor Là hệ số hiệu chuẩn liên quan tới phép đo lưu lượng. 3.9.2 Hệ số hiệu chuẩn khối lượng riêng – Density calibration factor Là hệ số hiệu chuẩn liên quan tới phép đo khối lượng riêng. 3.10 Độ lệch điểm không – Zero offset Là giá trị đầu ra của phép đo được chỉ thị ở các điều kiện lưu lượng bằng không, thường là do kết quả của ứng suất bởi các điều kiện công nghệ và các đường ống làm việc xung quanh tác động lên các ống dao động. GHI CHÚ 1: Độ lệch điểm không có thể giảm thiểu bằng cách hiệu chỉnh điểm không. 3.11 Độ ổn định điểm không – Zero stability Là biên độ đầu ra thiết bị đo ở lưu lượng bằng không sau khi đã hiệu chỉnh điểm không. Độ ổn định điểm không được nhà sản xuất diễn đạt theo giá trị tuyệt đối của khối lượng trên một đơn vị thời gian. GHI CHÚ 2: Giá trị công bố của độ ổn định chỉ đúng trong những điều kiện ổn định tại đó không có chất cặn nặng và bong bóng tồn tại trong lưu chất. 3.12 Xâm thực - Flashing Là hiện tượng xảy ra khi áp suất đường ống giảm xuống bằng hoặc nhỏ hơn áp suất hóa hơi của chất lỏng. GHI CHÚ 3: Xâm thực thường do sự giảm áp suất gây ra khi tăng vận tốc chất lỏng. 3.13 Sự tạo bọt – Cavitation Là hiện tượng liên quan tới và xảy ra tiếp theo sau sự xâm thực khi áp suất được phục hồi làm nổ các bong bóng hơi. 8 TCCS 32 : 2009/PVN 3.14 Vật liệu ướt – Wetted material Là vật liệu được sử dụng để chế tạo các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với lưu chất công nghệ khi làm việc như bên trong thành ống cảm biến, 4 Mô tả hệ thống 4.1 Sơ đồ khối của một hệ thống đo coriolis Một hệ thống tổng quát bao gồm các thiết bị thành phần như trên Hình 1. ST P P D 1 2 3 4 15 67 8 9 10 11 13 14 5 Prover CHÚ DẪN: 1- Van cô lập – dùng để cách ly hệ thống đo với hệ thống công nghệ; 2 - Bộ lọc hoặc tách khí – để lọc các chất rắn hoặc tách chất khí ra khỏi lưu chất; 3,7 - Đồng hồ áp suất – dùng để chỉ thị áp suất hệ thống và tính thể tích chuẩn; 4 - Bộ cảm biến và truyền tín hiệu – dùng để đo và truyền tín hiệu lưu lượng; 5 - Đường nối tắt đồng hồ đo; 6 - Đồng hồ nhiệt độ - dùng để đo nhiệt độ hệ thống và tính thể tích chuẩn; 8 - Điểm kiểm tra nhiệt độ; 9 - Điểm kiểm tra/ đo tỷ trọng; 10 - Điểm lấy mẫu; 11 - Các van cô lập để đấu nối với Prover; 12 - Van kết hợp cô lập và xả phục vụ hiệu chuẩn và hiệu chỉnh điểm không; 13 - Van điều khiển lưu lượng – dùng để khống chế lưu lượng cho hệ thống; 14 - Van một chiều - để giới hạn chiều chảy của lưu chất; 15 - Máy tính lưu lượng – dùng để theo dõi, in ấn báo cáo về khối lượng đo được. Hình 1 – Sơ đồ tổng quát hệ thống đo Coriolis 9 TCCS 32 : 2009/PVN 4.2 Nguyên lý vận hành 4.2.1 Nguyên lý đo lưu lượng khối lượng Các đồng hồ Coriolis hoạt động dựa trên nguyên lý các lực quán tính được tạo ra khi một phần tử trong một ống quay dịch chuyển tương đối so với ống của chúng theo phương hướng vào hoặc ra xa khỏi tâm quay. Nguyên lý này được biểu diễn trong Hình 2 ω Ống T v a t a r Δx δm ΔF t r P Hình 2 – Nguyên lý hoạt động của đồng hồ Một phần tử khối lượng δm trượt với vận tốc không đổi v trong một ống T đang quay với vận tốc góc ω xung quanh một điểm cố định P. Phần tử đang chuyển động với một gia tốc mà có thể chia thành hai thành phần: − Gia tốc hướng tâm có độ lớn a r = ω 2 .r và hướng vào tâm P; − Gia tốc tiếp tuyến (coriolis) có độ lớn a t = 2ω.v ở góc phải so với a r và theo phương hướng như Hình 2. Để truyền cho phần tử δm một gia tốc coriolis a t , cần một lực có độ lớn: ∆F= a t .δm = 2ω.v.δm và theo phương của a t . Ống rung tác dụng lực này lên phần tử. Phần tử tác động trở lại một lực cân bằng gọi là lực coriolis ∆F c và được xác định như sau: ∆F c = ∆F = 2ω.v.δm Khi một lưu chất khối lượng riêng ρ chảy với vận tốc không đổi v dọc theo ống dao động đang quay tròn như Hình 2, một chiều dài bất kỳ ∆x của ống dao động chịu một lực coriolis tiếp tuyến có độ lớn là: ∆F c = 2ω.v.ρ.A.∆x 10 [...]... hồ coriolis 6.1 Khởi động hệ thống 6.1.1 Dẫn dòng lưu chất vào hệ thống lần đầu Để tránh nguy hại cho đồng hồ coriolis, cần lắp một đo n ống đệm hoặc đường vòng tại vị trí lắp đồng hồ mỗi lần có dòng lưu chất hoặc đường ống mới trong hệ thống đường ống Bởi vì trong dòng lưu chất hoặc đường ống mới này có thể chứa các phần tử có hại đến cấu trúc của đồng hồ Trong quá trình dẫn dòng lưu chất vào hệ thống,... và sử dụng một thiết bị đo chuẩn Trong mỗi phương pháp thì hai kỹ thuật vận hành có thể được áp dụng: A.2.1.1 Khởi tạo/dừng động học – Việc thu thập dữ liệu được bắt đầu và dừng trong khi lưu lượng của dòng lưu chất đang ổn định Thời gian xử lý tín hiệu của bộ chuyển đổi đo có thể gây trễ ở đầu ra xung Điều này nên được cân nhắc tới khi sử dụng phương pháp động học mà trong đó số lượng nhỏ lưu chất. . .TCCS 32 : 2009 /PVN Trong đó A là diện tích mặt cắt ngang bên trong ống dao động Vì lưu lượng khối lượng qm có thể được biểu diễn như sau: qm = v.ρ A (1) Nên lực coriolis tiếp tuyến ∆Fc có thể suy ra như sau: ∆Fc = 2ω.qm.∆x (2) Từ phương trình (2) có thể thấy rằng phép đo trực tiếp hay gián tiếp lực coriolis tác dụng bởi dòng lưu chất lên ống quay có thể đem lại một phép đo lưu lượng khối lượng. .. ρfl vfl (5) fR = 1 2π Với: Trong đó: fR là tần số tự nhiên hoặc cộng hưởng; C là hằng số độ cứng cơ khí hoặc độ đàn hồi cơ khí của việc bố trí lắp đặt các ống đo lường; m là tổng khối lượng dao động; mt là khối lượng dao động của (các) ống đo; mfl là khối lượng dao động của lưu chất trong (các) ống đo; vfl là thể tích lưu chất trong (các) ống đo; pfl là khối lượng riêng lưu chất Hằng số độ cứng hoặc... phép đo lưu lượng khối lượng và khối lượng riêng, cũng sẽ có ảnh hưởng kết hợp lên độ tin cậy của phép đo thể tích tính toán Đối với các ảnh hưởng cụ thể của dao động trong các điều kiện công nghệ lên lưu lượng khối lượng và các phép đo khối lượng riêng, xem mục 6.2.1 và 6.2.2 6.2.3.2 Ảnh hưởng của đường ống rỗng Một đồng hồ coriolis đo dòng chất lỏng sẽ bị ảnh hưởng bởi các ống đo rỗng hoặc khi lưu chất. .. số lượng thu nhận được (thể tích) phải được chuyển đổi thành khối lượng bằng cách nhân với khối lượng riêng của lưu chất Khối lượng riêng có thể được đo một cách động học bằng cách sử dụng một đồng hồ đo khối lượng riêng trực tuyến hoặc nếu khối lượng riêng lưu chất là không đổi thì bằng các phương pháp lấy mẫu Nếu các thuộc tính của lưu chất đã biết, khối lượng riêng cũng có thể được xác định bằng đo. .. Khối lượng riêng có thể được đo một cách động học bởi sử dụng một đồng hồ đo khối lượng riêng trực tuyến hoặc nếu khối lượng riêng lưu chất là không đổi thì bằng các phương pháp lấy mẫu Nếu các thuộc tính của lưu chất đã biết đầy đủ, khối lượng riêng cũng có thể được xác định bằng cách đo nhiệt độ và áp suất lưu chất trong quá trình kiểm tra Nếu đồng hồ chuẩn là một thiết bị coriolis, nên chú ý tránh... quả đo 6.2.1 Các thông số ảnh hưởng lên phép đo lưu lượng khối lượng 6.2.1.1 Khối lượng riêng và độ nhớt Khối lượng riêng và độ nhớt thường có ảnh hưởng nhỏ lên phép đo lưu lượng khối lượng Vì vậy việc bù thường là không cần thiết Tuy nhiên, trong một vài thiết kế và định cỡ của thiết bị đo, khối lượng riêng thay đổi có thể dẫn đến sai lệch ở đầu ra thiết bị đo ở lưu lượng không và /hoặc thay đổi trong. .. A.1 – Hiệu chuẩn cân trọng lượng dùng bồn chứa Cảm biến Van/Đóng ngắt Bàn cân xe Bộ chuyển đổi đo Hình A.2 – Hiệu chuẩn cân trọng lượng dùng xe bồn 31 TCCS 32 : 2009 /PVN A.2.3 Phương pháp đo thể tích Đồng hồ coriolis có thể được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng phương pháp đo thể tích, ví dụ thu nhận lưu chất kiểm tra vào trong một bồn chứa đã được kiểm chứng (Hình A.3) hoặc sử dụng một chuẩn thể tích (Prover... vì mục đích hiệu chuẩn, các đồng hồ coriolis luôn luôn được coi như các thiết bị đo khối lượng riêng và đo lưu lượng khối lượng Hai thông số này nên được hiệu chuẩn tuân theo các kiến nghị đưa ra trong mục 7.1 và 7.2, trước khi thiết bị đo được sử dụng để đo thể tích Ngay khi thiết bị đo được hiệu chuẩn cho đo lưu lượng khối lượng và khối lượng riêng, có thể dự đo n theo lý thuyết độ chính xác thể . TCCS TIÊU CHUẨ N CƠ SỞ TCCS 32 : 2009/PVN Xuất bản lần 1 QUI TRÌNH ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO CORIOLIS CHO ĐO LƯU LƯỢNG LƯU CHẤT TRONG ỐNG DẪN KÍN Procedure of Coriolis. duyệt và công bố. TIÊU CHUẨ N CƠ SỞ TCCS 32 : 2009/PVN Qui trình áp dụng phương pháp đo Coriolis cho đo lưu lượng lưu chất trong ống dẫn kín Procedure of Coriolis mass flowmeters measurement. là khối lượng dao động của (các) ống đo; m fl là khối lượng dao động của lưu chất trong (các) ống đo; v fl là thể tích lưu chất trong (các) ống đo; p fl là khối lượng riêng lưu chất. Hằng