Các thiết bị đo đếm lưu lượng tại cà mau GDC

Các thiết bị đo đếm lưu lượng tại cà mau GDC

CÁC THIẾT BỊ ĐO ĐẾM LƯU LƯỢNG

TẠI CÀ MAU GDC

Thực hiện: Nguyễn Hoàng Phương

Kỹ sư vận hành PetroVietnam Gas Cà Mau

MỤC LỤC

Đường ống PM-3 dẫn khí đi vào trạm phân phối GDC Cà Mau sẽ được lọc bụi và nước, sau đó gia nhiệt, và được đo lưu lượng - thể tích – nhiệt lượng trước khi giao cho hai nhà máy điện Ngoài hệ thống đo đếm khí cấp cho nhà máy điện, trạm còn có một số thiết bị đo đếm lưu lượng khác Bài viết sau đây tổng hợp tất cả các thiết bị đo lưu lượng tại GDC Cà Mau Gồm có:

I Hệ thống đo đếm khí cấp cho hai nhà máy điện

II Thiết bị đo đếm tại cụm Instrument

III Thiết bị đo đếm tại đường ống Purge Gas và Pilot (duy trì ngọn lửa mồi cho Flare)

IV Thiết bị đo đếm tại đường ống Fuel Gas, cung cấp khí đốt cho Heater

I HỆ THỐNG ĐO ĐẾM KHÍ CẤP CHO HAI NHÀ MÁY ĐIỆN

I.1 Thành phần cấu tạo:

Hệ thống đo đếm khí cấp cho mỗi nhà máy điện gồm có các thành phần như sau:

- Hai Ultrasonic Flow Meters

- Transmitter nhiệt độ, Transmitter áp suất và đồng hồ đo nhiệt độ, áp suất

- Các Ball Valve ngõ vào và ra

- Một máy phân tích sắc khí và một máy phân tích nhiệt độ điểm sương của Hydrocacbon

- Một đường khí lấy mẫu để phân tích

- Hai Flow computers

- Một Station computer

- Hai máy in

I.2 Nguyên tắc tính toán

Hệ thống đo đếm lưu lượng dựa theo nguyên tắc: tính vận tốc của dòng khí nhờ vào các Ultrasonic Flow Meters, quy đổi chúng về điều kiện tiêu chuẩn (T

= 15°C, P = 101.325 Kpa) dựa vào các giá trị nhiệt độ, áp suất nhận được từ các Transmitter, từ đó kết hợp với tiết diện ngang đã biết trước để tính được lưu lượng, và cuối cùng tính được thể tích khí theo thời gian

V = F t = v S t Trong đó: V: thể tích khí (tính theo tiêu chuẩn)

F: lưu lượng dòng khí đi qua USM v: vận tốc dòng khí đã quy đổi về điều kiện chuẩn S: tiết diện (trong) đường ống

t: thời gian

Ngoài ra , hệ thống còn có thể tính toán được lượng nhiệt lượng và khối lượng cung cấp nhờ vào kết quả phân tích thành phần của máy sắc ký Máy phân tích sắc ký (GC) sẽ phân tích và tính toán %mol của các thành phần khí

từ C1 đến C6+ (C6,C7,C8) sau đó gửi về Flow Computer để tính ra nhiệt trị và khối lượng riêng của chúng Sau đó kết hợp với

lưu lượng tại từng thời điểm để tính ra nhiệt lượng và khối lượng cấp cho nhà máy điện

I.3 Ultrasonic Flow Meters

Đây là bộ phận quan trong nhất trong hệ thống đo đếm, cung cấp giá trị vận tốc tức thời của dòng khí phục vụ cho việc tính toán thể tích và nhiệt lượng cung cấp

Trạm GDC sử dụng Ultrasonic Flowmeter

của hãng Daniel, Model 3400 Mỗi một bộ USM

sẽ bao gồm 4 cặp phát-nhận tín hiệu siêu âm

(Ultrasonic), chia thành 2 nhánh: Pay và Check

Một đầu phát tín hiệu siêu âm

Nguyên tắc hoạt động

Ví dụ minh họa 4 cặp Ultrasonic: A-A’, B-B’, C-C’, D-D’

Ta sẽ nói về 2 cặp Ultrasonic A-A’ và B-B’ (nhánh Pay), nhánh check có nguyên lý tương tự)

tín hiệu đi ngược chiều dòng lưu chất

Tín hiệu đi cùng chiều dòng lưu chất (A-A’) được lưu chất hỗ trợ thêm, ngược lại, tín hiệu đi ngược chiều (B-B’) bị cản trở bởi dòng lưu chất, dẫn đến sẽ

A B

A’

B’

Flow

có độ trễ khi nhận tín hiệu giữa hai cặp Ultrasonic này Vận tốc dòng càng lớn,

độ trễ càng nhiều Lưu chất không chuyển động, độ trễ bằng 0 Và dựa vào độ trễ này, bộ xử lý sẽ tính toán được vận tốc dòng khí, cung cấp cho quá trình tính toán lưu lượng

Ở chu kỳ tiếp theo, A’ và B sẽ phát tín hiệu, A và B’ sẽ nhận, quá trình diễn ra tương tự

Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo đếm USM có thể được tham khảo trong các Video Clip dưới đây: (bấm Ctrl + Click để xem)

http://www.youtube.com/watch?v=Bx2RnrfLkQg&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=uvOW-7G_yG8&feature=related

I.4 Transmitter nhiệt độ, Transmitter áp suất: có chức năng đo nhiệt

độ và áp suất, gửi các tín hiệu này về bộ xử lý để phục vụ cho quá trình tính toán chuyển đổi về điều kiện tiêu chuẩn (T = 15°C, P = 101.325 Kpa)

I.5 Các Ball Valve ngõ vào và ra: Có tác dụng cô lập Metering khi cần

thiết, đồng thời dùng để điều chỉnh các chế độ hoạt động của hai Metering (nối tiếp hay song song)

I.6 Máy phân tích sắc khí (GC): Có nhiệm vụ phân tích và tính toán

%mol của các thành phần khí từ C1 đến C6+ (C6, C7, C8) sau đó gửi

về Flow Computer để tính ra nhiệt trị của dòng khí trong từng thời điểm

I.7 Flow computer:

Mỗi Metering sẽ có một Flow computer kèm theo, có nhiệm vụ nhận các giá trị vận tốc từ cả hai pay và check meter, cùng các thông số nhiệt độ và áp

suất từ các transmitters và các thành phần khí từ hai máy phân tích sắc khí để tính ra sản lượng khí cung cấp cho nhà máy điện

Một Flow computer sẽ nhận một giá trị Pay từ một USM và nhận một giá trị Check từ USM còn lại để kiểm tra, dù hai USM có chạy nối tiếp hay song song thì vẫn giữ quy tắc như vậy Còn giá trị nhiệt độ và áp suất được sử dụng cho

cả hai Pay meter và Check meter

Pay meters dùng để đo lưu lượng tính tiền với khách hàng

Check meters dùng để kiểm tra lại lưu lượng đã được đo từ Pay meters, phòng trường hợp tín hiệu nhánh Pay bị lỗi, hoặc Flow computer của nhánh Pay

bị lỗi

Các giá trị flow computers tính gồm có:

- Tổng tích lũy (cumulative totals)

o Thể tích thô (gross volume) m3/h

o Thể tích ở điều kiện chuẩn (standard volume) kSm3/h (15oC, 1amt)

o Khối lượng và năng lượng (mass & energy) Ton/h, GJ/h

- Tổng của từng giờ (hourly totals)

- Tổng của từng ngày (daily totals)

- Tổng của từng tuần (weekly totals)

- Tổng của từng tháng (monthly totals

I.8 Station computer

Station computer đóng vai trò như một cầu nối trung gian giữa người dùng với các thành phần khác của thiết bị đo đếm, bao gồm những chức năng sau đây:

- Chuyển dữ liệu tới Flow computer và nhận dữ liệu từ Flow computer

- Cung cấp cho người vận hành một giao diện thân thiết về hệ thống metering

- Tạo ra report tại thời điểm hiện tại, từng giờ, ngày, tuần, tháng, danh sách các sự kiện và các cảnh báo

- Cung cấp khả năng lưu trữ những file reports theo một thứ tự để có thể tìm lại một cách dễ dàng

- Hiển thị và in report

- Hiển thị dữ liệu phân tích của máy phân tích sắc khí (GC)

- Lấy các giá trị tính như: khối lượng, năng lượng,thể tích thô và thể tích ở điều kiện chuẩn,… từ Flow computer

I.9 Máy in: Hệ thống metering gồm hai máy in, có chức năng như sau:

- Một cái được nối tới Ethernet Switch để in report cho station computer

- Cái còn lại được nối tới GC controller bằng đường parallel printer để in kết quả phân tích, các cảnh báo, kết quả khi ta hiệu chuẩn, hiệu chỉnh GC

II THIẾT BỊ ĐO ĐẾM TẠI CỤM INSTRUMENT

Cụm Instrument tại GDC sử dụng thiết bị đo đếm có tên gọi Coriolis Flowmeter, thuộc bộ The ROTAMASS 3 của hãng Yokogawa

Coriolis Flowmeter gồm 2 bộ phận chính:

- Bộ phận đo: cấu tạo gồm hai ống nhựa hình chữ U dẫn hướng cho dòng chảy, hai sensor cảm biến, một bộ phận kích thích Bộ phận này có nhiệm

vụ đo các giá trị lệch pha, tần số dao động và gửi tín hiệu về bộ xử lý

- Bộ phận xử lý và màn hình: có chức năng tính toán các giá trị lưu lượng, thể tích, khối lượng riêng của dòng chảy dựa vào các tín hiệu truyền về từ các sensor

II.1 Nguyên lý Coriolis

Coriolis Flowmeter hoạt động dựa trên nguyên lý Coriolis của nhà bác học cùng tên, được phát hiện cách đây hơn 200 năm Vậy nguyên lý Coriolis là gì?

Đối với số ít người, nguyên lý Coriolis là một nghiên cứu khoa học chuẩn xác, nhưng vẫn còn xa lạ với hầu hết chúng ta Thử tưởng tượng, có một dòng chảy (với vận tốc V) đang chảy trong một ống nhựa dẻo được quay quanh trục (với vận tốc góc W) như hình vẽ bên dưới

Kết quả là dòng chảy sẽ uốn cong đoạn ống.

Bây giờ, nếu ta xét một vật có khối lượng M di chuyển từ tâm ra ngoài rìa của một chiếc đĩa đang quay, vật M đó sẽ vẽ lên đường B như hình vẽ

Nhưng nếu ta định hướng vật M đó trong một rãnh A, thì vật M sẽ đi thẳng, và sinh ra một lực tác dụng vào rảnh A, ta gọi đó là lực Coriolis

Lực Coriolis đó được tính như sau: FC = -2.M.V.W

Với: FC : Lực Coriolis

M : Khối lượng vật M

V : Vận tốc của chất lỏng

W : Vận tốc góc của chuyển động quay Dựa vào nguyên lý trên người ta đã thiết kế một thiết bị đo lưu lượng với tên gọi Coriolis Flowmeter

II.2 Coriolis Flowmeter

Đi sâu vào cấu tạo của bộ phận đo, chúng ta có:

- Hai ống Plastic dẫn hướng

dòng chảy

- Một thiết bị kích thích

(Impulse), tác động một xung

thích hợp lên ống Plastic

- Hai sensor đặt tại đầu vào và

ra của ống, nhận các tín hiệu

chuyển động của ống

Khi lưu chất đứng yên, thiết bị kích thích sẽ tác động một xung thích hợp khiến ống Plastic dao động đồng đều và ghi nhận lại tần số này (đường màu hồng bên dưới) Hai sensor cảm biến ở hai đầu cũng sẽ ghi nhận tín hiệu (đường màu xanh lá và xanh dương) với độ lệch pha bằng 0 Lúc này cả ba đồ thị bên dưới sẽ trùng nhau tại vị trí của đường màu hồng Ta sẽ dùng tần số này để tính toán khối lượng riêng của lưu chất

Sensor

Thiết bị kích thích

Khi lưu chất chuyển động, chuyển động tới của dòng lưu chất kết hợp với dao động tạo ra của thiết bị kích thích sẽ khiến ống dao dộng không đều ở hai đầu ống, dẫn đến hai sensor ghi nhận các tín hiệu với độ lệch pha α (của đường màu xanh lá và xanh dương), vận tốc dòng càng lớn, độ lệch pha càng lớn, và giá trị này sẽ được dùng để suy ra vận tốc của dòng lưu chất

Các tín hiệu sẽ được gửi về bộ xử lý để suy ra độ lệch pha, tần số dao động và từ đó tính được các giá trị lưu lượng, khối lượng riêng, thể tích,…

Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo đếm Cloriolis có thể được tham khảo trong Video Clip dưới đây: (bấm Ctrl + Click để xem)

http://www.youtube.com/watch?v=XIIViaNITIw

III THIẾT BỊ ĐO ĐẾM PURGE GAS VÀ PILOT CHO FLARE

Từ cụm Instrument, một nhánh

khí được đưa vào đường ống góp để

đuổi Oxi, một nhánh khác có tác dụng

đánh lửa và duy trì ngọn lửa mồi cho

Flare Ở cả hai nhánh này đều sử dụng

cùng một loại thiết bị đo đếm, đó là lưu

lượng kế dạng phao (Variable Area

Flowmeter), có tên Rotameter của hãng

Yokogawa

Nguyên tắc hoạt động:

Cấu tạo chính của thiết bị là một chiếc

phao nằm bên trong ống dẫn lưu chất, có

thể chuyển động lên xuống trên một trục

được đặt ngay tại tâm ống Phao đủ nhỏ để

có lưu chất có thể đi qua khoảng trống giữa

thành ống và phao Khi lưu chất chuyển

động từ dưới lên cũng đồng thời sẽ nâng

phao lên Vận tốc dòng càng lớn thì phao

càng được nâng cao Khi lưu chất không

chuyển động, phao nằm sát phía dưới

Phao được kết nối với một cơ cấu

truyền động ra bên ngoài (dùng từ

trường), chuyển thành chuyển động

quay và kích hoạt lên kim chỉ lưu lượng

dòng chảy

Nguyên lý hoạt động của thiết bị

đo đếm lưu lượng dạng phao có thể

được tham khảo trong Video Clip dưới

đây: (bấm Ctrl + Click để xem)

http://www.youtube.com/watch?v=dQ5KQEdwM4U&feature=related

IV THIẾT BỊ ĐO ĐẾM FUEL GAS, CUNG CẤP KHÍ ĐỐT CHO HEATER

Từ cụm Instrument, một nhánh khí

nữa được dẫn tới Heater, nhằm cung cấp

khí đốt cho quá trình làm nóng Trước khi

đốt, khí sẽ được đo lưu lượng bởi một lưu

lượng kế dạng Turbine, có tên MC-II Plus

EXP Flow Analyzer của hãng NuFlo

Nguyên tắc hoạt động

Bộ phận chính của thiết bị là một turbine cánh quạt được đặt trong lòng ống, chuyển động tròn xoay quanh trục ống Ở hai đầu là các bộ đệm hãm có tác dụng ổn định dòng

Khi có lưu chất chuyển động qua ống, turbine sẽ quay Với vận tốc và tính chất của dòng khác nhau, turbine sẽ quay với các tốc độ khác nhau

Một bộ phận sẽ ghi nhận số vòng quay của turbine và gửi đến bộ xử lý để tính toán ra lưu lượng của dòng chảy nhờ vào các hệ số turbine, tiết diện,… đã được cài đặt theo khuyến cáo của nhà sản xuất

Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo đếm lưu lượng dạng turbine có thể được tham khảo trong Video Clip dưới đây: (bấm Ctrl + Click để xem)

http://www.youtube.com/watch?v=quKveqsgbek