Lưu lượng kế tuabin khí: Cách thức hoạt động, thông số kỹ thuật và hướng dẫn lựa chọn

A lưu lượng kế tuabin khí đo tốc độ dòng thể tích của khí bằng cách phát hiện tốc độ quay của rôto tuabin được đặt trong dòng chảy. Khi khí đi qua thân đồng hồ, nó tác dụng lực lên các cánh góc của rôto, khiến nó quay với tốc độ tỷ lệ thuận với vận tốc khí. Đối với khí khô, sạch trong đường ống tốc độ cao, nơi ưu tiên độ chính xác, tỷ lệ quay vòng rộng và lắp đặt nhỏ gọn, lưu lượng kế tuabin khí là một trong những công nghệ đo lường đáng tin cậy và đã được chứng minh tốt nhất hiện có. Đây là công cụ được lựa chọn để chuyển giao quyền giám sát khí tự nhiên, đo khí quy trình công nghiệp, đo khí nén và phân bổ khí nhiên liệu trong các cơ sở sản xuất điện và hóa dầu. Hiểu cách thức hoạt động của nó, thông số kỹ thuật nào chi phối việc lựa chọn, nơi nó hoạt động tốt nhất và những hạn chế của nó mang lại cho các kỹ sư và nhóm mua sắm nền tảng để xác định chính xác công cụ này và khai thác toàn bộ khả năng đo lường của nó.

Nguyên lý hoạt động của lưu lượng kế tuabin khí

Nguyên lý hoạt động của lưu lượng kế tuabin khí dựa trên việc truyền động năng từ dòng khí chuyển động sang rôto cơ học. Rôto được gắn trên một trục trong thân đồng hồ, với trục của nó thẳng hàng với hướng dòng chảy. Các cánh rôto được đặt ở một góc xoắn cố định, thường là giữa 30 và 45 độ đến trục dòng chảy, do đó khí tác động lên các cánh quạt sẽ tạo ra mô-men xoắn làm cho rôto quay. Ở tốc độ ổn định, rôto đạt vận tốc góc tại đó mômen dẫn động từ khí cân bằng với mômen hãm do ma sát ổ bi, lực cản từ từ cảm biến thu và lực cản chất lỏng trên bề mặt cánh quạt. Ở trạng thái cân bằng này, tốc độ rôto gần như tỷ lệ thuận với vận tốc khí trong một phạm vi tốc độ dòng chảy rộng.

Yếu tố K và vai trò của nó trong việc đo sáng

Mối quan hệ giữa tần số quay rôto và tốc độ dòng thể tích được thể hiện thông qua hệ số đồng hồ, thường được gọi là hệ số K. Hệ số K được định nghĩa là số xung được tạo ra trên một đơn vị thể tích khí đi qua đồng hồ, thường được biểu thị bằng xung trên mét khối hoặc xung trên lít. Đối với lưu lượng kế tuabin khí được sản xuất tốt, hệ số K ổn định và tuyến tính trong phạm vi lưu lượng chỉ định của đồng hồ, đây là điều làm cho thiết bị phù hợp với các ứng dụng chuyển giao quyền giám sát có độ chính xác cao. Hệ số K được xác định trong quá trình hiệu chuẩn trên thiết bị hiệu chuẩn dòng chảy được chứng nhận và được ghi trên giấy chứng nhận hiệu chuẩn của đồng hồ. Một lưu lượng kế tuabin khí điển hình duy trì độ tuyến tính của hệ số K trong khoảng cộng hoặc trừ 0,5 đến 1,0% trong phạm vi lưu lượng đã nêu của nó , với một số máy đo có độ chính xác cao đạt được mức cộng hoặc trừ 0,25% hoặc cao hơn trên một phần phạm vi của chúng.

Phương pháp phát hiện tín hiệu

Chuyển động quay của rôto tuabin phải được chuyển đổi thành tín hiệu điện mà không có tiếp xúc cơ học có thể gây ra ma sát và mài mòn. Ba phương pháp phát hiện được sử dụng trong lưu lượng kế tuabin khí thương mại:

• Bộ thu từ từ trở thay đổi : Một nam châm vĩnh cửu được nhúng trong cụm cuộn dây gắn trong thân đồng hồ sẽ tạo ra xung điện áp mỗi khi đầu cánh quạt rôto đi qua bên dưới nó, khi đầu cánh quạt thay đổi điện trở từ của mạch điện. Phương pháp này không cần nguồn điện bên ngoài, tạo ra tín hiệu tự cấp nguồn và có độ tin cậy cao. Đây là phương pháp phát hiện tiêu chuẩn cho hầu hết các lưu lượng kế tuabin khí trong các ứng dụng công nghiệp và tiện ích.
• Cảm biến hiệu ứng Hall : Một thiết bị bán dẫn được kích hoạt bằng từ tính sẽ phát hiện sự di chuyển của các đầu lưỡi dao bằng hiệu ứng Hall. Bộ thu hiệu ứng Hall yêu cầu nguồn điện nhỏ nhưng cung cấp các cạnh tín hiệu sạch hơn ở tốc độ rôto thấp, mở rộng khả năng đo lưu lượng thấp của đồng hồ đo vượt xa những gì bộ thu từ trở thay đổi có thể đạt được. Được sử dụng trong các ứng dụng có độ chính xác dòng chảy thấp là rất quan trọng.
• Thu điện dung RF (tần số vô tuyến) : Bộ tạo dao động tần số cao phát hiện sự thay đổi điện dung khi mỗi cánh quạt đi qua mặt cảm biến. Phương pháp không tiếp xúc này cung cấp khả năng đếm lưỡi rất chính xác ở cả tốc độ thấp và tốc độ cao và được sử dụng trong một số máy đo chuyển tải chính xác và lưu ký nơi yêu cầu phạm vi tuyến tính rộng nhất có thể.

Thông số kỹ thuật chính và ý nghĩa của chúng trong thực tế

Việc chỉ định chính xác lưu lượng kế tuabin khí đòi hỏi phải hiểu ý nghĩa thực sự của từng thông số kỹ thuật hiệu suất và cách nó chuyển thành chất lượng đo lường trong ứng dụng cụ thể. Các nhà sản xuất sử dụng thuật ngữ nhất quán nhưng ý nghĩa thực tế đôi khi bị ngôn ngữ tiếp thị che khuất.

Phạm vi dòng chảy và tỷ lệ quay vòng

Phạm vi dòng chảy của lưu lượng kế tuabin khí được định nghĩa là khoảng giữa tốc độ dòng tối thiểu áp dụng độ chính xác đã nêu (Qmin) và tốc độ dòng liên tục tối đa (Qmax). Tỷ lệ của hai giá trị này là tỷ lệ quay vòng. Hầu hết các lưu lượng kế tuabin khí thương mại đều đạt được tỷ số quay vòng là 10:1 đến 20:1 , với một số mô hình chính xác đạt được 30:1 hoặc cao hơn sử dụng thiết kế ổ trục rôto tiên tiến và hiệu ứng Hall hoặc hệ thống thu RF. Tỷ lệ giảm 20:1 có nghĩa là đồng hồ có kích thước để đo lưu lượng tối đa 200 m³/h cũng sẽ đo chính xác lưu lượng xuống tới 10 m³/h trong phạm vi thông số kỹ thuật chính xác đã nêu. Khả năng phạm vi rộng này là một trong những lợi thế cạnh tranh chính của lưu lượng kế tuabin so với các thiết bị chênh áp, thường chỉ cung cấp tốc độ giảm 3:1 đến 5:1 trước khi mất độ chính xác chấp nhận được ở lưu lượng thấp.

Độ chính xác và độ lặp lại

Độ chính xác của lưu lượng kế tuabin khí thường được biểu thị bằng phần trăm số đọc (phần trăm tốc độ) thay vì phần trăm của toàn thang đo. Sự khác biệt này có ý nghĩa quan trọng: một đồng hồ có độ chính xác cộng hoặc trừ 1,0% duy trì sai số đó trên toàn bộ phạm vi dòng chảy, trong khi một đồng hồ có độ chính xác toàn thang đo cộng hoặc trừ 1,0% có sai số tương đối lớn hơn nhiều ở lưu lượng thấp. Đối với hồ sơ chuyển giao quyền giám hộ, OIML R137 và AGA-7 (Báo cáo của Hiệp hội Khí đốt Hoa Kỳ số 7) chỉ định rằng đồng hồ đo tuabin chuyển giao quyền giám sát phải đạt được độ chính xác trong khoảng cộng hoặc trừ 1,0% số đọc trên phạm vi lưu lượng, với các đồng hồ đo hoạt động tốt nhất đạt được cộng hoặc trừ 0,5% hoặc cao hơn. Độ lặp lại, mô tả khả năng của đồng hồ tạo ra cùng một số đọc cho cùng một điều kiện dòng chảy trong các phép đo lặp lại, thường tốt hơn độ chính xác, thường ở mức cộng hoặc trừ 0,1 đến 0,2% đối với các đồng hồ tua-bin chất lượng. Độ lặp lại cao là điều cần thiết để chứng minh (xác minh tại hiện trường về hiệu suất của đồng hồ bằng đồng hồ chính) và cho các ứng dụng mà yêu cầu chính là tính nhất quán của dòng chảy thay vì độ chính xác tuyệt đối.

Xếp hạng áp suất và nhiệt độ

Thân đồng hồ và các bộ phận bên trong phải chịu được áp suất và nhiệt độ vận hành tối đa của ứng dụng mà không bị hỏng cấu trúc hoặc thay đổi kích thước có thể làm thay đổi hệ số K. Lưu lượng kế tuabin khí cho dịch vụ khí tự nhiên thường có sẵn ở mức áp suất từ PN16, PN25, PN40 và Lớp 150/300/600 đến ASME B16.5, bao gồm áp suất đường ống từ khí quyển đến hơn 100 bar trong một số cấu hình. Xếp hạng nhiệt độ cho các mô hình công nghiệp tiêu chuẩn trải dài từ khoảng trừ 20 đến cộng 60 độ C đối với thiết bị điện tử và từ âm 40 đến cộng 120 độ C đối với thân máy ở các biến thể dịch vụ nhiệt độ cao. Đồng hồ đo dịch vụ đông lạnh để đo hơi khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) có nhiệt độ đến âm 196 độ C sử dụng thân bằng thép không gỉ và vật liệu ổ trục và rôto được lựa chọn đặc biệt.

Phạm vi kích thước ống

Lưu lượng kế tuabin khí được sản xuất theo kích thước dây chuyền tiêu chuẩn từ khoảng 15 mm (0,5 inch) đến 600 mm (24 inch) lỗ khoan danh nghĩa, với thiết kế thân wafer cho kích thước nhỏ hơn và thân lỗ đầy đủ mặt bích cho đường kính danh nghĩa lớn hơn. Việc lựa chọn kích thước đồng hồ không nhất thiết phải giống với lỗ khoan danh nghĩa của đường ống: đồng hồ đo tuabin phải có kích thước sao cho lưu lượng vận hành bình thường nằm ở nửa trên của phạm vi lưu lượng đã nêu của đồng hồ, nơi có độ tuyến tính tốt nhất, thay vì bằng hoặc gần tốc độ dòng chảy tối đa có nguy cơ vượt quá nhiệm vụ liên tục định mức và tăng tốc độ mài mòn ổ trục.

Ứng dụng ở đâu Máy đo lưu lượng tuabin khí Excel

Lưu lượng kế tuabin khí đã được sản xuất thương mại từ những năm 1950 và đã tích lũy được thành tích lâu dài trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Sự kết hợp giữa độ chính xác, khả năng hoạt động và phạm vi lắp đặt tương đối nhỏ gọn khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên trong các danh mục ứng dụng sau.

Chuyển giao quyền giám sát khí đốt tự nhiên và đo lường tài chính

Ứng dụng quan trọng nhất của lưu lượng kế tuabin khí trên toàn cầu là chuyển giao quyền giám sát khí tự nhiên giữa các nhà sản xuất, công ty truyền tải, công ty phân phối và người tiêu dùng công nghiệp lớn. Tại các trạm đo chuyển giao quyền giám sát, đầu ra của đồng hồ được sử dụng trực tiếp để tính toán giá trị bằng tiền của khí được chuyển giao, bắt buộc phải có độ chính xác và khả năng truy xuất nguồn gốc theo các tiêu chuẩn đo lường quốc gia. AGA-7 là tiêu chuẩn ngành quản lý thiết kế, hiệu suất và lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng tuabin để vận chuyển khí tự nhiên ở Bắc Mỹ. ISO 9951 bao gồm cùng một ứng dụng trên phạm vi quốc tế. Các tiêu chuẩn này quy định khả năng truy xuất nguồn gốc hiệu chuẩn, ngân sách không chắc chắn, yêu cầu lắp đặt và quy trình chứng minh tạo thành cơ sở hợp đồng cho việc thanh toán chính xác giữa các đối tác thương mại khí đốt.

Hệ thống lắp đặt chuyển giao quyền giám sát điển hình sử dụng song song hai hoặc ba đồng hồ tua-bin với việc chuyển dòng tự động và một thiết bị chuẩn đồng hồ chuyên dụng để xác minh hiệu chuẩn trong quá trình sử dụng. Thiết bị chuẩn cho phép kiểm tra hệ số K theo tiêu chuẩn thể tích đã được chứng nhận mà không cần ngừng sử dụng đồng hồ, đảm bảo rằng bất kỳ sự sai lệch nào về hiệu suất của đồng hồ đều được phát hiện và sửa chữa trước khi nó dẫn đến sai số đo đáng kể mà có thể yêu cầu giải quyết tài chính giữa các bên.

Đo khí quy trình công nghiệp

Trong sản xuất hóa chất, hóa dầu và dược phẩm, lưu lượng kế tuabin khí đo nitơ, oxy, hydro, argon, carbon dioxide và các loại khí xử lý hỗn hợp trong hệ thống đường ống phục vụ lò phản ứng, bộ trao đổi nhiệt, hệ thống thanh lọc và hệ thống che phủ. Khả năng xử lý khí sạch áp suất cao và kích thước thân nhỏ gọn khiến chúng trở nên thiết thực ở những nơi không gian bị hạn chế bởi cách bố trí đường ống hiện có. Trong hệ thống quản lý đầu đốt cho lò nung công nghiệp và nồi hơi, đồng hồ đo tuabin cung cấp tín hiệu dòng chảy dùng để tính toán tỷ lệ không khí-nhiên liệu được tối ưu hóa cho hiệu quả đốt cháy và tuân thủ phát thải.

Hệ thống khí nén và khí cụ

Khí nén là một trong những tiện ích tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong sản xuất và đồng hồ đo lưu lượng tuabin khí được lắp đặt trong các đầu phun phân phối khí nén cho phép các nhà quản lý năng lượng định lượng mức tiêu thụ theo khu vực sản xuất, xác định rò rỉ và cải thiện hiệu suất năng lượng chuẩn. Đồng hồ đo thể tích thực tế ở áp suất và nhiệt độ đường dây, đồng thời khi kết hợp với bộ truyền áp suất và nhiệt độ và máy tính lưu lượng, sẽ cung cấp lưu lượng thể tích đã hiệu chỉnh tính bằng mét khối tiêu chuẩn trên giờ hoặc feet khối tiêu chuẩn trên phút, thể hiện lượng không khí thực sự tiêu thụ bất kể sự thay đổi áp suất hệ thống trong giai đoạn nhu cầu cao điểm.

Đo lường khí đốt nhiên liệu phát điện

Các nhà máy điện chạy bằng khí sử dụng lưu lượng kế tuabin để đo lượng khí đốt cung cấp cho từng tuabin khí và lò hơi. Cần phải đo nhiên liệu chính xác để tính toán tốc độ nhiệt, giám sát hiệu suất và báo cáo lượng khí thải trong các điều kiện cho phép về môi trường. Phép đo lưu lượng từ đồng hồ tua bin, kết hợp với phân tích khí từ máy sắc ký, cho phép tính toán hàm lượng năng lượng của khí tiêu thụ mỗi giờ, xác định trực tiếp hiệu suất nhiệt của nhà máy và chi phí nhiên liệu trên mỗi megawatt giờ phát điện. Sai số một phần trăm trong phép đo khí đốt tại một nhà máy chu trình hỗn hợp công suất 400 MW tiêu thụ khoảng 70.000 m³/h khí tự nhiên gây ra sai sót thanh toán tương đương hàng trăm nghìn đô la mỗi năm với giá khí đốt thông thường, điều này giải thích cho việc đầu tư vào đồng hồ đo tuabin cấp chuyển giao quyền giám sát chất lượng cao tại các cơ sở phát điện.

Những hạn chế và ứng dụng trong đó đồng hồ đo tuabin không phải là lựa chọn tốt nhất

Sự phụ thuộc của lưu lượng kế tuabin khí vào vòng quay cơ học có nghĩa là nó có những hạn chế cố hữu trong một số điều kiện vận hành nhất định mà phải được đánh giá trung thực khi so sánh nó với các công nghệ thay thế cho một ứng dụng cụ thể.

Khí bẩn, ẩm ướt hoặc ăn mòn

Đồng hồ đo lưu lượng tuabin khí yêu cầu khí khô, sạch để hoạt động đáng tin cậy. Ô nhiễm hạt từ cặn đường ống, mảnh vụn xây dựng hoặc quá trình mang theo làm hỏng các cánh rôto và bề mặt ổ trục, gây ra sự trôi dạt của hệ số K và cuối cùng là hỏng hóc cơ học. Chất lỏng bị cuốn theo gây ra thiệt hại tương tự và có thể tạo ra sự thay đổi hệ số K đột ngột khi chất lỏng chảy qua đồng hồ. Các thành phần khí ăn mòn bao gồm hydro sunfua, clo và các hợp chất axit tấn công vật liệu ổ trục và có thể gây ra hiện tượng giật rôto nếu vật liệu ướt không được lựa chọn cụ thể để chống ăn mòn. Trước khi chỉ định đồng hồ tua bin trong bất kỳ dịch vụ khí nào, thành phần khí bao gồm các chất gây ô nhiễm tiềm ẩn phải được xác nhận là tương thích với vật liệu rôto, vật liệu trục và loại ổ trục của đồng hồ. Khí không thể đảm bảo sạch và khô ở đầu vào đồng hồ phải được đo bằng công nghệ không có bộ phận chuyển động như máy đo siêu âm hoặc máy đo dòng xoáy.

Dòng chảy xung

Máy nén pittông và bơm dịch chuyển dương tạo ra các xung áp suất trong đường ống hạ lưu gây ra sự tăng tốc và giảm tốc định kỳ của dòng khí. Rôto tuabin, do quán tính và hình dạng góc cánh của nó, phản ứng với dòng chảy xung bằng cách ghi quá mức: nó tăng tốc khi vận tốc khí tăng và giảm tốc chậm hơn khi vận tốc giảm, tạo ra sai số đo dương có hệ thống. Trong điều kiện xung khắc nghiệt, lỗi này có thể đạt tới 5 đến 10% hoặc hơn , điều này hoàn toàn không thể chấp nhận được đối với mục đích chuyển giao quyền nuôi con hoặc kiểm soát quy trình. Bộ giảm rung được lắp đặt phía trước đồng hồ hoặc lựa chọn đồng hồ đo siêu âm không có rôto chuyển động dễ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng quán tính là các lựa chọn khắc phục cho môi trường dòng chảy dao động.

Tốc độ dòng chảy rất thấp và số Reynolds thấp

Dưới thông số kỹ thuật Qmin của đồng hồ tua bin, lực ma sát và lực cản trở nên đáng kể so với lực truyền động từ dòng khí, làm cho rôto giảm tốc dưới tốc độ tỷ lệ với vận tốc dòng chảy. Hệ số K lệch khỏi giá trị hiệu chuẩn và sai số đo tăng nhanh. Các ứng dụng có lưu lượng thường xuyên giảm xuống dưới 10% Qmax trong thời gian dài sẽ không được đáp ứng tốt bằng đồng hồ tua-bin. Lưu lượng kế khối nhiệt hoặc máy đo Coriolis phù hợp hơn với phép đo khí lưu lượng thấp trong đó ngưỡng lưu lượng tối thiểu của máy đo tuabin không thể đạt được một cách nhất quán.

Yêu cầu lắp đặt để đo lường chính xác

Lưu lượng kế tuabin khí rất nhạy với đặc tính vận tốc của khí ở đầu vào của chúng. Cấu hình vận tốc không có xoáy, được phát triển đầy đủ, đối xứng đi vào đồng hồ đảm bảo rằng rô-to phản ứng đồng đều trên tất cả các đoạn cánh và hệ số K khớp với giá trị đã hiệu chuẩn. Biên dạng bị xáo trộn do các phụ kiện đường ống phía thượng nguồn gây ra tạo ra dòng chảy không đối xứng hoặc xoáy làm thay đổi hệ số K hiệu dụng và gây ra lỗi đo lường hệ thống mà không có mức điều chỉnh điện tử nào có thể sửa chữa hoàn toàn.

Yêu cầu chạy ống thẳng

Đường ống thẳng tối thiểu cần thiết ở phía dòng vào và phía dòng ra của lưu lượng kế tuabin khí phụ thuộc vào loại và mức độ nghiêm trọng của nhiễu loạn phía dòng vào. AGA-7 cung cấp hướng dẫn cụ thể cho các cấu hình đường ống phổ biến:

Khi không thể đạt được chiều dài ống thẳng yêu cầu do hạn chế về không gian đường ống, bộ điều hòa dòng chảy được lắp đặt phía dòng vào của đồng hồ có thể giảm đáng kể thời gian chạy thẳng cần thiết bằng cách phá vỡ dòng xoáy và phân phối lại các biến dạng biên dạng vận tốc. Bộ điều hòa dòng chảy phù hợp với khuyến nghị phụ lục ISO 17089 hoặc AGA-7 giảm yêu cầu ngược dòng xuống xấp xỉ 10D sau dầu xả trong hầu hết các cấu hình đường ống, phải trả giá bằng sự sụt giảm áp suất cố định nhỏ trên bộ phận điều hòa.

Định hướng và vị trí lắp đặt

Đồng hồ đo lưu lượng tuabin khí có thể được lắp đặt theo bất kỳ hướng ống nào bao gồm dòng chảy ngang, thẳng đứng hướng lên và hướng xuống thẳng đứng, miễn là đồng hồ được thiết kế theo hướng đó. Lắp đặt nằm ngang là phổ biến nhất và thường được ưu tiên vì nó tránh được khả năng tích tụ chất lỏng ở đầu vào đồng hồ có thể xảy ra với dòng chảy thẳng đứng đi xuống trong đường ống dẫn khí có vết ngưng tụ. Nếu cần lắp đặt theo chiều dọc, dòng chảy hướng lên được ưu tiên hơn dòng hướng xuống để đảm bảo rằng mọi chất lỏng hiện diện sẽ thoát ra khỏi rôto thay vì đọng lại ở đầu lưỡi dao. Đồng hồ phải được lắp đặt ở vị trí có thể tiếp cận để bảo trì và kiểm tra mà không cần giàn giáo hoặc cách ly đường ống tạm thời có thể làm gián đoạn dịch vụ.

Hiệu chỉnh âm lượng và bù nhiệt độ và áp suất

Lưu lượng kế tuabin khí đo thể tích thực tế của khí đi qua đồng hồ ở điều kiện áp suất và nhiệt độ. Trong hầu hết các ứng dụng thương mại và công nghiệp, đại lượng quan tâm không phải là thể tích thực tế ở điều kiện đường dây mà là thể tích hoặc khối lượng tiêu chuẩn được hiệu chỉnh về điều kiện tham chiếu, thường là 0 độ C và 101,325 kPa (mét khối tiêu chuẩn) hoặc 15 độ C và 101,325 kPa tùy thuộc vào hợp đồng hiện hành hoặc tiêu chuẩn quy định.

Vai trò của máy tính luồng

Máy tính lưu lượng nhận tín hiệu xung từ đồng hồ tuabin cùng với tín hiệu áp suất và nhiệt độ từ các máy phát được lắp đặt tại hoặc gần đồng hồ và áp dụng phương trình trạng thái khí thực để tính toán thể tích hoặc lưu lượng khối đã hiệu chỉnh trong thời gian thực. Hệ số nén Z của khí, tính đến độ lệch của đặc tính khí thực so với đặc tính của khí lý tưởng ở áp suất cao, phải được tính từ phương trình thành phần khí như AGA-8 (đối với khí tự nhiên) để đạt được độ chính xác cần thiết cho việc đo lường tài chính. Ở áp suất đường ống 70 bar, hệ số nén của khí tự nhiên có thể xấp xỉ 0,85, nghĩa là thể tích thực tế ở điều kiện đường ống chỉ bằng 85% thể tích mà các tính toán khí lý tưởng sẽ dự đoán. và bỏ qua khả năng nén sẽ gây ra sai số hệ thống 15% trong mỗi phép tính đo ở áp suất đó. Do đó, việc triển khai máy tính dòng chảy chính xác của AGA-8 hoặc phương trình trạng thái tương đương cũng quan trọng đối với độ chính xác của toàn bộ hệ thống cũng như chất lượng hiệu chuẩn của chính đồng hồ tua-bin.

Tích hợp đo lường năng lượng

Đối với các ứng dụng khí tự nhiên trong đó giao dịch thương mại dựa trên hàm lượng năng lượng chứ không phải thể tích, máy tính lưu lượng sẽ mở rộng tính toán của nó sang lưu lượng năng lượng bằng cách nhân tốc độ dòng thể tích tiêu chuẩn với giá trị tỏa nhiệt của khí. Nhiệt trị có được từ việc phân tích sắc ký khí của chế phẩm tại chính trạm đo hoặc từ giá trị đại diện được thỏa thuận giữa các bên. Chuỗi đo năng lượng từ xung của đồng hồ tuabin cho đến hiệu chỉnh thể tích đến tính toán năng lượng là chức năng cốt lõi của hệ thống đo lường tài chính và được kiểm tra theo các tiêu chuẩn đo lường quốc gia trong quá trình vận hành và trong các khoảng thời gian kiểm chứng tiếp theo.

Tuổi thọ bảo trì và vòng bi

Yêu cầu bảo trì chính của lưu lượng kế tuabin khí là hệ thống ổ trục rôto. Rôto quay liên tục ở tốc độ cao trong quá trình vận hành và các ổ trục đỡ trục rôto có thể bị mòn và cuối cùng cần phải thay thế. Tốc độ mòn ổ trục xác định khoảng thời gian bảo trì của đồng hồ và độ ổn định của hệ số K theo thời gian, khiến chất lượng ổ trục trở thành một trong những thông số thiết kế quan trọng nhất trong lưu lượng kế tuabin khí có độ tin cậy cao.

Các loại vòng bi và tuổi thọ của chúng

Ba loại vòng bi được sử dụng trong lưu lượng kế tuabin khí thương mại, mỗi loại có đặc tính hiệu suất và tuổi thọ khác nhau:

• Vòng bi tay áo (tạp chí) : Vòng bi thủy động lực trong đó có một màng mỏng khí hoặc chất bôi trơn đỡ trục rôto. Trong dịch vụ khí khô sạch, khí xử lý tự nó cung cấp dầu bôi trơn, loại bỏ nhu cầu cung cấp chất bôi trơn bên ngoài và ngăn ngừa ô nhiễm dòng khí. Vòng bi bọc trong dịch vụ khí tự nhiên sạch có thể đạt được tuổi thọ năm đến mười năm hoặc hơn trước khi yêu cầu thay thế.
• Vòng bi : Vòng bi lăn cung cấp ma sát thấp khi khởi động và tốc độ dòng chảy thấp, mở rộng phạm vi hữu ích của đồng hồ đo về phía vận tốc dòng chảy thấp hơn vòng bi tay áo có thể duy trì. Tuy nhiên, vòng bi yêu cầu bôi trơn phải được cung cấp từ một bể chứa chất bôi trơn riêng biệt trong thân đồng hồ hoặc từ sương mù bôi trơn trong khí xử lý và chúng dễ bị hư hỏng do nhiễm bẩn hơn so với vòng bi ống lót trong các ứng dụng khí bẩn.
• Vòng bi gốm : Vòng bi gốm zirconia hoặc cacbua silic có khả năng chống mài mòn tuyệt vời, độ trơ hóa học và khả năng hoạt động mà không cần bôi trơn trong môi trường khí ăn mòn hoặc khô, nơi vòng bi kim loại thông thường sẽ bị mài mòn hoặc ăn mòn nhanh chóng. Vòng bi gốm ngày càng được chỉ định cho các ứng dụng khí chua (có chứa hydro sunfua) và khí ăn mòn.

Giám sát tình trạng và bảo trì dự đoán

Các thiết kế lưu lượng kế tuabin khí hiện đại kết hợp cấu hình rôto kép hoặc bộ thu kép cung cấp phương tiện phát hiện sự xuống cấp của ổ trục hoặc hư hỏng rôto khi vận hành mà không cần tháo đồng hồ đo để kiểm tra. Trong đồng hồ hai rôto, hai rôto được đặt nối tiếp trong thân đồng hồ. Trong điều kiện bình thường, cả hai cánh quạt đều quay với tốc độ được xác định bởi dòng khí và tỷ lệ tốc độ của chúng được cố định bởi các góc cánh của chúng. Khi sự mài mòn của ổ trục hoặc hư hỏng rôto bắt đầu ảnh hưởng đến một rôto khác với rôto kia, tỷ lệ tốc độ quay của chúng sẽ thay đổi, cung cấp tín hiệu chẩn đoán cho biết các sự cố cơ học đang phát triển trước khi độ chính xác của phép đo bị suy giảm đáng kể. Khả năng bảo trì dự đoán này cho phép người vận hành lập kế hoạch thay thế vòng bi trong thời gian ngừng bảo trì theo lịch trình thay vì phản ứng lại các sự cố hỏng hóc của đồng hồ. , trong dịch vụ chuyển giao quyền giám sát có thể dẫn đến các thủ tục thay đổi đồng hồ tốn kém và các tranh chấp về hóa đơn có thể xảy ra.

Hiệu chuẩn, chứng minh và truy xuất nguồn gốc

Độ chính xác của lưu lượng kế tuabin khí được sử dụng trong chuyển giao quyền lưu ký hoặc đo lường tài chính chỉ tốt khi hiệu chuẩn thiết lập đường cong hệ số K của nó và chương trình chứng minh xác minh hệ số K vẫn ổn định trong suốt thời gian sử dụng. Hiệu chuẩn và kiểm chứng là các hoạt động riêng biệt nhưng bổ sung cho nhau, cung cấp khả năng truy xuất nguồn gốc đo lường cần thiết cho các giao dịch thương mại có hiệu lực pháp lý.

Hiệu chuẩn nhà máy

Hiệu chuẩn tại nhà máy được thực hiện trên cơ sở hiệu chuẩn dòng chảy sử dụng môi trường tham chiếu, thường là không khí hoặc khí tự nhiên, với đồng hồ đo chính có thể theo dõi hoặc tiêu chuẩn thể tích làm tham chiếu. Việc hiệu chuẩn thiết lập hệ số K ở nhiều tốc độ dòng chảy trong phạm vi của đồng hồ, tạo ra bảng hiệu chuẩn hoặc đường cong hiệu chỉnh đa thức được lưu trong bộ truyền điện tử của đồng hồ hoặc máy tính lưu lượng liên quan. Giấy chứng nhận hiệu chuẩn phải nêu rõ chuẩn tham chiếu được sử dụng, khả năng liên kết của nó với các chuẩn đo lường quốc gia hoặc quốc tế, độ không đảm bảo đo của chuẩn tham chiếu và độ không đảm bảo mở rộng của hệ số K đã hiệu chuẩn của đồng hồ ở mỗi tốc độ dòng được kiểm tra. Đối với các đồng hồ đo được thiết kế để chuyển giao quyền giám sát, việc hiệu chuẩn phải được thực hiện trên khí ở các điều kiện đại diện cho áp suất sử dụng để tránh ảnh hưởng mật độ lên hệ số K mà hiệu chuẩn không khí ở áp suất khí quyển không thu được.

Chứng minh trong dịch vụ

Kiểm chứng đồng hồ xác minh hệ số K của đồng hồ được lắp đặt trong vận hành dựa trên thiết bị chuẩn đã được hiệu chuẩn hoặc đồng hồ chính của hiệu chuẩn đã biết mà không cần tháo đồng hồ ra khỏi đường ống. Thiết bị chuẩn ống, thiết bị chuẩn thể tích nhỏ và thiết bị chuẩn đồng hồ chính là ba phương pháp kiểm chứng chính được sử dụng cho lưu lượng kế tuabin khí trong dịch vụ chuyển giao quyền giám sát. Tần suất chứng minh được yêu cầu theo các quy định hiện hành và các thỏa thuận thương mại khác nhau nhưng thường dao động từ hàng tháng đến hàng năm tùy thuộc vào quy mô của giao dịch được đo lường và lịch sử ổn định của đồng hồ đo. Kết quả chứng minh được so sánh với hệ số K đã thiết lập và nếu sai lệch vượt quá dung sai đã thỏa thuận (thường cộng hoặc trừ 0,25 đến 0,5% tùy theo hợp đồng), hệ số đồng hồ sẽ được điều chỉnh và sự khác biệt có thể dẫn đến việc điều chỉnh hóa đơn cho khoảng thời gian đo kể từ lần chứng minh hợp lệ cuối cùng.

Danh sách kiểm tra lựa chọn lưu lượng kế tuabin khí

Việc lựa chọn lưu lượng kế tuabin khí cho một ứng dụng cụ thể đòi hỏi phải đánh giá một cách có hệ thống các điều kiện của quy trình, yêu cầu về hiệu suất và các hạn chế về lắp đặt. Danh sách kiểm tra sau đây bao gồm các tham số quan trọng phải được xác định trước khi có thể hoàn thành thông số kỹ thuật:

1. Xác định thành phần khí và xác nhận độ sạch : Xác định tất cả các thành phần bao gồm các chất gây ô nhiễm dạng vết, khả năng ngưng tụ và các chất ăn mòn. Xác nhận rằng khí có thể được đảm bảo sạch và khô ở đầu vào đồng hồ trong mọi điều kiện vận hành.
2. Thiết lập phạm vi lưu lượng bao gồm tốc độ tối thiểu, bình thường và tối đa : Xác nhận rằng phạm vi lưu lượng yêu cầu nằm trong giới hạn có thể đạt được của một kích thước đồng hồ duy nhất hoặc lập kế hoạch cho nhiều đồng hồ đo song song với chuyển đổi luồng tự động nếu phạm vi yêu cầu vượt quá phạm vi mà một đồng hồ đơn lẻ có thể bao phủ.
3. Chỉ định các yêu cầu về độ chính xác và phạm vi : Xác định xem ứng dụng có yêu cầu độ chính xác cấp tài chính cộng hoặc trừ 0,5% hay không hoặc liệu thông số kỹ thuật cấp quy trình cộng hoặc trừ 1,0% hoặc cộng hoặc trừ 2,0% có được chấp nhận hay không, vì điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí đồng hồ đo.
4. Xác nhận áp suất và nhiệt độ vận hành tối đa : Xác minh rằng định mức áp suất và nhiệt độ của đồng hồ vượt quá các điều kiện khó chịu tối đa chứ không chỉ đơn thuần là các điều kiện vận hành bình thường.
5. Đánh giá các đường ống thẳng có sẵn : Khảo sát địa điểm lắp đặt để xác nhận rằng có thể đạt được số lần chạy thẳng thượng nguồn và hạ lưu theo yêu cầu hoặc lên kế hoạch lắp đặt bộ điều hòa dòng chảy nếu không thể.
6. Xác định tín hiệu đầu ra và yêu cầu tích hợp : Xác nhận xem đầu ra xung sẽ kết nối trực tiếp với máy tính lưu lượng, thẻ đầu vào DCS hay hệ thống SCADA hay không và chỉ định định dạng đầu ra được yêu cầu (tần số, HART, Modbus hoặc đếm xung).
7. Chỉ định phương pháp chứng minh và khoảng thời gian : Đối với đồng hồ chuyển giao quyền giám hộ, phương pháp kiểm chứng phải được các bên thương mại thống nhất trước khi quy định đồng hồ và thiết bị chuẩn, vì một số phương pháp kiểm chứng áp đặt các yêu cầu cụ thể đối với thiết kế thân đồng hồ.

Lưu lượng kế tuabin khí vẫn là một trong những công nghệ chính xác, đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí nhất để đo khí sạch tốc độ cao trên toàn bộ phạm vi từ lắp đặt công nghiệp nhỏ đến trạm đo truyền khí tự nhiên đường kính lớn. Tính đơn giản về mặt cơ học, các nguồn lỗi được hiểu rõ, khả năng phạm vi rộng cũng như cơ sở hạ tầng kiểm chứng và hiệu chuẩn hoàn thiện đã duy trì vai trò là công nghệ thống trị trong đo lường tài chính khí đốt tự nhiên trong hơn sáu thập kỷ và không có gì trên thị trường hiện tại cung cấp sự kết hợp đủ hấp dẫn giữa các lợi thế cạnh tranh để thay thế nó khỏi vị trí này trong tương lai gần cho các ứng dụng mà nó thực sự vượt trội.