Đo lưu lượng trong quá trình xử lý hydrocarbon và đông lạnh

Tại sao việc bảo quản ở nhiệt độ thấp và xử lý hydrocarbon lại khó khăn đến vậy?

Những người từng làm việc trong lĩnh vực lưu trữ ở nhiệt độ thấp và xử lý hydrocarbon đều biết rằng công việc này không hề dễ dàng. Nhiệt độ có thể giảm xuống thấp tới âm 100 độ C, và khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) đang chảy qua đường ống. Một sai sót nhỏ cũng có thể dẫn đến tai nạn nghiêm trọng. Việc một lưu lượng kế đo chính xác trong điều kiện cực lạnh như vậy là không hề dễ dàng.

Ngành công nghiệp lưu trữ đông lạnh và chế biến hydrocarbon

Các nhà máy xử lý khí và bể chứa nhiệt độ thấp hiện nay hoàn toàn dựa vào các lưu lượng kế đông lạnh này để đảm bảo vận hành an toàn, chuyển giao chính xác và kiểm soát quy trình. Lựa chọn đúng thiết bị sẽ tiết kiệm thời gian và công sức; lựa chọn sai sẽ dẫn đến nhiều rắc rối.

Ba phương tiện truyền thông chính, mỗi phương tiện có đặc điểm riêng.

Etan lỏng là chất lỏng khó đo lường nhất.

Đồng hồ đo lưu lượng đông lạnh etan

Etan, ở dạng lỏng, có thể làm lạnh đến -116°C, với mật độ dao động từ 552-568 kg/m³ và độ nhớt thay đổi tương ứng. Điều đáng lo ngại hơn nữa là nó có thể ở dạng lỏng vào lúc này và dạng khí vào lúc khác, với áp suất từ 3,5 đến 29 kg-lực. Các nhà máy hóa dầu sử dụng nó làm nguyên liệu thô để sản xuất etylen, vì vậy việc đo lưu lượng không thể được thực hiện một cách tùy tiện.

Việc đo lưu lượng khí propan lỏng tương đối tốt hơn, nhưng cũng không hề đơn giản.

Đồng hồ đo lưu lượng propan

Nhiệt độ làm việc của propan lỏng nằm trong khoảng từ -50°C đến 40°C, ôn hòa hơn so với etan. Mật độ 581-585 kg/m³, độ nhớt 0,19-0,21 cp, khá ổn định. Tuy nhiên, vấn đề là lưu lượng thay đổi rất lớn, từ rất nhỏ đến hơn 30000 kg/giờ, đòi hỏi tỷ lệ phạm vi của lưu lượng kế phải đủ rộng. Áp suất thiết kế có thể đạt tới 35 kg/giờ, và vật liệu cũng phải chịu được áp suất này.

Đường ống lớn là một vấn đề đối với khí hydrocarbon.

Đồng hồ đo lưu lượng khí hydrocarbon

Hệ thống đo khí trong mỏ hàn sử dụng các đường ống có kích thước lên đến 24 inch hoặc 36 inch. Khối lượng phân tử của khí khoảng 21:00, hệ số nén là 0,9887, và lưu lượng dao động từ 0,1 triệu mét khối tiêu chuẩn đến 330 triệu mét khối tiêu chuẩn mỗi ngày. Nhiệt độ không quá cao, khoảng 30-40 độ, và áp suất chỉ từ 6-8 kg/m³.

Hai loại đồng hồ đo lưu lượng chính, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng.

Lưu lượng kế Coriolis - đắt tiền nhưng hữu ích cho propan lỏng và etan

Khi nói đến việc đo lưu lượng etan và propan lỏng, lưu lượng kế Coriolis là thiết bị đáng tin cậy nhất. Nó đo trực tiếp lưu lượng khối lượng mà không cần quan tâm đến sự thay đổi mật độ, với độ chính xác ± 0,05% hoặc thậm chí cao hơn, khiến nó trở nên phù hợp nhất cho việc chuyển giao hàng hóa. Khi bốc dỡ vật liệu, cả hai phía đều có thể được đo, điều này đặc biệt thiết thực.

Tại sao các kỹ sư chế tạo thiết bị lại thích sử dụng nó?

-Bất kể mật độ của propan hoặc etan lỏng thay đổi như thế nào, lưu lượng khối lượng đo được luôn chính xác và trực tiếp.
-Tỷ lệ phạm vi đo lớn, độ chính xác tốt từ lưu lượng nhỏ đến lưu lượng lớn
- Một cảm biến lưu lượng có thể đo mật độ, nhiệt độ và độ nhớt, giúp tiết kiệm được nhiều cảm biến.
- Không có bộ phận chuyển động nào, vì vậy về cơ bản không cần bảo trì.
- Đồng hồ đo lưu lượng đông lạnh hoạt động ổn định ngay cả ở nhiệt độ dưới -100 độ C.

Nó có thể chứa các loại ống có đường kính từ 3/8 inch đến 10 inch, với lưu lượng chất lỏng từ 800 đến 2000 mét khối mỗi giờ và lưu lượng khí hơn 60000 kg mỗi giờ.

đồng hồ đo lưu lượng khối nhiệt

Lưu lượng kế khối nhiệt - lựa chọn kinh tế cho các đường ống lớn.

Lưu lượng kế nhiệt là loại tiết kiệm chi phí nhất để đo khí, đặc biệt là khí trong các đường ống lớn. Việc lắp đặt thuận tiện và hầu như không gây tổn thất áp suất, điều này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống mỏ hàn áp suất thấp. Nguyên lý hoạt động là sử dụng đầu dò được gia nhiệt để đo tốc độ tản nhiệt nhằm tính toán lưu lượng, và trực tiếp xuất ra lưu lượng khối lượng mà không cần bù áp suất và nhiệt độ.

Việc sử dụng lưu lượng kế khối nhiệt cho hydrocarbon mang lại những lợi ích gì?
- Đo trực tiếp chất lượng khí, tiết kiệm thời gian.
-Ngay cả lưu lượng thấp cũng có thể được đo lường chính xác.
-Có thể đo được từ 0,1 triệu mét khối tiêu chuẩn mỗi ngày đến vài trăm triệu mét khối tiêu chuẩn.
- Chi phí lắp đặt thấp và dễ bảo trì.
-Có thể giao tiếp với hệ thống DCS bằng giao thức HART.
-Nó cũng có thể hiển thị khối lượng phân tử theo thời gian thực, điều này khá hữu ích.

Lưu lượng kế nhiệt thích hợp nhất cho những nơi có áp suất gần với áp suất khí quyển, chẳng hạn như các bể tách bằng đèn khò.

Hãy chú ý đến những điểm này khi lựa chọn đồng hồ đo lưu lượng.

Áp suất và nhiệt độ không chỉ nên phụ thuộc vào điều kiện làm việc.

Đừng chỉ nhìn vào nhiệt độ và áp suất trong điều kiện hoạt động bình thường; bạn phải xem xét giới hạn thiết kế. Mặc dù lưu lượng kế etan lỏng hoạt động ở -116°C, nhưng nó được thiết kế để chịu được áp suất 43,5 kg/m² trong khoảng nhiệt độ từ -118°C đến 65°C. Khí propan lỏng cũng được sử dụng, hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -52°C đến 115°C, với lực chịu tải 35,7 kg/m². Vật liệu phải được lựa chọn đúng cách và không được giòn ở nhiệt độ thấp.

Các đồng hồ đo lưu lượng ATEX thường cần thiết.

Tình huống này thuộc khu vực nguy hiểm Zone 1, với nhóm khí IIA và nhóm nhiệt độ T3. Đồng hồ đo lưu lượng phải có chứng nhận ATEX và mức độ chống cháy nổ Ex'd'. Mức độ bảo vệ IP 67 cũng là yêu cầu bắt buộc; nếu không, nó sẽ bị hư hại do nước và bụi.

Tín hiệu đầu ra từ lưu lượng kế phải có khả năng kết nối.

Hiện nay, tất cả chúng đều được kết nối với hệ thống DCS và giao thức HART là tiêu chuẩn. Bằng cách thêm tín hiệu analog 4-20mA và tín hiệu số HART hoặc MODBUS RTU, các thông số có thể được thiết lập và thông tin chẩn đoán có thể được xem từ xa. Các đồng hồ đo lưu lượng kỹ thuật số tiên tiến hoặc đồng hồ đo lưu lượng nhiệt độ thấp analog có thể truyền nhiều dữ liệu cùng lúc, bao gồm lưu lượng, mật độ, nhiệt độ và phép đo tích lũy, giúp việc điều khiển dễ dàng hơn.

Một số điều cần cân nhắc khi cài đặt

Khi chọn lưu lượng kế phù hợp, đừng chỉ tập trung vào lưu lượng tối đa.

Nhiều kỹ sư chỉ dựa vào việc lưu lượng tối đa có đủ hay không để đưa ra kết luận chính xác, điều này là không đúng. Lưu lượng tối thiểu phụ thuộc vào ba yếu tố: lưu lượng tối thiểu, lưu lượng bình thường và lưu lượng tối đa. Lưu lượng kế Coriolis thường chính xác nhất trong khoảng từ 20% đến 100%, trong khi lưu lượng kế nhiệt có phạm vi rộng hơn. Chỉ khi cả ba điểm lưu lượng đều nằm trong phạm vi chính xác, bảng này mới được coi là lựa chọn đúng.

Không thể bỏ qua sự sụt giảm áp suất.

Đặc biệt trong các hệ thống dòng chảy trọng lực hoặc áp suất thấp, sự sụt giảm áp suất rất nguy hiểm. Lưu lượng kế Coriolis có thể giảm áp suất lên đến 0,3 kg/m², trong khi loại nhiệt hầu như không làm giảm áp suất. Sau khi tính toán xong, cần lựa chọn lại, nếu không chất lỏng sẽ dễ bay hơi, áp suất phía hạ lưu sẽ không đủ, và toàn bộ hệ thống sẽ rơi vào tình trạng hỗn loạn.

Giấy chứng nhận hiệu chuẩn phải đầy đủ.

Độ chính xác phải được đảm bảo và việc hiệu chuẩn thường xuyên là rất cần thiết. Lưu lượng kế Coriolis thường được hiệu chuẩn bằng nước hoặc các hydrocacbon nhẹ trước khi xuất xưởng, và sẽ được cung cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn, bao gồm các điều kiện thử nghiệm, ghi nhận áp suất và xác minh phạm vi đo. Khi bàn giao sản phẩm, giấy chứng nhận này phải được xuất trình và có thể truy xuất nguồn gốc.

Tóm lại

Việc lựa chọn lưu lượng kế cho etan lỏng, propan lỏng và các khí hiđrocacbon đòi hỏi sự hiểu biết rõ ràng về điều kiện quy trình, tính chất chất lỏng và các yêu cầu thực tế.

Đối với việc đo lưu lượng chất lỏng, mặc dù lưu lượng kế Coriolis đắt tiền, nhưng nó có độ chính xác cao, hoạt động ổn định và đáng đồng tiền bát gạo. Còn đối với việc đo khí trong các đường ống lớn, lưu lượng kế nhiệt là lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất, với độ sụt áp thấp và chi phí lắp đặt, bảo trì rẻ.

Ngành công nghiệp chế biến hydrocarbon và nhiệt độ thấp có đặc điểm là nhiệt độ khắc nghiệt, thay đổi áp suất lớn và phạm vi lưu lượng rộng. Nếu không có đồng hồ đo lưu lượng đáng tin cậy, hoạt động sẽ thực sự không khả thi. Việc lựa chọn đồng hồ phù hợp, đo lường chính xác, đáp ứng các thông số kỹ thuật và hệ thống ổn định, giúp tiết kiệm được nhiều chi phí so với sự chênh lệch giá của từng chiếc đồng hồ.

Câu hỏi thường gặp

Câu 1: Bạn có còn cần lưu lượng kế Coriolis nhiệt độ thấp để đo lưu lượng propan ở nhiệt độ phòng không? Nó có quá đắt không?

Trả lời: Thực sự cần phải sử dụng nó. Mặc dù ở nhiệt độ phòng, mật độ của propan vẫn thay đổi theo nhiệt độ. Lưu lượng kế Coriolis đo trực tiếp khối lượng mà không ảnh hưởng đến mật độ, với độ chính xác ± 0,05%. Độ chính xác này là cần thiết cho việc bàn giao. Và nó có thể tự đo mật độ và nhiệt độ, tiết kiệm chi phí mua thêm một thiết bị đo khác. Sau khi tính toán, thực tế thì đó không phải là một sự thiệt hại.

Câu 2: Loại đồng hồ đo nào được sử dụng để đo lượng khí trong đường ống mỏ hàn nhiệt độ môi trường 24 inch? Tấm chắn lỗ (orifice plates) khá rẻ, tại sao không sử dụng chúng?

Trả lời: Đồng hồ đo lưu lượng nhiệt khối lượng là loại phù hợp nhất. Việc sử dụng nó cho các đường ống lớn rất tiết kiệm chi phí, vì nó có thể đo trực tiếp lưu lượng khối lượng mà không cần bù áp suất và nhiệt độ. Điểm mấu chốt là nó hầu như không làm giảm áp suất, và hệ thống đo lưu lượng đã ở áp suất thấp nên không thể giảm thêm. Mặc dù tấm chắn lỗ có giá thành rẻ, nhưng tổn thất áp suất liên tục quá lớn, và hệ thống điện áp thấp hoàn toàn không thể sử dụng được.

Câu 3: Chức năng "hiển thị khối lượng phân tử theo thời gian thực" trong lưu lượng kế nhiệt có tác dụng gì?

Trả lời: Chức năng này khá thiết thực. Lưu lượng kế có thể cảm nhận sự thay đổi trọng lượng phân tử của khí, và sự thay đổi trọng lượng phân tử cho thấy sự thay đổi thành phần khí. Nếu có vấn đề với quy trình hoặc thay đổi trong nguyên liệu đầu vào, nó có thể phát hiện trước, tương đương với việc có nhiều phương pháp giám sát. Người vận hành đã nhìn vào con số này với sự tự tin.

Hỏi: Bạn có lựa chọn nào rẻ hơn so với Coriolis dành cho chất lỏng ở nhiệt độ phòng mà không yêu cầu độ chính xác quá cao không?

Trả lời: Có, đồng hồ đo lưu lượng xoáy, đồng hồ đo lưu lượng tuabin và đồng hồ đo lưu lượng bánh răng hình elip đều rẻ hơn. Nhưng những loại đồng hồ này đo lưu lượng thể tích, còn để tính toán khối lượng thì cần đến các loại đồng hồ đo mật độ chính xác cao, nhiệt kế và bộ tích hợp lưu lượng. Hệ thống trở nên phức tạp hơn và có nhiều nguồn sai số hơn. Nếu không thiếu kinh phí, thì việc sử dụng đồng hồ Coriolis sẽ thuận tiện hơn.