Giải pháp đo lưu lượng khí gas với độ chính xác cao cho việc giám sát lỗ thông khí ở các nhà máy khí, gas, lọc dầu, nhiệt điện.
Để đảm bảo lưu lượng khí dễ cháy trong đường ống góp hơi được kết nối với lò đốt được đo một cách chính xác, hầu hết các công ty dầu khí lớn đã bắt đầu tìm kiếm một giải pháp về thiết bị đo có độ tin cậy cao hơn. Hơi độc dễ bốc cháy tích tụ trong quá trình lọc tại nhà máy và phải được kiểm soát để loại bỏ một cách an toàn. Việc đo lường không chính xác lưu lượng khi trong đường ống góp trong quá trình lọc sẽ dẫn đến một hỗn hợp khí thải độc làm cho việc đốt cháy trong lò đốt của cơ sở sản xuất gặp thất bại. Nếu những khí này không được đốt hoàn toàn, sẽ gây ra nguy hiểm cho môi trường, Chính phủ sẽ xử phạt và nguy cơ đóng cửa nhà máy xảy ra là rất lớn.
Kỹ sư quá trình tại cơ sở lọc dầu của các công ty hiểu rằng mật độ hơi có độ biến đổi cao. Hơi trong đường ống góp bao gồm hỗn hợp khí Paraxylene, Benzene và các loại khí độc dễ bốc cháy khác. Hỗn hợp khí gas này giúp họ kết luận được rằng lưu lượng khối (thường sử dụng nhiều hơn thể tích) là thông số quan trọng nhất để theo dõi quá trình đốt cháy và để hỗ trợ tính toán sự cân bằng khối lượng của nhà máy.
Trong đường ống góp khí đo lưu lượng khí, lưu lượng biến đổi từ 0,5 đến 150 SCFM (0,8 đến 240 NCMH). Giới hạn thấp của dải lưu lượng (0,5 SCFM) trong quá trình này đòi hỏi một cảm biến lưu lượng khối có độ nhạy cao để phát hiện sự có mặt của khí. Dải áp suất trong quá trình thay đổi từ 0 đến 50 psig [0 đến 3.4 bar (g)] với nhiệt độ tương ứng từ 68 đến 149°F (20 đến 65°C). Đối với kỹ sư quá trình, việc đo các yếu tố hợp thành khối lượng khí nhiều biến đổi một cách chính xác thường là một công việc rất khó khăn, phức tạp, điều này thường đòi hỏi sử dụng nhiều lưu lượng kế. Tuy nhiên, chi phí lắp đặt và bảo dưỡng lưu lượng kế cùng với chi phí duy trì các thiết bị dự phòng khác nhau, khiến đội phụ trách thiết bị của nhà máy phải tính đến sự lựa chọn khác.
Fluid Components International (FCI), một nhà sản xuất lưu lượng kế đo lưu lượng khối lượng, đã được đội phụ trách thiết bị liên hệ thảo luận về sự phát triển của bộ truyền lưu lượng thông minh cao để thực hiện nhiệm vụ này. Có hai loại lưu lượng kế khối lượng chính (1) lưu lượng kế khối lượng nhiệt và
(2) lưu lượng kế hiệu ứng Coriolis, và FCI chào hàng cả hai loại thiết bị này. Trong ứng dụng này, đội thiết bị đã lựa chọn lưu lượng kế khối lượng dựa trên nguyên lý phân tán nhiệt và đo lưu lượng khối một cách trực tiếp. Nhiều công nghệ cảm ứng lưu lượng khác đo lưu lượng khối một cách gián tiếp – điều này đòi hỏi các thiết bị riêng rẽ để đo nhiệt độ và áp suất cùng với một máy tính lưu lượng để tính toán lưu lượng khối thực. Những lưu lượng kế này cũng có thể được thiết kế mà không có các bộ phận chuyển động dễ mòn và gãy, có nghĩa là chúng đòi hỏi ít hoặc không cần bảo dưỡng. Hơn nữa, chúng có dải đo lưu lượng rộng, dò lưu lượng rất thấp đến lưu lượng cao hơn nhiều đến tỉ lệ gập 1000:1. Vì lí do này, một lưu lượng kế đơn có thể được sử dụng trong ứng dụng để đo các dải lưu lượng rộng một cách tin cậy – thay vì sử dụng nhiều lưu lượng kế theo một series để hỗ trợ ứng dụng trên dải lưu lượng rộng tương tự.
Hình 2 : Cấu hình đồng hồ đo với bộ điều tiết dòng chảy Vortab.
Đội thiết bị của nhà máy đặt các chỉ số máy đo độ đậm đặc với tỉ lệ 35, 50 và 75%. Lưu lượng kế GF90 của FCI tự động thay đổi đường cong định cỡ lưu lượng trong bộ truyền thông minh tương ứng với quá trình đốt cháy khí tại mỗi vị trí cài đặt khác nhau. Tín hiệu sau đó được gửi qua hệ thống điều khiển phân tán của nhà máy bổ sung số khí thiên nhiên cần thiết cho hơi khí độc để đốt cháy một cách tối ưu.
Trong ứng dụng này, độ chính xác của lưu lượng kế được cải tiến với việc sử dụng một bộ điều khiển lưu lượng Vortab cũng của FCI (Hình 2). Bộ điều khiển lưu lượng loại tab được cài vào ống dẫn quá trình với một loạt các tab tạo ra một dòng chảy có khả năng dự đoán cao mà không gây tổn hao hoặc gây tổn hao rất ít áp suất trên đường ống.
Lưu lượng kế đo không khí khối lượng dựa vào nguyên lý phân tán nhiệt như model GF90 được lựa chọn cho ứng dụng ống góp hơi, hỗ trợ nhiều tác vụ đo lưu lượng khí trong các ngành dầu khí, hóa chất, nước thải, ngành quá trình và giám sát ô nhiễm. Lưu lượng kế được các kỹ sư của nhà máy lọc phù hợp với 4 loại bus truyền thông phổ biến: HART, Ethernet, PROFIBUS và MODBUS. GF90 được đội ngũ thiết bị nhà máy lọc lựa chọn có độ chính xác lưu lượng tiêu chuẩn trong ứng dụng này là ±1% giá trị đọc được trên một dải lưu lượng 0,25 đến 1600 SFPS (0,08 đến 488 NMPS). Nó hoạt động với áp suất tới 1000 psig (69 bar[g]), với nhiệt độ từ -100 đến +850°F (-73 đến +454°C). Độ lặp đọc là +0,5% hoặc tốt hơn.
Hình 3: Cấu hình hệ thống Verical của FCI và đồng hồ đo GF90.
Bộ phận điện tử của lưu lượng kế có thể lập địa chỉ thông qua màn hình hiện thị LCD kèm nút bấm chức năng hoặc qua cổng nối tiếp RS-232C. Màn hình LCD và bàn phím cho phép kỹ sư quá trình của các nhà máy lọc dầu có thể thực hiện lập trình trong hiện trường để thay đổi các điểm zero, điểm đo, chuyển mạch và các bộ phận sang đo lường hay để thực hiện kiểm tra thiết bị, khắc phục lỗi và các chức năng quan trọng khác. Cổng nối tiếp cũng hỗ trợ truy cập tới máy tính hay các thiết bị đầu cuối chuẩn ASCII. Bộ truyền tín hiệu thông minh của lưu lượng kế có 2 đầu ra tín hiệu dạng analog độc lập có thể lập trình cho hiện trường. Các đầu ra analog có thể là: 4-20 mA, khả năng tải tối đa 600 ohm; 0-10 Vdc, tải tối thiểu 5000 ohm; 0-5 Vdc, tải tối thiểu 2500 ohm; và 1-5 Vdc, tải tối thiểu 2500 ohm. Có hai công tắc cảnh báo được thiết kế trong lưu lượng kế GF90. Những công tắc chuyển mạch có thể được lập trình để cảnh báo cho lưu lượng cao, lưu lượng thấp hoặc được hiện thị ra cửa sổ. Chúng cũng có thể được lập trình cho nhiệt độ quá trình cao, thấp hoặc hiện thị ra cửa sổ.
Một thiết bị đầu vào hỗ trợ giúp các kỹ sư của nhà máy có thể kết nối lưu lượng kế đo lưu lượng khí với các nguồn tín hiệu bên ngoài nhằm cung cấp tình trạng đốt cháy thời gian thực cho các ứng dụng phức tạp. Thông qua thiết bị này, các thiết bị phân tích sự đốt cháy, các bộ chuyển đổi áp suất, nhiệt độ, máy đo độ đậm đặc và các thiết bị khác thực hiện sửa tín hiệu để có độ chính xác cao với sai số nhỏ. Thiết bị đo lưu lượng khí cũng cho phép chuyển mạch từ xa giữa các nhóm định cỡ.
Thêm một lựa chọn rất tiện lợi nữa cho các kỹ sư tại hiện trường khi sử dụng dòng thiết bị GF 90 & GF92 của FCI là hãng FCI sẽ cung cấp 1 bộ VeriCal INSITUKIT cho phép các kỹ sư có thể kiểm tra thiết bị thông qua việc Calibration ngay tại hiện trường. Với một khoản tiền đầu tư ban đầu nhà máy có thể tiết kiệm được rất nhiều trong quá trình vận hành, sử dụng thiết bị, có thể chủ động được tất cả các vấn đề về mặt kỹ thuật của thiết bị. Hơn nữa ngoài chức năng Calibration thì bộ VeriCal INSITUKIT còn có chức năng làm sạch đầu sensors sau một thời gian dài làm việc đảm bảo nâng cao được độ chính xác của quá trình đo lưu lượng khí
Công ty dự định sẽ sử dụng giải pháp đo ưu việt này tại một số địa điểm
khác cho các ứng dụng tương tự.
Ngoài ứng dụng cho việc kiểm soát các lỗ thông khí ở các nhà máy lọc dầu thì bộ đo lưu lượng khí gas GF90 còn được dùng rất nhiều cho các ứng dụng như các hình 4 (a,b,c) :
Để đảm bảo lưu lượng khí dễ cháy trong đường ống góp hơi được kết nối với lò đốt được đo một cách chính xác, hầu hết các công ty dầu khí lớn đã bắt đầu tìm kiếm một giải pháp về thiết bị đo có độ tin cậy cao hơn. Hơi độc dễ bốc cháy tích tụ trong quá trình lọc tại nhà máy và phải được kiểm soát để loại bỏ một cách an toàn. Việc đo lường không chính xác lưu lượng khi trong đường ống góp trong quá trình lọc sẽ dẫn đến một hỗn hợp khí thải độc làm cho việc đốt cháy trong lò đốt của cơ sở sản xuất gặp thất bại. Nếu những khí này không được đốt hoàn toàn, sẽ gây ra nguy hiểm cho môi trường, Chính phủ sẽ xử phạt và nguy cơ đóng cửa nhà máy xảy ra là rất lớn.
Vấn đề đặt ra :
Việc thải khí dễ cháy và độc tố nguy hiểm vào khí quyển có thể dẫn đến nguy cơ đóng cửa nhà máy ngay lập tức. Với những công việc đóng cửa nhà máy như thế này, các cơ quan Chính phủ là những người sẽ thực hiện. Đây có thể là công việc rất tốn kém tiền bạc và thời gian. Thời gian sản xuất bị mất và chi phí khôi phục có thể ảnh hướng xấu đến lợi nhuận và khiến quá trình này có tác động lớn đến sự an toàn và hoạt động liên tục có hiệu quả của nhà máy.Kỹ sư quá trình tại cơ sở lọc dầu của các công ty hiểu rằng mật độ hơi có độ biến đổi cao. Hơi trong đường ống góp bao gồm hỗn hợp khí Paraxylene, Benzene và các loại khí độc dễ bốc cháy khác. Hỗn hợp khí gas này giúp họ kết luận được rằng lưu lượng khối (thường sử dụng nhiều hơn thể tích) là thông số quan trọng nhất để theo dõi quá trình đốt cháy và để hỗ trợ tính toán sự cân bằng khối lượng của nhà máy.
Trong đường ống góp khí đo lưu lượng khí, lưu lượng biến đổi từ 0,5 đến 150 SCFM (0,8 đến 240 NCMH). Giới hạn thấp của dải lưu lượng (0,5 SCFM) trong quá trình này đòi hỏi một cảm biến lưu lượng khối có độ nhạy cao để phát hiện sự có mặt của khí. Dải áp suất trong quá trình thay đổi từ 0 đến 50 psig [0 đến 3.4 bar (g)] với nhiệt độ tương ứng từ 68 đến 149°F (20 đến 65°C). Đối với kỹ sư quá trình, việc đo các yếu tố hợp thành khối lượng khí nhiều biến đổi một cách chính xác thường là một công việc rất khó khăn, phức tạp, điều này thường đòi hỏi sử dụng nhiều lưu lượng kế. Tuy nhiên, chi phí lắp đặt và bảo dưỡng lưu lượng kế cùng với chi phí duy trì các thiết bị dự phòng khác nhau, khiến đội phụ trách thiết bị của nhà máy phải tính đến sự lựa chọn khác.
Fluid Components International (FCI), một nhà sản xuất lưu lượng kế đo lưu lượng khối lượng, đã được đội phụ trách thiết bị liên hệ thảo luận về sự phát triển của bộ truyền lưu lượng thông minh cao để thực hiện nhiệm vụ này. Có hai loại lưu lượng kế khối lượng chính (1) lưu lượng kế khối lượng nhiệt và
(2) lưu lượng kế hiệu ứng Coriolis, và FCI chào hàng cả hai loại thiết bị này. Trong ứng dụng này, đội thiết bị đã lựa chọn lưu lượng kế khối lượng dựa trên nguyên lý phân tán nhiệt và đo lưu lượng khối một cách trực tiếp. Nhiều công nghệ cảm ứng lưu lượng khác đo lưu lượng khối một cách gián tiếp – điều này đòi hỏi các thiết bị riêng rẽ để đo nhiệt độ và áp suất cùng với một máy tính lưu lượng để tính toán lưu lượng khối thực. Những lưu lượng kế này cũng có thể được thiết kế mà không có các bộ phận chuyển động dễ mòn và gãy, có nghĩa là chúng đòi hỏi ít hoặc không cần bảo dưỡng. Hơn nữa, chúng có dải đo lưu lượng rộng, dò lưu lượng rất thấp đến lưu lượng cao hơn nhiều đến tỉ lệ gập 1000:1. Vì lí do này, một lưu lượng kế đơn có thể được sử dụng trong ứng dụng để đo các dải lưu lượng rộng một cách tin cậy – thay vì sử dụng nhiều lưu lượng kế theo một series để hỗ trợ ứng dụng trên dải lưu lượng rộng tương tự.
Hình 2 : Cấu hình đồng hồ đo với bộ điều tiết dòng chảy Vortab.
Giải pháp xử lí đo lưu lượng khí:
Trong ứng dụng giám sát lỗ thông khí của họ, kỹ sư quá trình của nhà máy lọc đã lựa chọn lưu lượng kế sử dụng bộ vi xử lí GF90 thông minh của FCI (Hình 1). Khi được kết nối với máy đo độ đậm đặc, lưu lượng kế này nhận tín hiệu đầu vào quá trình và lựa chọn một đường cong định cỡ lưu lượng ăn khớp một cách chính xác với sự đốt cháy khí thải trong đường ống được nối với lò đốt của nhà máy. (Xem hình 2)Đội thiết bị của nhà máy đặt các chỉ số máy đo độ đậm đặc với tỉ lệ 35, 50 và 75%. Lưu lượng kế GF90 của FCI tự động thay đổi đường cong định cỡ lưu lượng trong bộ truyền thông minh tương ứng với quá trình đốt cháy khí tại mỗi vị trí cài đặt khác nhau. Tín hiệu sau đó được gửi qua hệ thống điều khiển phân tán của nhà máy bổ sung số khí thiên nhiên cần thiết cho hơi khí độc để đốt cháy một cách tối ưu.
Trong ứng dụng này, độ chính xác của lưu lượng kế được cải tiến với việc sử dụng một bộ điều khiển lưu lượng Vortab cũng của FCI (Hình 2). Bộ điều khiển lưu lượng loại tab được cài vào ống dẫn quá trình với một loạt các tab tạo ra một dòng chảy có khả năng dự đoán cao mà không gây tổn hao hoặc gây tổn hao rất ít áp suất trên đường ống.
Lưu lượng kế đo không khí khối lượng dựa vào nguyên lý phân tán nhiệt như model GF90 được lựa chọn cho ứng dụng ống góp hơi, hỗ trợ nhiều tác vụ đo lưu lượng khí trong các ngành dầu khí, hóa chất, nước thải, ngành quá trình và giám sát ô nhiễm. Lưu lượng kế được các kỹ sư của nhà máy lọc phù hợp với 4 loại bus truyền thông phổ biến: HART, Ethernet, PROFIBUS và MODBUS. GF90 được đội ngũ thiết bị nhà máy lọc lựa chọn có độ chính xác lưu lượng tiêu chuẩn trong ứng dụng này là ±1% giá trị đọc được trên một dải lưu lượng 0,25 đến 1600 SFPS (0,08 đến 488 NMPS). Nó hoạt động với áp suất tới 1000 psig (69 bar[g]), với nhiệt độ từ -100 đến +850°F (-73 đến +454°C). Độ lặp đọc là +0,5% hoặc tốt hơn.
Hình 3: Cấu hình hệ thống Verical của FCI và đồng hồ đo GF90.
Bộ phận điện tử của lưu lượng kế có thể lập địa chỉ thông qua màn hình hiện thị LCD kèm nút bấm chức năng hoặc qua cổng nối tiếp RS-232C. Màn hình LCD và bàn phím cho phép kỹ sư quá trình của các nhà máy lọc dầu có thể thực hiện lập trình trong hiện trường để thay đổi các điểm zero, điểm đo, chuyển mạch và các bộ phận sang đo lường hay để thực hiện kiểm tra thiết bị, khắc phục lỗi và các chức năng quan trọng khác. Cổng nối tiếp cũng hỗ trợ truy cập tới máy tính hay các thiết bị đầu cuối chuẩn ASCII. Bộ truyền tín hiệu thông minh của lưu lượng kế có 2 đầu ra tín hiệu dạng analog độc lập có thể lập trình cho hiện trường. Các đầu ra analog có thể là: 4-20 mA, khả năng tải tối đa 600 ohm; 0-10 Vdc, tải tối thiểu 5000 ohm; 0-5 Vdc, tải tối thiểu 2500 ohm; và 1-5 Vdc, tải tối thiểu 2500 ohm. Có hai công tắc cảnh báo được thiết kế trong lưu lượng kế GF90. Những công tắc chuyển mạch có thể được lập trình để cảnh báo cho lưu lượng cao, lưu lượng thấp hoặc được hiện thị ra cửa sổ. Chúng cũng có thể được lập trình cho nhiệt độ quá trình cao, thấp hoặc hiện thị ra cửa sổ.
Một thiết bị đầu vào hỗ trợ giúp các kỹ sư của nhà máy có thể kết nối lưu lượng kế đo lưu lượng khí với các nguồn tín hiệu bên ngoài nhằm cung cấp tình trạng đốt cháy thời gian thực cho các ứng dụng phức tạp. Thông qua thiết bị này, các thiết bị phân tích sự đốt cháy, các bộ chuyển đổi áp suất, nhiệt độ, máy đo độ đậm đặc và các thiết bị khác thực hiện sửa tín hiệu để có độ chính xác cao với sai số nhỏ. Thiết bị đo lưu lượng khí cũng cho phép chuyển mạch từ xa giữa các nhóm định cỡ.
Thêm một lựa chọn rất tiện lợi nữa cho các kỹ sư tại hiện trường khi sử dụng dòng thiết bị GF 90 & GF92 của FCI là hãng FCI sẽ cung cấp 1 bộ VeriCal INSITUKIT cho phép các kỹ sư có thể kiểm tra thiết bị thông qua việc Calibration ngay tại hiện trường. Với một khoản tiền đầu tư ban đầu nhà máy có thể tiết kiệm được rất nhiều trong quá trình vận hành, sử dụng thiết bị, có thể chủ động được tất cả các vấn đề về mặt kỹ thuật của thiết bị. Hơn nữa ngoài chức năng Calibration thì bộ VeriCal INSITUKIT còn có chức năng làm sạch đầu sensors sau một thời gian dài làm việc đảm bảo nâng cao được độ chính xác của quá trình đo lưu lượng khí
Kết luận:
Với sự lắp đặt lưu lượng kế khối lượng đầu tiên GF90 của FCI hỗ trợ cho ứng dụng những đường ống góp khí, công ty đã hiểu được rằng không có vấn đề nào nữa xảy ra với quá trình này trong những năm qua. Đội quản lí quá trình đã lắp đặt hơn 7 lưu lượng kế trên đường ống góp khí của nhà máy.Công ty dự định sẽ sử dụng giải pháp đo ưu việt này tại một số địa điểm
khác cho các ứng dụng tương tự.
Ngoài ứng dụng cho việc kiểm soát các lỗ thông khí ở các nhà máy lọc dầu thì bộ đo lưu lượng khí gas GF90 còn được dùng rất nhiều cho các ứng dụng như các hình 4 (a,b,c) :
- Quan sát Gas chảy từ bồn kiểm tra phân chia khí tới hệ thống thu gas:
- Quan sát và điều chỉnh lưu lượng khí gas từ các bồn phân chia tới các nhà máy sử lý.
- Quan sát lưu lượng khí Nitrogen từ các bồn chia khí đến các lò hơi.
