Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8618:2010 cung cấp những khuyến cáo về yêu cầu kỹ thuật áp dụng cho phương tiện giao thông đường bộ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng (liquefied natural gas - LNG). Mục đích của tài liệu này nhằm cung cấp những thông tin quan trọng đáng lưu ý về hệ thống phân phối và đo lường LNG cho phương tiện giao thông vận tải.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 8618:2010 KHÍ THIÊN NHIÊN HĨA LỎNG (LNG) - HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ ĐO LƯỜNG LNG CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - XE TẢI VÀ XE KHÁCH Liquefied natural gas (LNG) - LNG vehicle metering and dispensing systems - Truck and bus Lời nói đầu TCVN 8618:2010 tiêu chuẩn chấp nhận tương đương có sửa đổi với SAE J2645:2009 TCVN 8618:2010 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 58 Chai chứa khí phối hợp với Viện Dầu khí Việt Nam biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố KHÍ THIÊN NHIÊN HĨA LỎNG (LNG) - HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ ĐO LƯỜNG LNG CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - XE TẢI VÀ XE KHÁCH Liquefied natural gas (LNG) - LNG vehicle metering and dispensing systems - Truck and bus Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn cung cấp khuyến cáo yêu cầu kỹ thuật áp dụng cho phương tiện giao thông đường sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng (liquefied natural gas - LNG) Mục đích tài liệu nhằm cung cấp thông tin quan trọng đáng lưu ý hệ thống phân phối đo lường LNG cho phương tiện giao thông vận tải Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm công bố áp dụng phiên nêu Đối với tài liệu viện dẫn khơng ghi năm cơng bố áp dụng phiên nhất, bao gồm sửa đổi (nếu có) TCVN 8616 (NFPA 59A), Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) - Yêu cầu sản xuất, tồn chứa vận chuyển NIST Handbook 44, Specifications, Tolerances, and other Techical Requirements for Weighing and Measuring Devices (Điều kiện kỹ thuật, dung sai yêu cầu kỹ thuật khác thiết bị đo lường) NFPA 52, Vehicular Fuel Systems Code (Tiêu chuẩn cho nhiên liệu sử dụng phương tiện vận tải) Thuật ngữ định nghĩa Trong tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 Cơ quan có thẩm quyền (Authority having jurisdiction) Tổ chức chịu trách nhiệm phê duyệt thiết bị, việc lắp đặt quy trình 3.2 Hợp đồng mua bán (Contract sale) Văn ký thỏa thuận mua bán, có nêu rõ mức giá khởi điểm mức giá cố định, mức giá chi phí mức giá điều chỉnh từ giá công bố 3.3 Chất lỏng siêu lạnh( Cryogenic liquid) Chất lỏng có điểm sơi thường thấp - 153 oC 3.4 Đơn vị khối lượng quy đổi (Derived mass unit) Để thuận tiện giao dịch với khách hàng, đơn vị tính sử dụng dựa đơn vị khối lượng xác như: 3.4.1 "Một gallon diesel quy đổi: (Diesel gallon equivalent - DGE) tương đương với 2,1 kg khí thiên nhiên 3.4.2 "Một lít diesel quy đổi" (Diesel liter equivalent - DLE) tương đương với 0,716 kg khí thiên nhiên CHÚ THÍCH: Giá trị quy đổi tính tốn dựa nhiệt trị thấp (lower heating value - LHV) LNG 50 MJ/kg với giả thiết thành phần gồm 98 % metan % etan với LHV diesel 35,80 MJ/L 3.4.3 "Một gallon xăng quy đổi" (Gasoline gallon equivalent - GGE) tương đương với 2,567 kg khí thiên nhiên nén 3.4.4 "Một lít xăng quy đổi" (Gasoline liter equivalent - GLE) tương đương với 0,678 kg khí thiên nhiên nén CHÚ THÍCH: Xem thêm Sổ tay kỹ thuật số 44 NIST 3.5 Giao dịch trực tiếp (Direct sale) Cả hai bên giao dịch có mặt kiểm tra số lượng hàng 3.6 Trạm phân phối (Dispenser) Thiết bị thiết kế sử dụng đo lường giao nhận nhiên liệu lỏng 3.7 Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied natural gas, LNG) Khí chuyển thể lỏng làm lạnh sâu cách giảm nhiệt độ khí thiên nhiên xuống - 162 o C điều kiện áp suất khí 3.8 Thiết bị đo lưu lượng (Mass flow meter) Thiết bị dùng để đo lưu lượng sản phẩm qua hệ thống Lưu lượng xác định trực tiếp từ tác động khối lượng lên cảm biến ghi nhận suy thơng qua việc đo tính chất sản phẩm, chẳng hạn thể tích, tỷ khối, nhiệt độ, áp suất hiển thị giá trị đơn vị khối lượng 3.9 Điểm sôi thường (Normal boiling point, NBP) Điểm sôi thường chất lỏng làm sâu áp suất 101,325 kPa 3.10 Nhiệt độ áp suất thường (Normal temperature and pressure) Nhiệt độ 21 oC áp suất tương ứng 101,325 kPa 3.11 Hệ thống giao bán hàng (Point of sale system) Tập hợp thiết bị bao gồm thiết bị đo lường, máy hiển thị, máy báo, máy ghi (cũng dùng máy quét) sử dụng giao dịch mua bán trao đổi hàng hóa 3.12 Thiết bị bán lẻ (Retail device) Thiết bị sử dụng đối với: - Giao hàng nhỏ lẻ 378 L; - Trạm nạp nhiên liệu động cho phương tiện giao thơng 3.13 Áp suất bão hòa (Saturation pressure) Áp suất mà chất lỏng tự sơi 3.14 Dòng hai pha (Two-phase flow) Trạng thái tồn chất lỏng chất khí bay từ chất lỏng 3.15 Thiết bị bán buôn (Wholesale device) Gồm thiết bị giao bán khác thiết bị bán lẻ (Xem 3.12) Các thông số vật lý chất lỏng làm lạnh Việc xác định xác thơng số LNG gặp nhiều khó khăn Các thông số chủ yếu nêu Cần lưu ý thơng số có liên hệ chặt chẽ với 4.1 Nhiệt Chất lỏng làm lạnh sâu điều kiện áp suất thu nhiệt trừ nhiệt độ giữ trạng thái cân Sự trao đổi nhiệt giảm thiểu loại bỏ Việc thu hay tỏa nhiệt ảnh hưởng tới tỉ khối chất lỏng 4.2 Áp suất bão hòa Kiểm sốt chặt chẽ áp suất bão hòa phân phối LNG quan trọng hệ thống phương tiện giao thông sử dụng áp suất trình phân phối nhiên liệu cho động Rất khó để xác định xác áp suất bão hòa dòng chảy LNG 4.3 Khối lượng riêng Khối lượng riêng LNG thay đổi theo áp suất bão hòa Tại giá trị áp suất bão hòa cao (điểm sơi cao hơn) LNG có khối lượng riêng thấp Điều có nghĩa 3,79 L LNG - 154 o C có khối lượng 1,56 kg (sôi áp suất 170,3 kPa) 129 oC có khối lượng 1,40 kg (sơi áp suất 790,8 kPa) Tùy thuộc công nghệ, hệ thống phân phối phải có khả hiệu chỉnh thay đổi khối lượng riêng liên quan đến nhiệt độ, áp suất và/hoặc thành phần LNG 4.4 Thành phần LNG Tùy thuộc vào thay đổi nguyên liệu đầu vào, phương pháp hóa lỏng tồn chứa LNG mà thành phần hóa học LNG thay đổi Sự thay đổi thành phần LNG kéo theo thay đổi khối lượng riêng gây sai số q trình đo lường 4.5 Trạng thái siêu lạnh Chất lỏng làm lạnh sâu chứa bồn chịu áp Có thể tạo thêm áp suất lên bề mặt chất lỏng mà không thay đổi nhiệt độ hay độ bão hòa cách bổ sung thêm lượng vào phần bồn chứa Dưới điều kiện này, chất lỏng coi bị rơi vào trạng thái "siêu lạnh" (quá lạnh) Khi bơm chất lỏng điều kiện áp suất cao tạo hiệu ứng tương tự Đây phương thức ngăn ngừa chất lỏng sôi Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống phân phối Có nhiều vấn đề bên ngồi liên quan tới độ cảm biến đo lường gây ảnh hưởng đến độ xác đo Sau vấn đề cần xem xét để tránh sai số đo 5.1 Hiệu chỉnh thể tích ống Khi thiết kế cần xem xét tính tốn lượng chất lỏng nằm lại hệ thống sau qua điểm lắp thiết bị đo Thiết bị phân phối thiết kế để kết hợp đặc tính dòng lỏng tuần hồn, hệ thống tiêu nước đọng phương pháp khác để đạt điều kiện vận hành theo yêu cầu 5.2 Dòng hai pha Dòng LNG làm nóng giảm áp suốt quãng đường di chuyển từ bồn chứa tới hệ thống nhiên liệu xe Tùy thuộc vào hình dạng đường tuyến ống mà tồn chất lỏng hệ thống Đây thực tế xảy giai đoạn khởi đầu trình phân phối Hầu hết đồng hồ đo bị sai lệch tượng hai pha Hệ thống phân phối xác LNG yêu cầu biện pháp nhận biết hiệu chỉnh có xuất dòng hai pha 5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ thay đổi gây ảnh hưởng tới kích thước, đặc điểm vật liệu hệ thống phân phối thiết bị đo Nhiệt độ có tác động tới tỷ khối LNG Khi thiết kế hệ thống phân phối cần xét đến ảnh hưởng này, cân chỉnh sửa chữa kỹ thuật cần thiết 5.4 Ảnh hưởng áp suất Trong hệ thống phân phối áp suất tự thay đổi (hiện tượng giảm áp) nguyên nhân tạo dòng hai pha, giống thay đổi tỷ khối Khi thiết kế hệ thống phân phối cần xem xét tới ảnh hưởng này, chỉnh hiệu chỉnh kỹ thuật cần thiết 5.5 Thành phần cấu tạo LNG hỗn hợp chủ yếu gồm metan tỷ lệ nhỏ etan, propan, butan nitơ Thành phần tùy thuộc vào nguyên liệu khí thiên nhiên đầu vào phương thức hóa lỏng Như vậy, tỷ khối LNG khác tùy thuộc thành phần Khi thiết kế hệ thống đo cần xem xét việc hiệu chỉnh theo thành phần hóa học 5.6 Sai lệch dòng đo Trong hệ thống kiểm soát đo lường theo dõi, khơng có thao tác làm cho chất lỏng chệch khỏi buồng đo xả chất lỏng ngồi, đầu kiểm sốt cho phép mở để làm xả bẩn Phải có biện pháp hữu hiệu để ngăn ngừa chất lỏng qua đầu vận hành bình thường thiết bị, để thị rõ ràng, tin cậy biện pháp kiểm soát van cài đặt phép chất lỏng qua đầu (xem thêm NIST Handbook 44, Phần 3.34, S.3.1) 5.7 Đường ống cân Đường ống cần không sử dụng trình đo lường phân phối trừ tính tốn đến lượng chuyển từ bồn chứa trạm phân phối đến bồn chứa xe (xem thêm Sổ tay NIST 44, mục 3.38, UR.2.3) Lựa chọn hệ thống phân phối Khi lựa chọn hệ thống phân phối LNG, cần xem xét tới loại phương tiện sử dụng hệ thống Người sử dụng nên quan tâm tới thông số tần suất nạp liệu, độ xác yêu cầu đo lường 6.1 Trạm phân phối riêng hay chuyên dụng (Private stations) Ở trạm này, đo lường tính tốn dùng với mục đích mang tính chất nội bộ, yêu cầu độ xác việc phân phối nhiên liệu cho phương tiện khơng cao, sử dụng hệ thống đo lường tương đối đơn giản Điển hình hệ thống đo lường có độ xác dao động khoảng ± 2,5 % điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu người sử dụng Những trạm thông thường không đáp ứng yêu cầu sử dụng để đo tải trọng đo đạc chuẩn 6.2 Trạm phân phối công cộng (Bán lẻ) (Public (retail) station) Nếu trạm phân phối dùng cho cộng đồng, đội xe, xe vận chuyển phủ người dùng LNG khác, nhiên liệu phân phối bán lẻ cho đội xe phân phối theo giá hợp đồng, hệ thống phân phối phải giám sát trình đo lường Độ xác yêu cầu đo hệ thống điều khiển đo lường yêu cầu nghiêm ngặt Những hệ thống thường có độ xác yêu cầu tối thiểu ± 1,5 % 6.3 Tần suất nạp nhiên liệu 6.3.1 Nạp liệu cho loạt xe có thời gian nạp Người điều hành tổ xe cho tất phương tiện quay trở lại trạm tiếp nhiên liệu vào thời điểm Trong trường hợp này, hệ thống phân phối khơng u cầu việc làm lạnh bổ sung lần nạp liệu Các vấn đề thời gian hao hụt sản phẩm liên quan tới ổn định hệ thống đo lường trở nên không quan trọng 6.3.2 Nạp liệu gián đoạn Hệ thống sử dụng ngẫu nhiên suốt ngày; ống phân phối phải điều chỉnh sau lần sử dụng đảm bảo độ xác vận hành Vấn đề mát thời gian hao hụt sản phẩm nhằm ổn định điều kiện vận hành ngày ảnh hưởng đến vấn đề kinh tế trạm Các loại thiết bị đo lường Có nhiều loại thiết bị sử dụng để đo lường Tiêu chuẩn không liệt kê hết tất loại thiết bị khơng giới hạn thiết bị đo lường LNG theo mục 7.1 đến 7.3 7.1 Dung tích Những thiết bị đo thể tích (lít, gallon,…) dòng chảy qua ống Có nhiều cơng nghệ sẵn có khác nhau, kỹ thuật đo lường khác sử dụng để xác định thể tích dòng chảy qua ống dẫn Các công nghệ lưu lượng kế kiểu tua-bin, dòng xốy tiết lưu 7.2 Khối lượng Các thiết bị trực tiếp đo khối lượng (kg, pound,…) dòng chảy qua ống dẫn Hai kỹ thuật phổ biến hệ thống đo khối lượng kiểu Coriolis ống thẳng 7.3 Khối lượng tính tốn Các phương pháp sử dụng nhiều thiết bị khác để xác định khối lượng dòng chảy qua ống dẫn Khối lượng tính tốn có nghĩa tỷ khối tính tốn thơng qua sử dụng thiết bị phụ trợ cảm biến nhiệt độ và/hoặc áp suất, tỉ trọng kế,v.v… Các thiết bị thường đo lưu lượng thể tích, sử dụng nhân tố hiệu chỉnh dựa mật độ dòng thành phần để xác định khối lượng dòng chảy qua ống Các phương pháp thường gọi phương pháp không đo lường khối lượng trực tiếp Thiết bị phân phối/đo LNG Bảng đưa hướng dẫn bao quát loại hệ thống đo lường đáp ứng yêu cầu cho ứng dụng cụ thể Đối với mục đích sử dụng để so sánh, đồng hồ đo phân chia thành ba loại theo chức công dụng độ xác Ba loại xác định sau: - C: Khơng có thiết bị đo; - B: Thiết bị đo - Không điều khiển đo lường; - A: Thiết bị đo - Có điều khiển đo lường CHÚ THÍCH: Bất kỳ sở nâng cấp thiết bị đo lên mức cao Bảng - Hướng dẫn hệ thống đo lường phân phối Phân Độ xác yêu loại cầu thiết bị đo Hiệu chỉnh khối lượng riêng Kiểm sốt quy trình C Khơng áp dụng B Thể tích danh Người sử dụng nghĩa khối xác định lượng danh nghĩa ± 2,5 % A Dung sai chấp Tự động điều Điều chỉnh thiết bị đo nhận khoảng chỉnh theo yêu lưu lượng: Không cần ± 1,5 % Dung sai cầu nhiệt độ, thiết Biên kiểm tra ứng dụng điển hình Khơng áp dụng Người sử dụng xác định Trạm riêng/chuyên dụng Điều chỉnh thiết bị đo lưu lượng: Cho phép Biên kiểm tra an tồn: Khơng cần thiết Giảm thiểu dòng hai pha: Khơng cần thiết Trạm riêng, mục đích tốn bộ/Khơng sử dụng tốn theo hóa đơn hợp đồng bán hàng cho dù việc công hay tư Trạm cơng cộng có doanh số bán lẻ hợp đồng bán hàng Phương tiện bảo dưỡng khoảng ± 2,5 % áp suất, tỷ trọng an toàn: Yêu cầu thành phần Giảm thiểu dòng hai pha: Yêu cầu công cộng, cá nhân hay xe nhà nước Tuân theo sổ tay số 44 An toàn vận hành 9.1 Yêu cầu chung Quy trình vận hành an tồn hệ thống phân phối phải đặt vị trí dễ nhìn trạm Những hướng dẫn nên bao gồm tham khảo thích hợp để bảo vệ an tồn cho cá nhân phân phối LNG Phải có biển báo "CẤM LỬA" thông báo dễ cháy treo nơi cần thiết Mã số báo hiệu khu vực dễ cháy nên đặt nơi dễ quan sát Xem thêm TCVN 8616 (NFPA 59A) NFPA 52 để biết yêu cầu an toàn liên quan Những biển cảnh báo hướng dẫn sử dụng thiết bị phân phối khuyến khích viết hai thứ tiếng (tiếng Việt Nam tiếng Anh) Những dẫn cung ứng nhiên liệu LNG liên quan đến vấn đề an tồn nên có mối liên hệ mật thiết với quan có thẩm quyền 9.2 Phá hủy ống Ống phân phối cần bảo vệ khỏi cố chảy tràn khơng kiểm sốt trường hợp xe bị trơi chưa ngắt kết nối với hệ thống trạm 9.3 Ống nối Ống nối phải thích hợp với áp suất tự nhiên nhiên liệu nhiệt độ lạnh sâu sản phẩm 9.4 Sự nối đất Khi ống nối đường ống liên quan không nối đất thích hợp, cần cung cấp kẹp tĩnh điện nối đất Kẹp tĩnh điện nối đất nên đặt tất vị trí thực q trình xuất nhập LNG nối đất đầu nồi nhiên liệu đường ống liên quan không xác định 9.5 Xả khí Việc xả khí cho bồn chứa xe nên hợp vào trạm cung cấp có khả phân phối Khí xả nên dẫn đến địa điểm an toàn (phù hợp với NFPA 52, Bảng 12.2.2.2) tuần hoàn trở lại bể tồn chứa chung Kẹp nối đất cần cung cấp vị trí dừng xe xả khí đầu nối đường ống liên quan không xác định điểm nối đất tĩnh điện Những xe khơng liên kết xả khí ln ln phải nối đất trước tiến hành xả 10 Hiển thị thiết bị phân phối Việc đo lường kiểm nghiệm LNG thực theo đơn vị khối lượng, đơn vị hiển thị suốt q trình kiểm nghiệm hiệu chỉnh Ngồi ra, thiết bị phân phối hiển thị dạng đơn vị khối lượng quy đổi (xem 3.4) đơn vị thể tích (như galon lít) điểm sơi thường THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NFPA 30, Flammable and Combustible Liquids Code [2] NFPA 30A, Code for Motor Fuel Dispensing Facilities and Repair Garages [3] NFPA 70, National Electrical Code [4] NFPA 72, National Fire Alarm Code [5] NFPA 79, Electrical Standard for Industrial Machiner [6] NFPA 497, Classification of Flammable Liquids, Gasses, or Vapors and of Hazadous Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas [7] California Code of Regulations (CCR), Title 8, Industrial Regulations, Article 7, Compressed and Liquefied Natural Gas System MỤC LỤC Lời nói đầu Phạm vi áp dụng Tài liệu viện dẫn Thuật ngữ định nghĩa Các thông số vật lý chất lỏng làm lạnh 4.1 Nhiệt 4.2 Áp suất bão hòa 4.3 Khối lượng riêng 4.4 Thành phần LNG 4.5 Trạng thái siêu lạnh Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống phân phối 5.1 Hiệu chỉnh thể tích ống 5.2 Dòng hai pha 5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 5.4 Ảnh hưởng áp suất 5.5 Thành phần cấu tạo 5.6 Sai lệch dòng đo 5.7 Đường ống cân Lựa chọn hệ thống phân phối 6.1 Trạm phân phối riêng hay chuyên dụng (Private stations) 6.2 Trạm phân phối công cộng (Bán lẻ) (Public (retail) station) 6.3 Tần suất nạp nhiên liệu Các loại thiết bị đo lường 7.1 Dung tích 7.2 Khối lượng 7.3 Khối lượng tính tốn Thiết bị phân phối/đo LNG An tồn vận hành 9.1 Yêu cầu chung 9.2 Phá hủy ống 9.3 Ống nối 9.4 Sự nối đất 9.5 Xả khí 10 Hiển thị thiết bị phân phối Thư mục tài liệu tham khảo ... thuật số 44 NIST 3.5 Giao dịch trực tiếp (Direct sale) Cả hai bên giao dịch có mặt kiểm tra số lượng hàng 3.6 Trạm phân phối (Dispenser) Thiết bị thiết kế sử dụng đo lường giao nhận nhiên liệu... đề mát thời gian hao hụt sản phẩm nhằm ổn định điều kiện vận hành ngày ảnh hưởng đến vấn đề kinh tế trạm Các loại thiết bị đo lường Có nhiều loại thiết bị sử dụng để đo lường Tiêu chuẩn không... 3.12 Thiết bị bán lẻ (Retail device) Thiết bị sử dụng đối với: - Giao hàng nhỏ lẻ 378 L; - Trạm nạp nhiên liệu động cho phương tiện giao thông 3.13 Áp suất bão hòa (Saturation pressure) Áp suất