tccs 32:2009 pvn qui trình áp dụng phương pháp đo coriolis cho đo lưu lượng lưu chất trong ống dẫn kín

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 dụn

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

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

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

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

3.2.6 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

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

3.14

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

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

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

Trong đó A là diện tích mặt cắt ngang bên trong ống dao động

Vì lưu lượng khối lượng q m có thể được biểu diễn như sau:

4.2.2 Nguyên lý đo khối lượng riêng

Các đồng hồ coriolis thường vận hành ở tần số tự nhiên hoặc tần số cộng hưởng của chúng Đối với một hệ thống cộng hưởng, có một mối liên hệ mật thiết giữa tần số này và khối lượng chuyển động Một cách gần đúng thì tần số tự nhiên của một đồng hồ coriolis được xem là một hệ thống cộng hưởng

và có thể viết như sau:

12

R

C f

m

π

=

(3) Với:

Trong đó:

f R 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;

m t 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 số độ cứng hoặc độ đàn hồi cơ khí của việc lắp đặt các ống đo phụ thuộc vào việc thiết kế các thiết bị đo và suất đàn hồi Young của vật liệu ống

Từ các phương trình (3), (4) và (5), p fl có thể được xác định như sau:

Và sau khi đơn giản phương trình (6) ta có:

ρ = +

(7)

Ở đây:

K 1 và K2 là hệ số cho phép đo khối lượng riêng, được xác định trong quá trình hiệu chuẩn

Tần số có thể xác định bằng cách đo chu kỳ dao động Tf của ống, hoặc bằng cách đếm số chu kỳ Nc

trong một khoảng thời gian t w :

N f t

=

(8)

K 1 và K2 phụ thuộc vào nhiệt độ và được bù tự động bởi phép đo nhiệt độ tích hợp (cũng có thể phụ thuộc áp suất (xem 5.4.5)

4.2.3 Nguyên lý tính toán lưu lượng thể tích

Khối lượng riêng được định nghĩa là khối lượng trên một đơn vị thể tích, vì vậy thể tích có thể được tính từ khối lượng và khối lượng riêng như sau:

m V

ρ

=

Trong đó:

V là thể tích ở các điều kiện đo;

ρ là khối lượng riêng ở các điều kiện đo;

m là khối lượng

Phương trình (9) có thể được tích hợp trực tiếp vào phần mềm của bộ chuyển đổi đo tạo cho đồng hồ Coriolis là một kiểu thiết bị có thể đo cả khối lượng và khối lượng riêng (xem mục 4.2.1 và 4.2.2) Trong thực tế, biến khối lượng được đo của biểu thức trên là một hàm của thời gian (lưu lượng khối lượng)

và vì vậy, thể tích đã tính toán cũng là một hàm của thời gian:

m v

q q

ρ

=

(10) Trong đó:

q v là lưu lượng thể tích ở điều kiện đo;

q m là lưu lượng khối lượng

Đồng hồ coriolis do đó có thể cung cấp phép đo lưu lượng thể tích được tính toán từ biểu thức (10) như là tín hiệu đầu ra Lưu lượng thể tích tính toán cũng có thể được tích luỹ theo thời gian để đạt được thể tích tổng

GHI CHÚ: lưu lượng thể tích tính toán được dựa trên các phép đo khối lượng riêng động học và lưu lượng khối lượng động học mà được thực hiện ở các điều kiện công nghệ Lưu lượng thể tích ở dạng này vì vậy cũng sẽ là phép đo động học ở các điều kiện công nghệ, mà không phải ở các điều kiện chuẩn.

4.3 Nguyên lý hoạt động của các thiết bị coriolis trong đo thương mại

Khi không có lưu lượng, các pha dịch chuyển ở các điểm cảm biến tương ứng là đồng bộ, nhưng khi

có lưu lượng, các lực coriolis tác động lên các ống dao động gây ra độ lệch nhỏ hoặc xoắn mà có thể được xem như là sự lệch pha giữa các điểm cảm biến

Các lực coriolis vặn ống chỉ xuất hiện khi tồn tại cả hai chuyển động hướng trục và dao động cưỡng bức Khi có dao động cưỡng bức nhưng không có lưu lượng, hoặc ngược lại, thì sẽ không có độ lệch xảy ra và thiết bị đo không cho tín hiệu ở đầu ra

Bộ cảm biến được đặc trưng bởi các hệ số hiệu chuẩn lưu lượng mà bắt nguồn từ quá trình sản xuất

và hiệu chuẩn Các giá trị này là duy nhất cho mỗi bộ cảm biến và thường được ghi trên chứng chỉ hiệu chuẩn và/hoặc trên tem dữ liệu gắn trên vỏ bộ cảm biến

4.3.2 Bộ chuyển đổi đo coriolis

Một đồng hồ coriolis cần một bộ chuyển đổi đo để cung cấp năng lượng truyền động và xử lý các tín hiệu Điều cần thiết để làm cho bộ chuyển đổi đo và bộ cảm biến phù hợp nhau là bằng cách nhập vào chúng các hệ số hiệu chuẩn từ tem dữ liệu của bộ cảm biến

Lưu lượng khối lượng thường được tích lũy theo thời gian trong bộ chuyển đổi đo để đưa ra khối lượng tổng

Bộ chuyển đổi đo có thể chứa phần mềm ứng dụng mà có thể được sử dụng để đánh giá các thông số phụ nhưng chúng cần phải cấu hình thêm Trong trường hợp phép đo khối lượng riêng hoặc thể tích,

để có đầu ra cần phải có các hệ số đầu vào khác bên trong phần mềm Tất cả các đầu ra thường được cấu hình một cách riêng biệt

5 Hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt đồng hồ coriolis

Người sử dụng nên luôn luôn chú ý đến các giới hạn của bộ cảm biến

5.1.3 Vật liệu và lưu chất công nghệ

Nên quan tâm tới việc các vật liệu ướt được lựa chọn phù hợp với các lưu chất công nghệ được đo, bao gồm cả các lưu chất làm sạch Sự không tương thích vật liệu là nguyên nhân chung nhất làm nứt ống coriolis và có thể hoàn toàn tránh được ở giai đoạn lựa chọn bộ cảm biến Các kiến nghị của nhà sản xuất nên được cân nhắc cũng như các hướng dẫn vật liệu chuẩn

5.1.3.1 Sự bào mòn và vận tốc lưu chất

Lưu chất chứa đựng các phần tử rắn hoặc bọt khí có thể gây bào mòn (các) ống trong khi chảy Ảnh hưởng của sự bào mòn phụ thuộc vào kích cỡ và hình dạng của thiết bị đo, kích cỡ của phân tử, chất bào mòn và tốc độ của chúng Sự bào mòn nên được đánh giá cho mỗi kiểu áp dụng của thiết bị đo Cần đảm bảo rằng không có sự bào mòn xảy ra trong bộ cảm biến khi đo dòng sản phẩm bào mòn Việc làm mỏng ống đo thông qua sự bào mòn có thể cuối cùng dẫn tới lỗi nghiêm trọng Các nhà sản xuất nên chỉ ra tốc độ dòng lớn nhất không gây ra sự bào mòn đối với một kích cỡ bộ cảm biến cụ thể

− Tiêu chuẩn ASME theo đó ống được thiết kế, thường là ASME B31.3 (hoặc một tiêu chuẩn tương đương được công nhận);

− Các tính toán thiết kế gắn liền với các tiêu chuẩn nói trên về độ dày thành ống, cấp áp suất

5.1.4.2 Cấp áp suất mặt bích

Nhà sản xuất sẽ cung cấp các thông tin về các tiêu chuẩn ASME hoặc tương đương để kiểm tra cấp

áp suất thiết kế các mặt bích đấu nối với cảm biến coriolis

5.1.4.3 Kiểm tra áp suất

Các phần ướt của bộ cảm biến lắp đặt hoàn chỉnh cần được kiểm tra thủy tĩnh theo một tiêu chuẩn thích hợp

Các chứng chỉ hoặc qui trình kiểm tra cần có sẵn từ nhà sản xuất để xác nhận rằng toàn bộ các bộ phận của bộ cảm biến đã trải qua kiểm tra áp suất phù hợp

Khi các tiêu chuẩn trên có thể thỏa mãn cho bất kỳ công dụng nào được đưa ra, thì biện pháp bảo vệ thứ cấp đưa ra dưới đây là không cần thiết

Cần cân nhắc các khả năng sau:

− Áp suất bên trong vỏ có thể vượt quá giới hạn thiết kế;

− Lưu chất có thể độc, dễ ăn mòn hoặc bay hơi và có thể rò rỉ ra khỏi vỏ

Để tránh các vấn đề như vậy, trong các thiết kế vỏ cụ thể cần cân nhắc các biện pháp sau:

− Có biện pháp bảo vệ áp suất thứ cấp;

− Có các đĩa hoặc van an toàn áp suất, các đường xả hoặc thải

Khi các tiêu chuẩn trên có thể thỏa mãn cho bất kỳ công dụng nào được đưa ra, thì biện pháp bảo vệ thứ cấp đưa ra dưới đây là không cần thiết

5.1.7 Vỏ bảo vệ thứ cấp

5.1.7.1 Sử dụng phù hợp

Trong khi các nguyên tắc đưa ra trong các mục từ 5.1.1 đến mục 5.1.7 nêu trên phục vụ cho việc hướng dẫn lựa chọn an toàn thiết bị đo, thì có thể có các trường hợp mà tất cả các tiêu chuẩn đã đề cập trên không thể thỏa mãn Ví dụ nếu một vài tiêu chuẩn an toàn còn lại liên quan tới sự tương thích vật liệu do không biết đặc tính của lưu chất công nghệ chảy qua thiết bị đo, thì biện pháp bảo vệ thứ cấp có thể được yêu cầu Trong trường hợp này các vấn đề sau đây nên được giải quyết liên quan đến tính hoàn hảo của biện pháp bảo vệ thứ cấp đưa ra

5.1.7.2 Độ hoàn hảo thiết kế

Các số liệu cần có sẵn từ nhà sản xuất để chứng minh rằng vỏ bảo vệ thứ cấp đã được thiết kế đặc biệt cho mục đích đưa ra và tuân theo tiêu chuẩn đã được công nhận

5.1.7.3 Kiểm tra áp suất

Thêm vào việc cung cấp các tính toán thiết kế chứng minh cho sự phù hợp của vỏ bảo vệ thứ cấp, nhà sản xuất có thể cần phải thực hiện các phép kiểm tra trên vỏ bảo vệ thứ cấp đã được lắp đặt hoàn chỉnh Các phép kiểm tra áp suất như vậy nên tiến hành sử dụng các đấu nối đã được làm sạch phù hợp trong vỏ bảo vệ Việc kiểm tra nên tuân theo quy trình thực hiện, các tài liệu và các chứng chỉ kiểm tra cần thiết

5.1.7.4 Lựa chọn các cấp áp suất bảo vệ thứ cấp tương ứng

Các hướng dẫn chung chỉ ra mức áp suất của vỏ bảo vệ thứ cấp như sau:

− Áp suất bảo vệ liên tục cực đại lớn hơn áp suất an toàn công nghệ;

− Áp suất bảo vệ phá huỷ lớn hơn áp suất thiết kế nhà máy

Trong các trường hợp áp suất thiết kế công nghệ cao hơn áp suất bảo vệ thứ cấp thì độ an toàn lắp đặt của đồng hồ coriolis có thể được tăng cường bằng cách lắp đặt thêm một công tắc áp suất trong thiết bị bảo vệ thứ cấp để sử dụng như là một thiết bị cảnh báo Một cách thay thế, một đĩa phá huỷ hoặc một van an toàn cũng có thể được sử dụng

5.2 Hướng dẫn lựa chọn lắp đặt vật lý

5.2.1 Tổng quát

Nhà sản xuất nên mô tả cách bố trí lắp đặt ưu tiên và công bố bất kỳ một hạn chế sử dụng nào

Sự lắp đặt nên được bố trí sao cho thiết bị có tuổi thọ vận hành cao nhất Nếu cần thiết, các bộ lọc, các thiết bị khử hơi, không khí hoặc các thiết bị bảo vệ khác có thể được lắp ở đầu vào thiết bị đo để lấy đi các chất rắn hoặc hơi mà có thể gây hại hoặc gây ra các lỗi cho phép đo

Các đồng hồ coriolis thường được đặt trong dòng lưu lượng chính, nhưng cũng có thể được bố trí ở đường vòng để đo khối lượng riêng

5.2.2 Các tiêu chuẩn lắp đặt

Nên cân nhắc các điểm đưa ra sau đây:

− Không gian yêu cầu cho lắp đặt đồng hồ coriolis bao gồm cả cho đấu nối với thiết bị đo chuẩn (master meter) hoặc thiết bị hiệu chuẩn (prover) ở bên ngoài Nên thực hiện hiệu chuẩn tại nơi làm việc nếu có thể;

− Sử dụng các thông số như cấp và kiểu đầu nối cho đường ống và vật liệu cũng như các kích thước cho các thiết bị;

− Phân cấp vùng nguy hiểm;

− Các ảnh hưởng môi trường và khí hậu lên bộ cảm biến như nhiệt độ, độ ẩm, không khí ăn mòn, xung động cơ khí, rung và điện từ trường;

− Các yêu cầu giá đỡ, chân đế

5.2.3 Yêu cầu điền đầy ống

Thiết bị sơ cấp nên được lắp đặt sao cho (các) ống dao động được điền đầy lưu chất công nghệ Điều này sẽ tránh cho đặc tính đo của các thiết bị đo lường điều khiển khỏi bị suy giảm Nhà sản xuất nên công bố các phương tiện yêu cầu (nếu có) để loại bỏ khí hoặc chất lỏng ra khỏi các thiết bị đo lường điều khiển

5.2.4 Yêu cầu về hướng đặt

Việc bao bọc, bịt kín, tích tụ khí, condensate, hoặc chất rắn có thể ảnh hưởng đến đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo Hướng lắp đặt của cảm biến phụ thuộc vào ứng dụng của thiết bị đo và hình dạng hình học của (các) ống dao động Hướng lắp đặt của đồng hồ coriolis nên được kiến nghị bởi nhà sản xuất

5.2.5 Các yêu cầu về điều kiện dòng chảy và chiều dài thẳng

Đặc tính kỹ thuật của đồng hồ coriolis thường không bị ảnh hưởng bởi lưu đồ vận tốc không đồng dạng hoặc lưu chất xoáy tạo ra bởi biến dạng đường ống đầu vào và đầu ra của thiết bị đo Do vậy mặc dù thông thường không yêu cầu các đoạn ống được lắp ở đầu vào và đầu ra của thiết bị đo phải thẳng với một chiều dài cụ thể nào đó, nhưng cũng nên luôn theo dõi tình trạng của các đường ống này khi vận hành

5.2.7 Các rung động cơ khí và thủy lực

Nhà sản xuất nên chỉ ra khoảng tần số vận hành của các thiết bị đo lường điều khiển để cho phép đánh giá được các khả năng ảnh hưởng có thể của công nghệ hoặc các tần số tác động cơ khí khác ở bên ngoài Đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các tần số khác với tần số vận hành Các ảnh hưởng này phần lớn có thể được giải quyết bằng các đế đỡ hoặc kẹp thích hợp cho các thiết bị điều khiển

Trong môi trường có các rung động cơ khí hoặc dòng xung cao, cần cân nhắc sử dụng các thiết bị giảm chấn (xem mục 5.4.6) và/ hoặc các thiết bị cách ly rung và/ hoặc các khớp nối mềm

5.2.9 Ứng suất và độ xoắn đường ống

Cảm biến lưu lượng sẽ phải chịu các lực xoắn, uốn cong quanh trục trong khi vận hành Sự thay đổi của các lực này khi nhiệt độ và áp suất bị thay đổi, có thể làm ảnh hưởng đến đặc tính kỹ thuật của đồng hồ coriolis Nên đảm bảo rằng không có các lực tác dụng lên thiết bị đo do việc bố trí các kẹp cố định đường ống

Nên thực hiện các phép đo để tránh các ứng suất quá mức từ các khớp nối ống tác dụng lên đồng hồ coriolis Dù trong bất kỳ hoàn cảnh nào cũng không được dùng đồng hồ coriolis để nắn thẳng đường ống công nghệ

5.2.10 Nhiễu tương hỗ giữa các cảm biến

Nếu hai hoặc nhiều đồng hồ coriolis được lắp đặt gần nhau, sự tương tác qua các khớp nối cơ khí có thể xảy ra Điều này thường được gọi là sự tác động tương hỗ Nhà sản xuất cần tư vấn các phương pháp để tránh hiện tượng này

điều kiện sử dụng khác nhiều so với các điều kiện hiệu chuẩn ban đầu thì đặc tính kỹ thuật của thiết bị

đo có thể bị ảnh hưởng

Đối với ngành Dầu khí, tổng độ không đảm bảo đo theo khối lượng cho toàn bộ hệ thống đo coriolis được qui định là không lớn hơn 0,5 % giá trị đọc tại điều kiện chuẩn (15 oC và 1 at) Trong đó độ chính xác của các thiết bị thành phần được qui định tại Phụ lục B của tài liệu này

Cách tính và biểu diễn độ không đảm bảo dựa trên các độ chính xác thành phần được qui định trong tiêu chuẩn ISO 5168 hoặc Guide to the Expression Of Uncertainty In Measurement (GUM)

5.3.1 Độ chính xác cho phép đo lưu lượng khối lượng

Đối với lưu lượng khối lượng, khái niệm độ chính xác bao gồm các hiệu ứng kết hợp của độ tuyến tính,

độ lặp lại, độ trễ và độ ổn định điểm không

Độ tuyến tính, độ ổn định và độ trễ được kết hợp và biểu diễn theo phần trăm giá trị đọc Độ ổn định điểm không được đưa ra như là một thông số riêng biệt theo khối lượng trên một đơn vị thời gian Để xác định toàn bộ giá trị độ chính xác thì cần thiết phải tính toán độ ổn định điểm không theo phần trăm giá trị đọc ở một lưu lượng xác định và thêm giá trị này vào hiệu ứng kết hợp của độ tuyến tính, độ lặp lại và độ trễ

5.3.2 Độ chính xác cho phép đo khối lượng riêng

Độ chính xác khối lượng riêng được diễn tả bởi giá trị khối lượng tuyệt đối trên một đơn vị thể tích (ví

dụ gam trên centimet khối (g/cm3) hoặc kilogam trên met khối (kg/m3))

Nếu lắp đặt hoàn hảo, thiết bị đo nên đo khối lượng riêng trong giới hạn độ chính xác và độ lặp lại đưa

ra bởi nhà sản xuất

5.3.3 Độ chính xác cho phép đo thể tích

Một vài nhà sản xuất đồng hồ coriolis công bố độ chính xác mong muốn của họ cho phép đo thể tích Tuy nhiên nếu thông tin này không có, độ chính xác mong muốn cho phép đo lưu lượng thể tích có thể được tính từ:

Trong đó:

ε v là độ chính xác của phép đo thể tích;

ε m là độ chính xác của phép đo khối lượng;

ε ρ là độ chính xác của phép đo khối lượng riêng

Tất cả các giá độ chính xác nêu trên được biểu diễn ở dạng có dung sai theo phần trăm (± %) của giá trị đọc

5.4 Lựa chọn theo các ảnh hưởng do điều kiện công nghệ và thuộc tính lưu chất

Sự biến thiên thuộc tính lưu chất như khối lượng riêng, độ nhớt và các điều kiện công nghệ như áp suất và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo Các ảnh hưởng này có sự tác động không đồng nhất phụ thuộc vào thông số nào được quan tâm

5.4.1 Các thuộc tính của lưu chất và ứng dụng

Để chọn ra được thiết bị đo tối ưu cho một ứng dụng cụ thể, điều quan trọng là thiết lập ra được khoảng các điều kiện mà theo đó đồng hồ coriolis sẽ tuân theo Các điều kiện này bao gồm:

− Lưu lượng vận hành và các đặc tính dòng chảy: một chiều hoặc hai chiều; liên tục hay gián đoạn (dao động);

− Khoảng khối lượng riêng vận hành;

− Đặc tính lưu chất đo bao gồm áp suất hơi, dòng hai pha và độ ăn mòn;

− Ảnh hưởng của chất phụ gia ăn mòn hoặc cặn tích tụ trên các thiết bị đo và số lượng, kích cỡ của các chất lạ có chứa các phần tử ăn mòn có thể bị mang vào dòng lưu chất

5.4.2 Dòng nhiều pha

Có thể thực hiện phép đo cho các hỗn hợp chất lỏng, huyền phù hoặc hỗn hợp đồng nhất các chất lỏng với tỷ lệ thấp của khí trong hầu hết các trường hợp Các ứng dụng nhiều pha bao gồm các hỗn hợp không đồng nhất có thể gây thêm các lỗi đo lường và trong một vài trường hợp có thể làm dừng vận hành Phải đảm bảo chắc chắn rằng các bọt khí hoặc giọt ngưng tụ không bị đọng trong thiết bị đo

5.4.3 Ảnh hưởng của lưu chất công nghệ

Sự ăn mòn và sự lắng đọng của các lưu chất bên trong ống dao động (được xem như là lớp bám phủ)

có thể lúc đầu gây ra các lỗi đo lường lưu lượng và khối lượng riêng và về lâu dài làm cho bộ cảm biến

bị lỗi

5.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Sự biến thiên nhiệt độ sẽ làm ảnh hưởng đến thuộc tính của vật liệu cảm biến và vì vậy sẽ làm ảnh hưởng đến đáp ứng của cảm biến Một phương tiện để bù cho ảnh hưởng này thường được tích hợp vào trong cảm biến

5.4.4 Ảnh hưởng của áp suất

Sự biến thiên áp suất tĩnh có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến, phạm vi ảnh hưởng nên được chỉ ra bởi nhà sản xuất Sự biến thiên này thường không được bù, ngoại trừ trong các trường hợp đo lường chính xác và trong thiết kế, định cỡ thiết bị đo

5.4.5 Ảnh hưởng của dòng chảy xung

Các đồng hồ coriolis thường có thể thực hiện đo trong các điều kiện dòng chảy xung Tuy nhiên có thể

có các trường hợp các dòng chảy xung có thể ảnh hưởng đến đặc tính của thiết bị đo (xem 5.2.7) Nên tuân thủ các kiến nghị của nhà sản xuất theo các ứng dụng và có thể sử dụng các thiết bị giảm xung

5.4.6 Ảnh hưởng của độ nhớt

Các lưu chất có độ nhớt cao có thể hấp thụ năng lượng từ hệ thống kích thích coriolis một cách đặc biệt tại thời điểm đầu của dòng chảy Tuỳ theo thiết kế thiết bị đo, hiện tượng này có thể làm cho các ống của bộ cảm biến bị ngừng hoạt động tạm thời cho đến khi lưu lượng được thiết lập một cách hoàn chỉnh Hiện tượng này thường tạo ra cảnh báo tạm thời trong bộ chuyển đổi đo

5.5 Lựa chọn tổn hao áp suất

Tổn hao áp suất xảy ra khi các dòng lưu chất chảy qua bộ cảm biến Mức độ tổn hao này là một hàm

số của kích cỡ và hình dạng của (các) ống dao động, lưu lượng khối lượng (tốc độ) và độ nhớt động học của lưu chất Nhà sản xuất nên chỉ ra độ tổn hao áp suất xảy ra trong các điều kiện chuẩn và cung cấp các thông tin cần thiết để tính toán tổn hao áp suất trong các điều kiện vận hành Áp suất toàn bộ

hệ thống nên được kiểm tra để đảm bảo đủ cao để bù cho tổn hao áp suất qua thiết bị đo

5.6 Bộ chuyển đổi đo

Các đồng hồ coriolis gồm tập hợp các thiết bị đo lường điều khiển cung cấp giải rộng các dữ liệu đo lường từ chỉ một điểm công nghệ Để chọn được bộ chuyển đổi đo phù hợp nhất về mặt an toàn cần cân nhắc các điều sau:

− Tính tương thích về điện, điện tử, khí hậu, và an toàn;

− Chân đế, như gắn từ xa hay gắn tích hợp;

− Số lượng yêu cầu và kiểu các đầu ra;

− Lập trình dễ dàng và bảo mật;

− Các đầu ra ổn định, thời gian đáp ứng hợp lý, trong trường hợp đầu ra tương tự thì cần phải điều chỉnh được độ trôi tối thiểu và tối đa;

− (Các) đầu ra chỉ thị được các lỗi hệ thống;

− Các lựa chọn yêu cầu cho đầu vào như điều chỉnh điểm không từ xa, khởi động lại bộ cộng tích lũy, xác nhận cảnh báo;

− Kiểu giao tiếp số