tiếng việt
Bài viết này giới thiệu nguyên lý hoạt động và ưu điểm của lưu lượng kế khối lượng lực Coriolis , tập trung vào việc liệt kê và phân tích một số vấn đề gặp phải trong quá trình sử dụng lưu lượng kế khối lượng lực Coriolis trong các quy trình đo lường vật liệu khác nhau của các công ty hóa dầu. Bài viết cũng nêu ra các vấn đề cần chú ý trong việc lựa chọn và lắp đặt lưu lượng kế khối lượng lực Coriolis, và thảo luận về ảnh hưởng của ứng suất và áp suất lên lưu lượng kế khối lượng lực Coriolis.
Lưu lượng kế khối lượng lực Coriolis được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa dầu và các lĩnh vực khác, và là một trong những thiết bị đo lưu lượng tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay.
Máy đo lưu lượng khối Coriolis rất phổ biến trong ngành công nghiệp hóa dầu.
Là một doanh nghiệp lọc dầu và hóa chất quy mô lớn, Công ty Hóa dầu Jinxi chủ yếu sản xuất xăng, dầu hỏa, dầu diesel, hydrocarbon lỏng và các sản phẩm khác. Lưu lượng kế khối Coriolis đáng tin cậy trong quá trình đo lường các vật liệu này, đặc biệt là trong quá trình đo lường các sản phẩm của nhà máy, với độ chính xác dưới 2‰, giúp nâng cao độ chính xác của phép đo lưu lượng năng lượng và vật chất của Công ty Hóa dầu Jinxi, tránh những tổn thất không cần thiết và đảm bảo không gây thiệt hại đến lợi ích của doanh nghiệp.
Đối với các doanh nghiệp đang tìm kiếm giải pháp đo lưu lượng Coriolis đáng tin cậy, các công ty như Silver Automation Instruments cung cấp các dòng sản phẩm đồng hồ đo lưu lượng khối lượng toàn diện được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của ngành công nghiệp hóa dầu.
Silverinstruments.com cung cấp đầy đủ các loại đồng hồ đo lưu lượng Coriolis.
Đồng hồ đo lưu lượng khối Coriolis (CMF) là một loại đồng hồ đo lưu lượng khối trực tiếp sử dụng nguyên lý lực Coriolis, tỷ lệ thuận với lưu lượng khối, được tạo ra bởi chất lỏng trong một hệ thống quay khi chuyển động theo đường thẳng.
Như thể hiện trong Hình 1, khi một hạt có khối lượng m chuyển động với vận tốc υ trong một đường ống quay với vận tốc góc ω quanh trục p, hạt đó sẽ chịu tác động của hai thành phần gia tốc và lực.
Nguyên lý vật lý đằng sau phép đo:
1) Gia tốc pháp tuyến, còn được gọi là gia tốc hướng tâm α r, có độ lớn bằng ω 2r, hướng về trục P;
2) Gia tốc tiếp tuyến αt, còn được gọi là gia tốc Coriolis, có độ lớn là 2Ωυ và vuông góc với αr. Do chuyển động kết hợp, lực Coriolis Fc = 2Ωυm tác dụng lên hạt theo hướng αt, và đường ống tác dụng một lực ngược lại -Fc = -2Ωυm lên hạt.
Khi một chất lỏng có mật độ ρ chảy với vận tốc không đổi υ trong một đường ống quay, bất kỳ đoạn ống nào có chiều dài Δx sẽ chịu một lực Coriolis tiếp tuyến ΔFc.
Hình 1. Lực Coriolis
Ứng dụng hiện đại của lực Coriolis
Do đó, việc đo trực tiếp hoặc gián tiếp lực Coriolis sinh ra bởi chất lỏng chảy trong đường ống quay có thể xác định lưu lượng khối, đây là nguyên lý cơ bản của CMF.
Tuy nhiên, việc tạo ra lực Coriolis thông qua chuyển động quay rất khó. Hiện nay, tất cả các sản phẩm đều được tạo ra bằng cách rung đường ống, nghĩa là một ống đo thành mỏng có hai đầu cố định được kích thích ở tần số cộng hưởng hoặc gần tần số cộng hưởng (hoặc tần số hài cao hơn của nó) tại điểm giữa của ống đo. Chất lỏng chảy bên trong ống tạo ra lực Coriolis, gây ra sự lệch ngược chiều ở hai nửa trước và sau của ống đo tại điểm giữa. Lượng lệch được phát hiện để thu được lưu lượng khối.
Ưu điểm chính của lưu lượng kế khối lượng lực Coriolis bao gồm các khía cạnh sau:
(1) Đo trực tiếp tốc độ dòng khối lượng với độ chính xác đo cao; Không giống như lưu lượng kế thể tích (như lưu lượng kế tuabin hoặc lưu lượng kế xoáy) yêu cầu bù mật độ, lưu lượng kế Coriolis cung cấp phép đo khối lượng trực tiếp với độ chính xác hàng đầu trong ngành.
Lưu lượng kế thể tích, ví dụ như lưu lượng kế xoáy, không thể đo trực tiếp lưu lượng khối lượng.
(2) Phạm vi rộng các chất lỏng có thể đo được, bao gồm nhiều chất lỏng có độ nhớt cao (như nhựa, bitum, dầu thô), bùn chứa chất rắn, chất lỏng chứa một lượng nhỏ khí phân bố đồng đều (hàm lượng khí trong vòng 5%), và khí có mật độ đủ (khí có áp suất cao).
(3) Biên độ của ống đo nhỏ và có thể được coi là một thành phần không chuyển động; không có vật cản hoặc bộ phận chuyển động nào bên trong ống đo.
(4) Không nhạy cảm với sự phân bố vận tốc dòng chảy thượng lưu, do đó không có yêu cầu về các đoạn ống thẳng ở thượng lưu và hạ lưu.
(5) Giá trị đo lưu lượng không nhạy cảm với độ nhớt của chất lỏng và ảnh hưởng của mật độ chất lỏng đến giá trị đo lưu lượng là tối thiểu.
(6) Lưu lượng kế khối có thể đo nhiều thông số. Việc đo đồng thời lưu lượng khối có thể đo mật độ và nhiệt độ chất lỏng, cũng như suy ra các phép đo lưu lượng thể tích, nồng độ chất tan và hàm lượng các pha (hoặc thành phần) khác nhau trong chất lỏng hai pha rắn-lỏng (hoặc chất lỏng hai thành phần không hòa tan).
Nhiều thông số có thể được phát hiện bằng lưu lượng kế khối Coriolis.
Trong hoạt động hóa dầu, việc ngày càng chú trọng kiểm soát chi phí và nâng cao hiệu quả đã nâng cao tiêu chuẩn đo lường năng lượng và vật liệu trong toàn bộ quá trình sản xuất và phân phối. Các nhà máy đã liên tục nâng cấp và hiện đại hóa thiết bị đo lường của mình, bao gồm cả các đồng hồ đo lưu lượng khối lượng được sử dụng để theo dõi việc chuyển giao vật liệu giữa các đơn vị xử lý dầu thô và các thiết bị liên quan.
Cụ thể trong việc vận chuyển sản phẩm, đồng hồ đo lưu lượng khối Coriolis độ chính xác cao được sử dụng rộng rãi cho xăng, dầu hỏa, dầu diesel, khí hóa lỏng và propylen. Các nhà cung cấp chất lượng như Silver Instruments ( silverinstruments.com ) đã hỗ trợ các ứng dụng này với các giải pháp đồng hồ đo lưu lượng Coriolis mạnh mẽ, đã được kiểm chứng thực tế, được thiết kế đặc biệt cho môi trường hóa dầu.
Lưu lượng kế Coriolis có thể được sử dụng để đo lưu lượng xăng, dầu diesel, LPG, dầu hỏa, v.v.
Mặc dù lưu lượng kế khối lượng mang lại hiệu suất vượt trội, nhưng vẫn có thể phát sinh nhiều vấn đề trong quá trình vận hành. Dựa trên phân tích của chúng tôi, nguyên nhân chính của những vấn đề này thường thuộc hai loại: các yếu tố bên ngoài như lắp đặt không đúng cách, và các yếu tố bên trong liên quan đến các đặc tính vật lý và thông số của môi chất cần đo.
Nghiên cứu trường hợp - Thách thức trong việc lắp đặt cầu dẫn hàng:
Năm 2002, bến xếp dỡ của Nhà máy Hóa dầu Jinxi được trang bị sáu đồng hồ đo lưu lượng khối DN150 (6 inch), được sử dụng để đo lượng xăng và dầu diesel trong quá trình xếp dỡ. Trong giai đoạn vận hành ban đầu, một trong các đồng hồ đo lưu lượng dầu diesel thường xuyên ghi nhận lưu lượng tức thời ngắn từ 5 đến 7 tấn mà không cần xếp dỡ hàng.
Cách hiệu chỉnh điểm 0 trên đồng hồ đo lưu lượng khối Coriolis
Mặc dù đã tiến hành nhiều lần kiểm tra tại chỗ và điều chỉnh điểm 0, hiện tượng này vẫn tiếp diễn. Cuối cùng, cảm biến lưu lượng khối được tách ra khỏi đường ống xử lý và phát hiện ra rằng mặt bích ở một phía của cảm biến lệch 3cm theo chiều ngang so với mặt bích nối với đường ống xử lý.
Thời điểm đó, đội lắp đặt chưa đủ chuyên nghiệp và người chỉ huy tại công trường thiếu kinh nghiệm. Trong trường hợp này, cảm biến lưu lượng được kết nối cứng nhắc, và ứng suất đường ống tác động lên cảm biến. Trong trường hợp gió biển mạnh, lưu lượng kế thường xuyên trải qua dòng chảy tức thời ngắn từ 5 đến 7 tấn, ảnh hưởng đến hoạt động đo lường bình thường của lưu lượng kế.
Lắp đặt đúng cách để đảm bảo hoạt động chính xác của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis.
Do đó, việc lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng khối và các yếu tố như môi trường tại chỗ là những yếu tố chính ảnh hưởng đến phép đo bình thường của đồng hồ đo lưu lượng khối Coriolis. Trường hợp này cho thấy chất lượng lắp đặt và các yếu tố môi trường ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của đồng hồ đo lưu lượng, do đó quy trình lắp đặt đúng cách và hướng dẫn của chuyên gia là rất cần thiết để triển khai thành công.
1.1 Phân tích tác động ứng suất đường ống
Trong quá trình lắp đặt cảm biến, nếu tâm của đường ống nối cảm biến lưu lượng không thẳng hàng (hoặc song song) hoặc nhiệt độ đường ống thay đổi, ứng suất trong đường ống sẽ tạo ra lực nén, lực căng hoặc lực cắt tác động lên sự thẳng hàng giữa các ống đo của lưu lượng kế khối lượng, gây ra sự bất đối xứng của đầu dò và dẫn đến hiện tượng trôi điểm 0.
Các chiến lược giảm thiểu rủi ro:
Do đó, trong quá trình lắp đặt lưu lượng kế, cần đảm bảo tâm của đường ống nối với cảm biến lưu lượng được căn chỉnh đúng. Đồng thời, trong trường hợp nhiệt độ thay đổi lớn, có thể lắp đặt các phụ kiện cách ly giãn nở nhiệt trong đường ống.
1.2 Quản lý rung động môi trường
Ví dụ thực tế: Đồng hồ đo lưu lượng dầu thô của tổ máy chưng cất hóa dầu Jinxi là loại đồng hồ đo lưu lượng khối Coriolis được lắp đặt bên trong tổ máy và gần phòng bơm, gây ra rung động đáng kể trong đường ống dẫn. Do đó, dữ liệu đo của đồng hồ đo lưu lượng có một số vấn đề, dẫn đến sản lượng của tổ máy không đạt yêu cầu.
Giải pháp thực hiện: Trong trường hợp này, chúng tôi đã lắp đặt các giá đỡ ở cả hai đầu của lưu lượng kế để giảm tác động của rung động và đảm bảo hoạt động bình thường của nó.
Tốt hơn hết là nên có giá đỡ ở cả hai đầu của đồng hồ đo lưu lượng khối.
Máy đo lưu lượng khối có thể hoạt động trong môi trường rung động, nhưng phải được cách ly khỏi rung động.
Các biện pháp tối ưu để kiểm soát rung động:
Đặc biệt trong trường hợp rung động mạnh, có thể sử dụng ống mềm để kết nối với ống giảm rung và khung đỡ để cách ly rung động. Nhưng điều quan trọng hơn là phải ngăn tần số rung động trùng với tần số hoạt động hoặc tần số hài của lưu lượng kế. Khi nhiều thiết bị cùng loại được lắp đặt nối tiếp hoặc song song gần mặt đất, đặc biệt khi được lắp đặt trên cùng một bệ đỡ, các rung động ở tần số hoạt động giữa các lưu lượng kế sẽ ảnh hưởng lẫn nhau, gây ra rung động bất thường, và trong trường hợp nghiêm trọng, thiết bị có thể không hoạt động.
1.3 Vị trí lắp đặt tối ưu cho cảm biến lưu lượng khối
Tư thế và vị trí lắp đặt cảm biến lưu lượng cũng rất quan trọng đối với hoạt động bình thường của lưu lượng kế. Các chất rắn còn sót lại bên trong ống đo và cặn bám trên thành ống đều có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
Hướng dẫn cài đặt:
Yêu cầu quan trọng : Đảm bảo ống đo được đổ đầy hoàn toàn trong mọi điều kiện vận hành.
Tất nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, phương pháp lắp đặt cảm biến lưu lượng khối vẫn có thể thay đổi. Ví dụ, do đường ống xử lý của lưu lượng kế đo dầu thô tại đơn vị chưng cất hóa dầu Jinxi, mặc dù nó đo chất lỏng, nhưng lại sử dụng phương pháp lắp đặt hướng lên trên với ống đo. Trong trường hợp này, áp suất ngược đầu ra của lưu lượng kế cần phải cao để đảm bảo ống đo được đầy. Đồng thời, cần chú ý đến vấn đề rung động để giảm thiểu ảnh hưởng của rung động đến phép đo của lưu lượng kế.
1.4 Tác động khi lắp đặt van
Yêu cầu về van khóa: Để đảm bảo môi chất đo không chảy khi cảm biến lưu lượng được điều chỉnh về 0, cần lắp đặt các van khóa ở phía trước và phía sau đồng hồ đo lưu lượng khối, và đảm bảo các van không bị rò rỉ.
Vị trí lắp đặt van điều khiển: Nếu cần lắp đặt van điều khiển, van nên được lắp đặt ở phía hạ lưu của lưu lượng kế khối, điều này có lợi cho việc duy trì áp suất tĩnh cao nhất có thể của lưu lượng kế khối để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và bay hơi tức thì.
Nghiên cứu trường hợp - Thách thức trong đo lường khí hóa lỏng:
Tại nhà máy hóa dầu Kim Tây, người ta sử dụng một lưu lượng kế khối Coriolis để đo khí hóa lỏng, và luôn phát hiện sai lệch lớn trong quá trình đo. Sau khi kiểm tra toàn diện việc lắp đặt lưu lượng kế, không phát hiện vấn đề gì. Lưu lượng kế được gửi đến bộ phận hiệu chuẩn để hiệu chuẩn và kết quả đạt yêu cầu. Tuy nhiên, sau khi lắp đặt lại, dữ liệu đo của lưu lượng kế vẫn có vấn đề.
Áp suất hoạt động của chất lỏng không được vượt quá áp suất định mức của lưu lượng kế khối.
Phân tích nguyên nhân gốc rễ: Để giải quyết tình huống này, chúng tôi đã so sánh các thông số hoạt động của lưu lượng kế tại chỗ với các thông số của quá trình hiệu chuẩn và nhận thấy rằng áp suất của khí hóa lỏng tại chỗ là 1,6 MPa, trong khi áp suất của môi chất trong quá trình hiệu chuẩn là khoảng 0,3 MPa. Do đó, sự thay đổi áp suất môi chất đo được đã ảnh hưởng đến phép đo của lưu lượng kế khối lượng.
Giải thích về tác động kỹ thuật: Trên thực tế, lưu lượng kế chất lượng cao trước hết cần xem xét rằng áp suất môi chất đo được không được vượt quá áp suất làm việc quy định, và cũng cần xem xét mức độ ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất tĩnh. Sự thay đổi áp suất ảnh hưởng đến độ kín của ống đo và mức độ hiệu ứng Bourdon, cũng như độ lệch điểm 0 ban đầu làm phá vỡ tính đối xứng của ống đo. Mặc dù sự thay đổi của các hằng số thiết bị và độ trôi điểm 0 là nhỏ, nhưng tác động đến các thiết bị có độ chính xác cao không thể bỏ qua khi có sự khác biệt đáng kể về áp suất và hiệu chuẩn trong quá trình sử dụng.
Mối tương quan giữa hiệu ứng áp suất và tác động của áp suất:
• Dụng cụ đường kính nhỏ: Tỷ lệ độ dày thành trên đường kính cao giúp giảm thiểu tác động của áp suất.
• Dụng cụ có đường kính lớn: Tỷ lệ độ dày thành trên đường kính thấp tạo ra độ nhạy áp suất đáng kể.
Kết quả kiểm tra đáng tin cậy: Thử nghiệm độc lập trên tám lưu lượng kế khối lượng đã chứng minh được ảnh hưởng của áp suất có thể định lượng được:
| Áp suất tĩnh MPa | 2 | 2.4 | 2.8 | |
| Sai số đo lưu lượng % | trung bình | -2,21 | -3,25 | -0,375 |
| tối đa | -1,57 | -2,55 | -2,6 | |
| phút | -3,15 | -4 | -4,56 | |
| Lưu ý: Áp suất trong quá trình hiệu chuẩn sẽ được duy trì. | ||||
Hình 3. Tác động của áp suất.
Sự thay đổi mật độ của môi trường đo làm thay đổi chất lượng của hệ thống đo lưu lượng, gây ra sự thay đổi về cân bằng của cảm biến lưu lượng và dẫn đến sai lệch điểm 0. Nếu đo một loại chất lỏng cụ thể, miễn là được hiệu chỉnh về 0 ở điều kiện mật độ chất lỏng thực tế, sự thay đổi mật độ trong quá trình sử dụng không đáng kể và nhìn chung không có vấn đề gì.
Thách thức của đường ống dẫn đa chất lỏng: Tuy nhiên, việc đo nhiều chất lỏng có mật độ khác biệt đáng kể trên cùng một đường ống có thể dẫn đến sai số bổ sung do sự thay đổi điểm 0, đòi hỏi phải xem xét cẩn thận trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống.
Lưu lượng kế khối lượng lực Coriolis có thể đo được nhiều loại chất lỏng có độ nhớt khác nhau và thể hiện hiệu suất đo tốt. Trên thực tế, độ nhớt của chất lỏng có thể làm thay đổi đặc tính giảm chấn của hệ thống, do đó ảnh hưởng đến độ lệch điểm 0 và có tác động nhất định đến giá trị đo lưu lượng ở tốc độ dòng chảy thấp.
Các yếu tố cần xem xét khi thiết kế: Một trong những yếu tố chính mà chúng tôi xem xét khi lựa chọn thông số kỹ thuật và kích thước của lưu lượng kế dựa trên điều kiện sử dụng là tổn thất áp suất ước tính của thiết bị nằm trong phạm vi cho phép của hệ thống đường ống. Để đạt được độ chính xác đo tối ưu trong khi vẫn tính đến sự sụt giảm áp suất, lưu lượng tối đa được sử dụng nên được chọn càng cao càng tốt trong phạm vi lưu lượng cho phép.
Đồ thị tổn hao áp suất/độ nhớt của lưu lượng kế Coriolis SH-CMF từ silverinstruments.com
Mối quan hệ giữa độ nhớt và tổn thất áp suất: Tổn thất áp suất của lưu lượng kế khối lượng tăng lên khi độ nhớt của chất lỏng tăng, điều này có nghĩa là sự tăng độ nhớt sẽ làm tăng tổn thất áp suất của thiết bị. Lưu lượng kế khối lượng Coriolis được sử dụng để đo dầu thô trong tổ máy chưng cất của Nhà máy Hóa dầu Jinxi đã xem xét đầy đủ các yếu tố về sự gia tăng độ nhớt và tổn thất áp suất trong quá trình lựa chọn, mà không ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị.
Lưu lượng/ Độ chính xác/ Độ sụt áp của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis dòng SH-CMF từ silverinstruments.com
Hiện nay có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc đo lưu lượng kế chất lượng bình thường. Một số yếu tố yêu cầu chúng ta phải lắp đặt lại lưu lượng kế, trong khi một số yếu tố khác thậm chí yêu cầu chúng ta phải thay thế lưu lượng kế. Điều này đòi hỏi chúng ta phải xem xét toàn diện tất cả các khía cạnh của các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình lựa chọn lưu lượng kế chất lượng để đảm bảo chúng hoạt động bình thường.
Yêu cầu bảo trì và hiệu chuẩn: Trong các ứng dụng thực tế, có nhiều yếu tố gây ra hiện tượng trôi điểm 0, chẳng hạn như ứng suất khi lắp đặt cảm biến, sự bất đối xứng về cấu trúc của ống đo và sự thay đổi các thông số vật lý của chất lỏng được đo. Điều này đòi hỏi chúng ta phải thường xuyên kiểm tra và hiệu chỉnh điểm 0.
Những tiến bộ công nghệ thế hệ tiếp theo: Hiện nay, với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ đo lường và sự cải thiện liên tục hiệu suất của đồng hồ đo lưu lượng khối, một số dòng đồng hồ đo lưu lượng khối đề xuất rằng hiệu suất tại chỗ của đồng hồ đo lưu lượng khối phải nhất quán với điều kiện phòng thí nghiệm. Sau khi thiết lập điểm 0 tại nhà máy, không cần phải hiệu chỉnh tại chỗ, và không cần hiệu chỉnh sau khi thay đổi điều kiện quy trình. Điều này sẽ giảm số lượng van, đơn giản hóa việc lắp đặt và giảm khối lượng công việc bảo trì đồng hồ đo lưu lượng khối. Đồng thời, cũng đề xuất rằng phép đo của đồng hồ đo lưu lượng khối không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ hoặc sự thay đổi ứng suất đường ống.
Lưu lượng kế khối lượng Coriolis là một thiết bị đo lưu lượng tương đối chính xác, đáng tin cậy, ổn định, hiệu quả và linh hoạt, được sử dụng rộng rãi trong chế biến dầu khí, công nghiệp hóa chất và các lĩnh vực khác. Nó cũng được sử dụng một cách đáng tin cậy trong quá trình đo lường xăng, dầu hỏa, dầu diesel, hydrocarbon lỏng và các sản phẩm khác của Công ty Hóa dầu Jinxi, giúp nâng cao độ chính xác của phép đo lưu lượng năng lượng và vật liệu, đồng thời tránh được những tổn thất không cần thiết.
Chào mừng bạn đến với silverinstruments.com để tìm hiểu các giải pháp đo lưu lượng khối lượng.
Những cải tiến liên tục về hiệu suất trong công nghệ lưu lượng kế khối lượng Coriolis dần dần giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động đo lường bình thường, đồng thời đơn giản hóa các yêu cầu bảo trì. Các nhà lãnh đạo trong ngành như Silver Instruments tiếp tục phát triển công nghệ lưu lượng kế Coriolis, cung cấp các giải pháp toàn diện cho các doanh nghiệp hóa dầu đang tìm kiếm độ chính xác đo lường và độ tin cậy vận hành cao nhất.
