Tiêu chuẩn TCVN 10956-3:2017 Phép đo suy luận khối lượng dòng hydrocacbon lỏng

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10956-3:2017

HƯỚNG DẪN ĐO DẦU MỎ - ĐO DÒNG BẰNG HỆ THỐNG ĐO KIỂU ĐIỆN TỬ - PHẦN 3: PHÉP ĐO SUY LUẬN KHỐI LƯỢNG

Guidelines for petroleum measurement - Flow measurement using electronic metering systems - Part 3: Inferred mass

Lời nói đầu

TCVN 10956-3:2017 được xây dựng trên cơ sở tham khảo API 21.2:2006 Manual of petroleum measurement standard - Chapter 21: Flow measurement using electronic metering systems - Section 2: Flow measurement using electronic metering systems, inferred mass (API 21.2 Tiêu chuẩn đo dầu mỏ - Đo dòng bằng hệ thống đo điện tử - Đo dòng bằng hệ thống đo điện tử suy luận khối lượng).

TCVN 10956-3:2017 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 30 Đo lưu lượng lưu chất trong ống dẫn kín biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 10956 Hướng dẫn đo dầu mỏ - Đo dòng bằng hệ thống đo kiểu điện tử gồm các tiêu chuẩn sau:

TCVN 10956-1:2015 Phần 1: Đồng hồ tuabin

TCVN 10956-2:2016 Phần 2: Đồng hồ thể tích

TCVN 10956-3:2017 Phần 3: Phép đo suy luận khối lượng

HƯỚNG DẪN ĐO DẦU MỎ - ĐO DÒNG BẰNG HỆ THỐNG ĐO KIỂU ĐIỆN TỬ - PHẦN 3: PHÉP ĐO SUY LUẬN KHỐI LƯỢNG

Guideline for petroleum measurement - Flow measurement using electronic metering systems - Part 3: Inferred mass

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra hướng dẫn để sử dụng hiệu quả hệ thống đo chất lỏng kiểu điện tử (ELM) đối với phép đo hydrocacbon lỏng đơn pha sử dụng một đồng hồ tuabin hoặc đồng hồ thể tích và một tỷ trọng kế trực tuyến để xác định khối lượng dòng.

Tiêu chuẩn này không bao gồm hệ thống sử dụng khối lượng riêng của dòng tính được, nghĩa là phương trình trạng thái. Tiêu chuẩn này cũng không bao gồm phép đo khối lượng trực tiếp sử dụng phương pháp trọng lượng hoặc đồng hồ khối lượng kiểu Coriolis, phép đo suy luận khối lượng bằng đồng hồ tiết lưu và các dạng khác của phép đo khối lượng

Các quy trình và kỹ thuật trong tiêu chuẩn này được khuyên dùng cho các ứng dụng đo lường mới.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 10956-1:2015 Hướng dẫn đo dầu mỏ - Đo dòng bằng hệ thống đo kiểu điện tử - Phần 1: Đồng hồ tuabin

API Manual of petroleum measurement standards - Chapter 12.2 Calculation of petroleum quantities using dynamic measurement methods and volume correction factors (API 12.2 Tính đại lượng đo sử dụng phương pháp đo động và hệ số hiệu chính thể tích)

API Manual of petroleum measurement standards - Chapter 14.6 Continuous density measurement (API 14.6 Phép đo tỷ trọng liên tục)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong TCVN 10956-1:2015 và các thuật ngữ, định nghĩa sau:

3.1

Điều kiện cơ sở (base conditions)

Các điều kiện áp suất và nhiệt độ xác định sử dụng trong phép đo giao nhận của thể tích lưu chất và các tính toán khác. Điều kiện cơ sở có thể được xác định theo quy định hoặc trong hợp đồng. Trong một vài trường hợp, điều kiện cơ sở bằng điều kiện chuẩn.

3.2

Tỷ trọng cơ sở (base density)

Tỷ trọng lưu chất tại các điều kiện cơ sở. Tỷ trọng cơ sở được suy ra bằng cách hiệu chính tỷ trọng dòng đối với ảnh hưởng của nhiệt độ và hệ số nén, ký hiệu là RHOb.

3.3

Tỷ trọng dòng (flowing density)

Tỷ trọng tại điều kiện làm việc

Tỷ trọng lưu chất tại nhiệt độ và áp suất dòng thực tế. Trong các ứng dụng suy luận khối lượng, tỷ trọng dòng là tỷ trọng chỉ thị hoặc quan sát được từ thiết bị đo tỷ trọng trực tuyến, ký hiệu RHO_obs.

3.4

Phép đo suy luận khối lượng (inferred mass measurement)

Hệ thống đo kiểu điện tử dùng một đồng hồ tuabin hoặc thể tích và một tỷ trọng kế trực tuyến để xác định khối lượng dòng hydrocacbon.

4  Thiết bị

4.1  Thiết bị sơ cấp

Vì khối lượng được suy luận là tích của lưu lượng và tỷ trọng nên sai số của lưu lượng kế hoặc tỷ trọng kế, sẽ tạo ra một sai số trong kết quả khối lượng. Vì vậy các thiết bị đó được xem xét như các thiết bị sơ cấp. Tiêu chuẩn này không đề cập đến độ không đảm bảo của thiết bị sơ cấp khi xác định độ không đảm bảo của hệ thống đo kiểu điện tử (ELM).. Xem Hình 1 ví dụ của một hệ thống ELM suy luận khối lượng và Hình 2 đối với độ không đảm bảo của hệ thống ELM.

4.2  Thiết bị thứ cấp

Xem 5.1.2 TCVN 10956-1:2015.

Trong phương pháp suy luận khối lượng, phép đo tỷ trọng trở thành phép đo sơ cấp.

5  Độ không đảm bảo hệ thống

Độ không đảm bảo trong phương pháp suy luận khối lượng chỉ được quy cho hệ thống đo chất lỏng kiểu điện tử. Dựa vào độ không đảm bảo kết hợp, độ không đảm bảo hệ thống bao gồm ít nhất các yếu tố sau:

a) Tính năng của các thiết bị trong hệ thống.

b) Sự phù hợp với các yêu cầu về lắp đặt.

c) Phương pháp sử dụng để truyền phát tín hiệu dữ liệu (tương tự, tần số hoặc tín hiệu số).

d) Tính nhất quán của đường truyền tín hiệu từ cảm biến tới đầu vào của thiết bị thứ ba.

e) Phương pháp tính toán.

f) Tần số lấy mẫu và tính toán.

Xem 6.1.2 đến 6.1.6 TCVN 10956-1:2015.

6  Hướng dẫn thiết kế, lựa chọn và sử dụng các bộ phận của hệ thống ELM

6.1  Thiết bị sơ cấp - Lựa chọn và lắp đặt

Xem 7.1 TCVN 10956-1:2015 và,

Tỷ trọng kế sử dụng trong hệ thống ELM tạo ra một tín hiệu điện biểu thị khối lượng riêng của lưu chất chảy qua. Phương pháp tạo ra tín hiệu điện này phụ thuộc vào kiểu tỷ trọng kế. Tín hiệu có thể là tương tự hoặc xung số.

6.2  Thiết bị thứ cấp - Lựa chọn và lắp đặt

Xem 7.2 TCVN 10956-1:2015.

Một thiết bị thứ ba nhận dữ liệu từ các thiết bị sơ cấp và thứ cấp để tính lưu lượng. Thiết bị thứ ba được lập trình hoặc định hình để thu thập dữ liệu, tính toán lưu lượng và suy luận khối lượng và cung cấp một lịch sử hoạt động.

7  Thuật toán đối với hệ thống ELM để suy luận khối lượng

7.3.1  Tổng quan

Điều này xác định các thuật toán cho phép đo suy luận khối lượng. Các kỹ thuật lấy trung bình xem 9.2.13 TCVN 10956-1:2015.

Các thuật toán thích hợp, các công thức và phương pháp làm tròn số, xem trong API 12.2.

Trong ứng dụng đo chất lỏng bằng phép đo suy luận khối lượng, đại lượng khối lượng tổng được xác định bằng tổng của các đại lượng khối lượng riêng rẽ đo được đối với một lưu lượng xác định. Dạng công thức tính đại lượng khối lượng tổng:

Trong đó:

Σ là phép tính tổng trong khoảng thời gian p;

Q_mtot là đại lượng khối lượng cộng dồn giữa thời gian t_o và t;

Q_p là thể tích đo được tại điều kiện dòng1 đối với mỗi chu kỳ lấy mẫu p;

D_p là tỷ trọng đo được tại điều kiện dòng¹ đối với mỗi chu kỳ lấy mẫu p;

t₀ là thời gian bắt đầu đo;

t₁ là thời gian kết thúc phép đo.

Các biến quá trình ảnh hưởng đến lưu lượng khối lượng thường thay đổi trong quá trình đo. Vì vậy, để đạt được đại lượng tổng, cần tính tổng của dòng trong quá trình đo, được thực hiện với các điều kiện thay đổi liên tục.

Trong các ứng dụng đo chất lỏng bằng phép đo suy luận khối lượng, sử dụng hai thiết bị sơ cấp2: một lưu lượng kế cấp cung cấp số đo thể tích thực tại các điều kiện dòng¹ và một tỷ trọng kế cung cấp số đo tỷ trọng chất lỏng tại các điều kiện dòng¹.

Các đơn vị thể tích trong khoảng thời gian tạo ra các số đếm hoặc các xung mà các xung đó tỷ lệ tuyến tính với đơn vị thể tích như sau:

Trong đó:

counts là số đếm tích lũy từ thiết bị sơ cấp trong những khoảng thời gian p tính bằng giây;

KF là hệ số K (số đếm trên đơn vị thể tích).

Khối lượng được suy luận cho khoảng thời gian giống nhau được tạo ra bằng cách nhân kết quả của công thức 2 với giá trị tỷ trọng dòng đạt được trong cùng chu kỳ thời gian.

Lưu lượng khối lượng tức thời trên đơn vị thời gian, chẳng hạn như lưu lượng trên giờ hoặc lưu lượng trên ngày, có thể được tính theo công thức sau:

Trong đó:

Qm_p là lưu lượng khối lượng tức thời dựa trên chu kỳ thời gian p;

p là chu kỳ lấy mẫu (tính bằng s);

k là hệ số chuyển đổi, Ví dụ k = 60 nếu đơn vị lưu lượng là 1min, k = 3 600 nếu đơn vị lưu lượng là 1h; k = 86 400 nếu đơn vị lưu lượng là 24h.

CHÚ THÍCH  Độ phân biệt của lưu lượng khối lượng Qm_p trong công thức (4) tỷ lệ với số lượng số đếm của lưu lượng kế tích lũy trong chu kỳ lấy mẫu.

7.3.2  Phạm vi tính toán

Tần suất mẫu của các bộ tích lũy xung và tỷ trọng kế3 phải được thực hiện để cho phép thể tích được tính chính xác theo công thức (2) và khối lượng được suy luận chính xác được tính toán sử dụng công thức (1). Chu kỳ lấy mẫu này có thể là một khoảng thời gian cố định hoặc thay đổi nhưng không quá 5s. Trong tất cả các trường hợp, phải đếm tất cả xung từ thiết bị sơ cấp.

7.3.3  Áp dụng các hệ số hiệu chính tính năng

Các thiết bị sơ cấp, lưu lượng kế và tỷ trọng kế, yêu cầu áp dụng các hệ số hiệu chính để bù cho các sự biến động tái lập của đặc tính gây ra bởi các điều kiện môi trường và vận hành của các thiết bị. Các hệ số này là:

a) Hệ số đồng hồ (MF): xác định bằng lưu lượng kế được kiểm chứng phù hợp với API 12.2.

b) Hệ số tỷ trọng kế (DMF): xác định bằng tỷ trọng kế được kiểm chứng phù hợp với API 14.6.

Hình 1 - Hệ thống đo kiểu điện tử suy luận khối lượng

Hình 2 - Ví dụ tính toán độ không đảm bảo hệ thống

Các hệ số này được áp dụng liên tục trong thời gian thực với dữ liệu thu được trong mỗi chu kỳ lấy mẫu p như đã chỉ ra trong công thức (5) hoặc áp dụng một lần tại cuối của giao nhận thương mại (xem công thức 8).

Áp dụng các hệ số tính năng liên tục trong thời gian thực.

Trong đó

Qmc_p  là đại lượng khối lượng được đo trong chu kỳ lấy mẫu p, được hiệu chính cho các biến động tính năng của lưu lượng kế và tỷ trọng kế,

Q(IV)_p  là thể tích chỉ thị được đo trong chu kỳ lấy mẫu p, không hiệu chính cho các biến động tính năng của lưu lượng kế,

D(UF)_p  là tỷ trọng không xác định trong chu kỳ lấy mẫu p, không hiệu chính cho các thay đổi tính năng của tỷ trọng kế,

MF_p  là hệ số hiệu chính tính năng lưu lượng kế (MF) sử dụng trong chu kỳ lấy mẫu p,

DMF_p  là hệ số hiệu chính tính năng tỷ trọng kế (DMF) sử dụng trong chu kỳ lấy mẫu p.

Nếu MF và DMF được áp dụng liên tục theo công thức (5) chúng phải được lấy trung bình riêng rẽ4 trong suốt giao nhận phù hợp với TCVN 10956-1:2015 và ghi lại trong bản giao nhận thương mại (QTR).

7.3.4  Xác định đại lượng khối lượng giao nhận

Khối lượng được suy luận khối lượng (IM) được xác định trong giao nhận thương mại sử dụng công thức sau:

Trong đó:

Σ  là toán tử cộng cho toàn bộ chu kỳ lấy mẫu p trong thời gian giao nhận T,

IM  là suy luận khối lượng được cộng dồn trong thời gian giao nhận T,

QT_p  là thể tích thực được đo tại điều kiện dòng với mỗi chu kỳ lấy mẫu p trong thời gian giao nhận T,

DT_p  là tỷ trọng thực đo tại điều kiện dòng đối với mỗi chu kỳ lấy mẫu p trong thời gian giao nhận T,

n  là mẫu cuối cùng lấy tại thời điểm kết thúc giao nhận.

Khi các hệ số tính năng của lưu lượng kế (MF) và tỷ trọng kế (DMF) được áp dụng liên tục sử dụng công thức (5) thì công thức (6) được sửa đổi thành:

Trong đó

Σ  là toán tử cộng cho toàn bộ chu kỳ lấy mẫu p trong thời gian giao nhận T,

IM_c  là suy luận khối lượng được cộng dồn trong thời gian giao nhận T, được hiệu chính cho tính năng của lưu lượng kế và tỷ trọng kế,

Q(IV)_P  là thể tích chỉ thị được đo trong chu kỳ lấy mẫu p, không hiệu chính cho các biến động tính năng của lưu lượng kế,

D(UF)_P  là tỷ trọng không xác định trong chu kỳ lấy mẫu p, không hiệu chính cho các thay đổi tính năng của tỷ trọng kế,

MF_p  là hệ số hiệu chính tính năng lưu lượng kế (MF) sử dụng trong chu kỳ lấy mẫu p,

DMF_p  là hệ số hiệu chính tính năng tỷ trọng kế (DMF) sử dụng trong chu kỳ lấy mẫu p.

n  là mẫu cuối cùng lấy tại thời điểm kết thúc giao nhận.

Nếu hệ số tính năng MF và DMF không thay đổi trong quá trình giao nhận thì chúng có thể được áp dụng một lần tại cuối quá trình giao nhận với khối lượng suy luận chưa hiệu chính như dưới đây:

Trong đó:

Σ  là toán tử cộng cho toàn bộ chu kỳ lấy mẫu p trong thời gian giao nhận T,

IM_c  là suy luận khối lượng được cộng dồn trong thời gian giao nhận T, được hiệu chính cho tính năng của lưu lượng kế và tỷ trọng kế,

Q(IV)_p  là thể tích chỉ thị được đo trong chu kỳ lấy mẫu p, không hiệu chính cho các biến động tính năng của lưu lượng kế,

D(UF)_p  là tỷ trọng không xác định trong chu kỳ lấy mẫu p, không hiệu chính cho các thay đổi tính năng của tỷ trọng kế,

MF_T  là hệ số hiệu chính tính năng lưu lượng kế (MF) sử dụng trong giao nhận T,

DMF_T  là hệ số hiệu chính tính năng tỷ trọng kế (DMF) sử dụng trong giao nhận T.

n  là mẫu cuối cùng lấy tại thời điểm kết thúc giao nhận.

Trong phép đo thể tích, hệ số hiệu chính thể tích chất lỏng được dùng để báo cáo các thay đổi trong tỷ trọng và thể tích do ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên chất lỏng. Các hệ số hiện chính này là:

a) CTL - hiệu chính cho ảnh hưởng của nhiệt độ lên chất lỏng tại các điều kiện vận hành bình thường.

b) CPL - hiệu chính cho khả năng nén của chất lỏng tại các điều kiện vận hành bình thường.

Xem TCVN 10956-1:2015 để biết thêm thông tin về các hệ số CTL và CPL.

Khi sử dụng phương pháp suy luận khối lượng, các hệ số hiệu chính này không được yêu cầu cho tích phân khối lượng liên tục, nhưng có thể yêu cầu trong suốt quá trình kiểm chứng đồng hồ để bù cho chênh lệch trong các điều kiện dòng tại lưu lượng kế và chuẩn.

7.3.5  Áp dụng CTL và CPL cho các hệ thống kiểm chứng ELM suy luận khối lượng

Các sai số hệ thống sẽ tạo ra trong phương pháp đo suy luận khối lượng trong suốt quá trình kiểm chứng lưu lượng kế nếu các điều kiện nhiệt độ và áp suất tại lưu lượng kế và tại chuẩn ngoài giới hạn đã được xác định trong API 14.6. Khi tỷ trọng của chất lỏng tại điều kiện cơ sở (RHO_b) có thể xác định chính xác, nó cho phép để tính toán và áp dụng các hệ số CTLm, CPLm, CTLp và CPLp trong kiểm chứng lưu lượng kế khi tính toán hệ số đồng hồ. Các hệ số này phải được áp dụng phù hợp với API 12.2.

Xem thêm Phụ lục B, API 12.2 về tương quan giữa tỷ trọng chất lỏng, nhiệt độ và áp suất của các chất lỏng khác nhau.

Phương pháp được lựa chọn để xác định tỷ trọng tại điều kiện cơ sở (RHO_b) phải được đồng ý bởi các bên liên quan trong phép đo.

7.3.6  Quy tắc làm tròn được sử dụng bởi thiết bị thứ ba

Chênh lệch giữa các kết quả trong các tính toán có thể xuất hiện trong các thiết bị khác nhau hoặc các ngôn ngữ lập trình khác nhau bởi vì sự thay đổi trong các tuần tự nhân và làm tròn số. Để đảm bảo tính nhất quán, các hệ số hiệu chính riêng rẽ được nhân liên tiếp và làm tròn tới số yêu cầu của vị trí thập phân. API 12.2 nêu chi tiết tuần tự hiệu chính, làm tròn và quy trình cắt bớt số để sử dụng trong các tính toán CCF xác định các hệ số đồng hồ trong quá trình kiểm chứng lưu lượng kế.

Các quy tắc làm tròn và các mức phân biệt được sử dụng khi tính toán và tích phân các đại lượng thể tích khối lượng gia tăng xem TCVN 10956-1:2015.

7.3.7  Tỷ trọng dòng chất lỏng

Tất cả các tính toán và các thuật toán liên quan đến việc xác định tỷ trọng trực tuyến phải phù hợp với API 14.6.

8  Các yêu cầu về kiểm tra và báo cáo

8.1  Yêu cầu chung

Theo Điều 9 TCVN 10956-1:2015, ngoại trừ 9.1.2.

8.2  Bản ghi cấu hình

Theo 9.2.1 TCVN 10956-1:2015, ngoài ra còn:

a) Hệ số tỷ trọng kế (DMF).

b) Các hệ số hiệu chuẩn tỷ trọng kế.

c) Các thiết bị kỹ thuật.

d) Các giới hạn cảnh báo trên và dưới.

e) Các giá trị mặc định trong trường hợp sự cố.

f) Mã nhận dạng tỷ trọng kế hoặc tên nhãn hiệu.

8.3  Bản ghi số lượng giao dịch

Bản ghi lượng giao dịch phải bao gồm các thông tin sau:

a) Thời gian, ngày tháng bắt đầu và kết thúc.

b) Các số đọc bắt đầu và kết thúc (MRo, MRc).

c) Ký hiệu nhận dạng loại sản phẩm khi nhiều sản phẩm được đo với một đồng hồ.

d) Ký hiệu nhận dạng dàn đồng hồ nơi mà có nhiều hơn một dàn.

e) Ký hiệu nhận dạng đồng hồ.

f) Hệ số đồng hồ (MF) và/hoặc hệ số K (KF).

g) Áp suất trung bình trọng số (PWA).

h) Nhiệt độ trung bình trọng số (TWA).

i) Tỷ trọng trung bình trọng số (DWA).

j) Thể tích chỉ thị (IV).

k) Mã nhận dạng QTR.

l) Khối lượng được suy luận.

8.4  Xem xét lại dữ liệu

Nên xem xét lại dữ liệu trong bản ghi lượng giao nhận, cần lưu lại lịch xem xét và tên hoặc ký hiệu nhận dạng của bên thực hiện xem xét lại, các nhận dạng dữ liệu đã thay đổi. Phải duy trì bản ghi số lượng giao dịch.

9  Thiết bị hiệu chuẩn và kiểm định

Theo Điều 10 TCVN 10956-1:2015.

10  Bảo mật

Theo Điều 11 TCVN 10956-1:2015, ngoại trừ điều 11.3.2 thay “thể tích” bằng “khối lượng”.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] API MPMS Chương 1, Thuật ngữ

[2] API MPMS Chương 4.2, Chuẩn thể tích

[3] API MPMS Chương 4.4, Bình chuẩn

[4] API MPMS Chương 4.6, Nội suy xung

[5] API MPMS Chương 4.8, Vận hành các hệ thống kiểm chứng

[6] API MPMS Chương 4.9, Các phương pháp hiệu chuẩn các chuẩn thể tích và bình chuẩn

[7] API MPMS Chương 7, Xác định nhiệt độ

[8] API MPMS Chương 11, Dữ liệu các thuộc tính vật lý

[9] API MPMS Chương 12, Tính toán các đại lượng dầu mỏ

[10] API MPMS Chương 13, Các khía cạnh thống kê của phép đo và lấy mẫu.

[11] NIST SP 250-72, Dịch vụ hiệu chuẩn thể tích chất lỏng của viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Mỹ