Flow measurement manual Phương pháp đo lưu lượng

Tài liệu trình bày phương pháp đo lưu lượng, Hệ thống kiểm định Turbine của xưởng ĐL TĐHSX ,Quá trình kiểm turbine . Đây là tài liệu cực hiếm, được thực hiện trong quá trình tập sự trên giàn biển. Dành riêng cho các Sỹ khoan.

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

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

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

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

Gas Turbin Meter

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

6 Ống thẳng

7 Bộ đo áp suất

8 Bộ đo nhiệt độ

Đường kính Turbin Meter: D

- 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

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

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

Meter factor sẽ được tính từ 5 lần với 5 vận tốc chạy từ 10% – 100% vận tốc turbin

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:

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản

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

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

Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản

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

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

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

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

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

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:

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

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