Flow measurement manual Phương pháp đo lưu lượng

Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự
PHẦN I:
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG
1.Tính chất cơ bản của Lưu chất.

Chất lỏng dể dàng thay đổi hình dạng khi có những lực không cân bằng đặt vào nó.
Những phần tử của chất lỏng có lực ma sát với nhau. Khi chất lỏng chảy trên bề mặt của vật
chất khác thì mặt trên của chất lỏng có vận tốc là lớn nhất. Tại mặt tiếp xúc với vật chất, vận tốc
chất lỏng bằng 0. Do đo, vận tốc chất lỏng lớn nhất tại tâm ống dẫn, và bằng 0 tại mặt tiếp xúc với
ống dẫn.
Dòng chảy của chất lỏng có 2 dạng là chảy tầng (hệ số Reynold <2000) và chảy rối (hệ số
Reynold > 4000).
Độ nhớt ( viscosity ) thể hiện tính cản trở dòng chảy của chất lỏng ( tính ma sát). Turbin
Meter hoạt động tốt với chất có độ nhớt thấp. Displayment Meter được dùng để đo chất có độ nhớt
cao.
Lưu lượngq của chất lỏng chảy qua tiết diện A là q = v.A
2.Orifice Meter và Differential Pressure Meter
Orifice Meter được sử dụng rộng rải trong việc đo dầu, khí trong công nghiệp. Orifice Meter
là loại đo lưu lượng theo kiểu chênh áp. Những loại khác của do chênh áp là venture Meter và
Nozzle Meter ( thường dùng như Meter Prover).
Hình Orifice Meter:

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
1/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Chuẩn của đường kinh tấm lỗ: dm ± 0.0005 inch per inch of diameter (≥1 inch) (ĐK chuẩn).
0.376 inch ≤ dm ≤ 1 inch thì dm ± 0.0005 inch
0.251 inch ≤ dm ≤ 0.375 inch thì dm ± 0.0004 inch
Đường kính tấm lỗ tại nhiệt độ Tr với hệ số giãn nở nhiệt α
dr = dm[1+α(Tr – Tm)]
Đường kính ống đo: Dr = Dm[1+α(Tr – Tm)]
β = dr/Dr
Lưu lượng tính theo khối lượng: kg/s

Lưu lượng tính theo thể tích (m3/s):

ρ: tỷ trọng của lưu chất.
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
2/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự
Hệ số lấp đầy: C
Hệ số giãn nở của chất lỏng: ε

Độ lệch tâm: khoảng cách tâm của tấm lỗ và đường tâm của ống giữ tấm lỗ

Đối với Venturi Meter thì C lớn hơn 0.95

Nozzle Meter thì Cd lớn hơn 0.9
3. Turbine Meter:
Có tầm đo lưu lượng rộng. Tỉ lệ giữa vận tốc lớn nhất và nhỏ nhất là 20:1 đến 30:1 đối với

đo chất lỏng; 100:1 đối với đo khí. Trong thương mại, Turbine đo chất lỏng thường được chấp
nhận vì có thể kiểm tra và calibrate. Đo chính xác. Thiết bị nhỏ, nhẹ và bền. Tầm nhiệt độ và áp
suất rộng
Tuy nhiên, Nó cũng có những khuyết điểm như: cần phải có dòng chảy; điều khiển áp xuất
tránh tạo bọt khí, khoảng trống; không do được chất có độ nhớt cao; đòi hỏi có bộ lọc ….
Turbine đo khí có nose cone chiếm khoảng 2/3 housing có tác dụng tăng mật độ khí, tăng
ma sát với cánh quạt, tăng tốc độ dòng chảy tạo ra đủ lực làm quay turbine, tăng độ chính xác của
phép đo.
Do chất lỏng có mật độ phân tử nhiều, lực ma sát lớn nên nose cone turbine đo chất lỏng
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
3/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

nhỏ. Nó có tác dụng giảm ma sát, giảm lực tác động lên cánh quạt tránh hư hỏng

Gas Turbin Meter

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
4/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Liquid Turbin Meter

Độ chính xác : ± 1% với độ lập lại (repeatability) là ± 0.05% ( chất lỏng), ± 0.1% ( khí).
Thiết kế đường ống đo:

1: Valve khóa.
2: Bộ đo chênh áp( Nếu cần )
3. Bộ Filter, strainer, bộ lọc khí( Nếu cần ).
4. Ống hướng dòng
5. Turbin Meter
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
5/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự
6. Ống thẳng
7. Bộ đo áp suất
8. Bộ đo nhiệt độ

Đường kính Turbin Meter: D
Ống Upstream: L1 ≥ 10*D. Ống Downstream L2 ≥ 5*D
A = 2*D đến 3*D.
B = 2*D đến 3*D.
Ống hướng dòng: gồm nhiều ống nhỏ hàn lại với nhau, không đòi hỏi các ống có cùng
đường kính.

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
6/36

Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

- Tác dụng: Giảm dòng xoáy, khử bọt khí ( nếu có ), tăng độ chính xác của phép đo.
- Đường kính ống nhỏ a: nhỏ hơn 1/4 đường kính ống lớn D.
- Số ống b ≥ 4.
- Chiều dài ống lớn hơn 10 lần a.

4. Ultrasonic Meter
Nguyên lí đo của bộ siêu âm dựa vào sự sai lệch thời gian đi của sóng siêu âm lúc xuôi
dòng và ngược dòng
Độ không đảm bảo do lưu lượng của Ultrasonic Meter có thể đạt được là ± 0.2%

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
7/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Công thức tính vận tốc trung bình của lưu chất :
C: Vận tốc âm thanh trong chất lỏng. Vm vận tốc dòng chảy.

Thực tế: Vm luôn luôn khác vận tốc thực của dòng chảy nên ta phải có hệ số bù K

5. Meter Prover
Mục đích của Proving ( hiệu chuẩn): Sau một thời gian hoạt động, meter sẽ không còn chính
xác nữa, hệ số K của turbine không còn đúng nên Proving là xác định độ chính xác của Meter, xác

định hệ số K của Turbine tính lưu lượng.
Yêu cầu chung khi hiệu chuẩn: số xung trên 1 mẫu ≥ 10.000. Phải chạy hệ thống để dòng
chảy ổn định về nhiệt độ, áp xuất và đuổi khí ra khỏi đường ống trước khi hiệu chuẩn.
Thời gian chạy ít nhất với vận tốc lớn nhất là 1 phút / 1 lần lấy mẫu.
Mỗi vận tốc lấy 3 lần mẫu với accuracy ( ≤ 1% ) và repeatability (≤ 0.05% ) trong giới
hạn cho phép
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
8/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Meter factor sẽ được tính từ 5 lần với 5 vận tốc chạy từ 10% – 100% vận tốc turbin.
Hệ số K: số xung/m3

Có các loại meter prover:
5.1. Master Meter Prover
Dùng Turbine Meter như Master Meter để hiệu chuẩn turbine. Đường ống proving
của Master Meter cũng được thiết kế như đường ống đo lưu lượng turbine. Repeatability:
0.05 %.
5.2. Conventional pipe Prover
Repeatability: 0.02 %
Thiết bị hiệu chuẩn loại ống chuẩn gồm có hai loại: một chiều và hai chiều. Bên trong
đoạn ống hình chữ U có một quả cầu với đường kính lớn hơn đường kính của ống một ít. Trên
đoạn ống này có gắn 2 hoặc 4 Detector, thể tích của đoạn ống giữa các Detector này đã được cân
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
9/36

Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

chỉnh chính xác. Bên trong ống được tráng một lớp epoxy. Khi quả cầu chạy ngang qua Detector
nó sẽ đóng mạch tạo ra các xung, một trong hai xung này là xung bắt đầu còn xung kia là xung kết
thúc.
Có 3 loại: Unidireccional Prover, Bidirectional prover, small prover.
5.2.1. Unidirectional Prover: tốc độ max 3 m/s
Là ống chuẩn một chiều có thành phần quan trọng nhất là van xử lý quả cầu. Quả cầu được
đưa đến theo chiều thẳng đứng sao cho con chạy có thể rơi xuống ngang qua van khi nó được mở.
Sau khi rơi xuống qua van quả cầu sẽ đi vào dòng chất lỏng đang chảy và bị đẩy đi vòng quanh
ống uốn cong, đến điểm cuối của đoạn ống quả cầu lại rơi vào vị trí nghỉ của van. Nó nằm ở đó
cho đến khi van hoạt động trở lại thì nó bắt đầu một đợt chạy kế tiếp.

5.2.2. Bidirectional Prover: tốc độ max 1.5 m/s
Để làm cho ống chuẩn trở thành hai chiều người ta thay van xử lý quả cầu bằng van bốn
ngả (van đảo chiều). Trong quá trình hiệu chuẩn, van này sẽ lần lượt đổi chiều chuyển động của
quả cầu làm cho quá trình này được diễn ra liên tục.
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
10/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

5.2.3. Small Volume Prover ( compact Prover)
Dùng phương pháp nội suy số xung. Độ chính xác cao, độ lập lại tốt, tính được số lẻ

của số xung đếm được.
5.2.3.1 Phương pháp nội suy
Sử dụng phép đo thời gian kép bằng máy phát tần số chủ có thể đếm thời gian đến
0,000001 giây. Máy phát chủ này điều khiển hai bộ đếm xung thời gian A và thời gian B.
A: thời gian piston dịch chuyển hết một hành trình
B: thời gian tính từ lúc có cạnh lên của xung đầu tiên đến cạnh xuống của xung cuối
cùng đếm được.
C: số xung đếm được trong một hành trình
D: thể tích chuẩn của ống chuẩn

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
11/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
12/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
13/36

Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự
5.2.3.2 Nguyên lí hoạt động của Compact prover

Bình thường, Piston đo lường nằm ở vị trí đầu nguồn như hình trên và được giữ bởi áp
suất thủy lực do mô-tơ cung cấp khi piston ở cuối nguồn. Piston chấp hành nằm ở vị trí công tắc
đầu nguồn
Khi hoạt động, Van solenoid thủy lực mở ra cho dầu thủy lực trả về bình chứa từ xilanh
chấp hành. Áp suất khí Nitơ trong buồng hơi tác động lên piston chấp hành đóng van đĩa lại và
piston đo lường được đẩy về cuối nguồn, đồng bộ với dòng chảy của chất lỏng đang vận hành.
Piston chấp hành và piston đo lường di chuyển đồng bộ với nhau.
Khi piston chấp hành di chuyển ngang cảm biến Start, nó sẽ kích quá trình đếm xung và
kết thúc quá trình đếm xung khi nó ở vị trí ngang với cảm biến Stop.
Cuối hành trình, Van solenoid thủy lực đóng lại. Áp suất thủy lực đẩy piston chấp hành mở
van đĩa cho dầu chảy qua piston. Khi áp suất thủy lực lớn hơn áp suất khí Nitơ, piston chấp hành
được đẩy về lại phía đầu nguồn cùng piston đo lưu lượng về vị trí sẵn sàng cho quá trình mới.
Calibrate Compact Prover: là xác định thể tích chuẩn của Compact prover. Dùng phương
pháp hiệu chuẩn bằng nước để calib compact prover vì nước có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, hệ số nén
nhỏ và tính nhiệt cao.
6. Hệ thống kiểm định Turbine của xưởng ĐL TĐH-SX
Hệ thống kiểm định Turbine tại xưởng ĐL TĐH-SX: được thiết kế dựa trên chuẩn API
trong đo lường lưu lượng ,dùng để xác định hệ số K của Turbine, siêu âm. Tất cả các Turbine, siêu
âm dùng trên các công trình biển của Vietsovpetro điều phải được kiểm định xác định hệ số K.
Chu kỳ kiểm định: Turbine: 1năm ; Siêu âm: 2 năm.
Hệ thống gồm:
4 Nhánh đường ống dùng cho 6 line có thể kiểm định các loại turbine 1 inch; 1.5
inches; 2 inches; 2.5 inches; 3inches; 4 inches. Khi muốn kiểm định turbine loại nào thì ta chọn
line master tương ứng. Các turbine master là loại turbine chuẩn có khả năng đạt độ lập lại
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản

14/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

repeatability 0.02%. Và các Master này cũng được kiểm định mỗi năm 1 lần bằng compact prover
để xác định hệ số K. Hệ số K này được nhập vào Flow computer cho tương ứng từng line.
1PT và 1 TT trên đoạn Test Meter để xác định áp suất và nhiệt độ của dầu sau khi đi
qua turbine cần kiểm. Tín hiệu được đưa vào Flow computer để tính toán lưu lượng dầu ở điều
kiện chuẩn mà turbine cần kiểm đo được.
1PT và 1 TT trên đoạn Master Meter để xác định áp suất và nhiệt độ của dầu sau khi đi
qua Master Meter. Tín hiệu được đưa vào Flow computer để tính toán lưu lượng dầu ở điều kiện
chuẩn do mẫu chuẩn đo được.
1 bình đo tỷ trọng của dầu đươc gắn trên đường ống do đưa vào bình chứa dầu. Tính
hiệu đươc đưa vào Flow computer để tính thể tích chuẩn do Test Meter và Master Meter đo được.
Từ đó, tính độ lập lại và hệ số K mới cho turbine cần kiểm.
2 máy bơm dùng để tạo dòng chảy cho hệ thống. 2 control valve điều khiển tốc độ
dòng chảy. Control Valve có 2 chế độ điều khiển: Auto và Manual.

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
15/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

6.1 Quá trình kiểm turbine

Ta phải kiểm tra cánh quạt của turbine có quay hay không, trục có sai lệch
hay gãy không trước khi lắp turbine vào line kiểm tương ứng.
Chạy chương trình Fix32, Chương trình sẽ thiết lập kết nối giữa PC và FC
( Flow computer ) qua cổng Com. PC&FC Communitcation hiển thị màu đỏ Bad thì
lỗi kết nối PC và FC, ta cần kiểm tra lại kết nối cổng Com và Restart lại máy PC để
thiết thiết lập lại kết nối. PC&FC Communitcation hiển thị màu xanh Good, kết nối
tốt.
Rồi vào New Batch nhập các thông số sau:
Tên người kiểm, số report, tên turbine, kiểu, loại, serial number.
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
16/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Chọn line tương ứng. Line chọn sẽ hiển thị màu xanh. Bên phần Master
Meter sẽ hiện thị thông tin của chuẩn kiểm, hệ số K của Master Meter tương ứng
với 5 vận tốc cần kiểm. Các thông số đầy đủ của Master Meter đã được nhập sẵn.
Nhập hệ số K cũ của Test Meter.

Chọn Prover Control màng hình hiển thị quá trình Proving. Chọn M5 đến M1
để chọn vận tốc cần kiểm. Vân tốc này đã được set cố định từ đầu tùy theo dải đo
của turbine ( 10% đến 100% Vmax của Turbine ).
Nhập Prover Vollume (m3) sao cho mỗi lần lấy mẫu, turbine phát được hơn
10 000 xung và thời gian lấy mẫu ít nhất là 1 phút. Prover Vollume không được nhỏ
hơn 0.1. Cách tính Prover Vollume như sau:
Lấy 10 000 chia cho hệ số K nhỏ nhất của Master Meter và Test Meter. Lấy

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
17/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

vận tốc Flow Setpoint AUTO chia cho 60. Sau đó ta lấy giá trị lớn nhất của 2 kết
quả trên nhập vào Prover Vollume.

Chạy máy bơm 2 hoặc 1 hoặc cả 2 tùy theo tốc độ max của Turbine. Ta chạy
để đuổi khí, ổn định nhiệt độ và áp suất. Khi vận tốc của Test Meter và Master
Meter gần bằng nhau, nhiệt độ và áp suất ổn định, ta mới bắt đầu Start Prover. Độ
lập lại phải nhỏ hơn 0.05% thì Turbine mới đạt. Nếu có bất kỳ lần chạy nào lớn hơn
0.05% thì ta phải bỏ qua chạy lại ( prover above ). Mỗi vận tốc chạy tối đa 10 lần
mẫu. Lấy kết quả 3 lần mẫu đạt để tính hệ số K mới.
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
18/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Nếu Prover không đạt, ta tháo turbine ra kiểm tra cánh quạt để thay thế cái
mới nếu bị hỏng hay độ lập lại lớn hơn giới hạn cho phép.
Turbine được kiểm với 5 vận tốc chạy từ lớn tới nhỏ. Bất kỳ lần chạy nào
tương ứng với 5 vận tốc chạy có độ lập lại lớn hơn 0.05% điều bị loại, không được
đưa vào đo dầu trên giàn.

Tất cả các data chạy Turbine trong FC điều được truyền vào PC để lưu lại,
không có lưu trong FC. Data được lưu dưới file exe. Sau 5 lần chạy, chương trình sẽ
cho in ra kết quả tổng hợp của Turbine.
6.2 Quá trình kiểm Siêu âm

Accuracy của Siêu âm phải nhỏ hơn 5%.
Lắp đặt sensor của siêu âm trên line 3 inches.
Cài đặt thông số cho siêu âm:
+ Đường kính ngoài ống: 89 mm
+ Độ dày ống: 5 mm
+ Loại chất lỏng: other
+ Vận tốc sóng siêu âm: 1250 m/s
Chạy chương trình Fix 32 vào New Batch chọn line 3 inches. Rồi vào
Overview.

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
19/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Chọn Test Vollume Mode. Nhấp chuột vào biểu tượng của 2 Control valve
chuyển sang chế độ manual.
Nhập % mở của Control valve. 1 cái mở ( 50% ), 1 cái đóng.
Mở cho bơm 2 chạy trước.
Tăng/giảm từ từ phần trăm mở để đạt được vận tốc cần kiểm Max. Khi đạt
được vận tốc yêu cầu, ta tiến hành cài đặt hệ số K cho siêu âm sao cho vận tốc đo
được khi đó gần bằng vận tốc Master Meter đo được. Sau đó, ta tắt bơm, reset lại

giá trị Total.
Khởi động lại bơm, khi đó dòng chảy sẽ ổn định với lưu lượng cần kiểm. Khi
đạt được tổng lưu lượng yêu cầu, ta lấy số liệu đo trên Siêu âm và trên PC.
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
20/36


Phạm Đức Minh

Báo cáo tập sự

Knew = Kold + ( giá trị thực – giá trị đo)/ giá tri thực
Ta lấy 3 lần rồi chia trung bình lại để có hệ số K mơi cho siêu âm. Nhập giá
trị này cho siêu âm.
Ta bắt đầu lấy số liệu kiểm siêu âm với hệ số K mới ( không được thay đổi K
mới trong qua trình lấy kết quả kiểm ). Khi đo, kết quả kiểm sẽ nằm trong Accuracy
cho phép khi ta chạy ở các vận tốc lấy mẫu khác.
Do siêu âm không kết nối được với FC nên tất cả số liệu do người vận hành
lấy mẫu và lưu lại.

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản
21/36