Tiêu chuẩn TCVN 8618:2023 Hệ thống phân phối và đo đếm LNG cho giao thông đường bộ

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8618:2023

SAE J2645:2018

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ ĐO ĐẾM LNG CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - XE TẢI VÀ XE KHÁCH

Liquefied natural gas (LNG) vehicle metering and dispensing systems - Truck and bus

Lời nói đầu

TCVN 8618:2023 thay thế TCVN 8618:2010.

TCVN 8618:2023 hoàn toàn tương đương với SAE J2645:2018.

TCVN 8618:2023 do Tổng Công ty Khí Việt Nam biên soạn, Bộ Công Thương đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ ĐO ĐẾM LNG CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - XE TẢI VÀ XE KHÁCH

Liquefied natural gas (LNG) vehicle metering and dispensing systems - Truck and bus

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu đối với xe tải và xe khách sử dụng nhiên liệu là khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG). Tiêu chuẩn này cung cấp các thông tin quan trọng đến hệ thống đo đếm và phân phối LNG.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau (toàn bộ hoặc từng phần) 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 8616, Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) - Yêu cầu trong sản xuất, tồn chứa và xử lý

TCVN 8617, Khí thiên nhiên (NG) - Hệ thống nhiên liệu cho phương tiện giao thông

NIST Handbook 44, Specifications, Tolerances, and other Techical Requirements for Weighing and Measuring Devices (Thông số kỹ thuật, dung sai và những yêu cầu kỹ thuật khác đối với thiết bị cân và đo lường)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Cơ quan có thẩm quyền (Authority having jurisdiction)

Tổ chức, cơ quan hoặc cá nhân chịu trách nhiệm phê duyệt thiết bị, việc lắp đặt hoặc quy trình.

3.2

Hợp đồng mua bán (Contract sale)

Văn bản thỏa thuận mua bán trong đó có nêu rõ giá là giá cố định, giá trên chi phí hoặc giá được điều chỉnh từ giá đã công bố.

3.3

Chất lỏng lạnh sâu (Cryogenic liquid)

Chất lỏng có điểm sôi bình thường thấp hơn -153 °C (-243 °F).

3.4

Đơn vị khối lượng quy đổi (Derived mass unit)

Để thuận tiện trong giao dịch với khách hàng, đơn vị tính được sử dụng dựa trên đơn vị khối lượng như sau:

3.4.1  “Một gallon diesel tương đương” (Diesel gallon equivalent - DGE) bằng với 2,71 kg khí thiên nhiên.

3.4.2  “Một lít diesel tương đương” (Diesel liter equivalent - DLE) bằng với 0,716 kg khí thiên nhiên.

CHÚ THÍCH: Giá trị quy đổi này được tính toán dựa trên nhiệt trị thấp (LHV) của LNG là 50 MJ/kg với giả thiết trong thành phần gồm 98 % metan và 2 % etan với LHV của diesel là 35,80 MJ/L.

3.4.3  “Một gallon xăng tương đương” (Gasoline gallon equivalent - GGE) bằng với 2,567 kg khí thiên nhiên nén.

3.4.4  “Một lít xăng tương đương” (Gasoline liter equivalent - GLE) bằng với 0,678 kg khí thiên nhiên nén.

CHÚ THÍCH: Xem thêm Sổ tay kỹ thuật số 44 của NIST.

3.5

Mua bán trực tiếp (Direct sale)

Mua bán trong đó cả hai bên giao dịch đều có mặt khi khối lượng giao dịch được xác định. Một hệ thống cân hay đo lường tự động không người vận hành hay do người mua thao tác được xem xét để đại diện cho người chủ của doanh nghiệp/thiết bị trong các giao dịch có thiết bị không người vận hành.

3.6

Trạm phân phối (Dispenser)

Thiết bị được thiết kế để đo lường và giao nhận nhiên liệu lỏng.

3.7

Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied natural gas, LNG)

Khí thiên nhiên được xử lý, tách loại tạp chất và được hóa lỏng tại nhiệt độ khoảng -162 °C, ở áp suất khí quyển.

3.8

Lưu lượng kế khối lượng (Mass flow meter)

Một thiết bị dùng để đo khối lượng của dòng sản phẩm chảy qua hệ thống. Khối lượng có thể được xác định trực tiếp từ tác động của vật/chất lỏng lên bộ phận cảm biến của thiết bị đo hoặc có thể nội suy thông qua việc đo các tính chất của sản phẩm, chẳng hạn như thể tích, tỷ khối, nhiệt độ, áp suất và hiển thị giá trị dưới đơn vị khối lượng.

3.9

Điểm sôi thường (Normal boiling point, NBP)

Điểm sôi thường của chất lỏng được làm lạnh sâu ở áp suất 101,325 kPa.

3.10

Nhiệt độ và áp suất thường (Normal temperature and pressure)

Nhiệt độ 21 °C và áp suất tương ứng 101,325 kPa.

3.11

Hệ thống giao/bán hàng (Point of sale system)

Tập hợp các thiết bị bao gồm thiết bị cân hay đo lường, một thiết bị hiển thị, một thiết bị lưu dữ liệu (và cũng có thể được trang bị một máy quét) được sử dụng để hoàn tất một giao dịch mua bán trực tiếp.

3.12

Thiết bị bán lẻ (Retail device)

Một thiết bị được sử dụng để:

- Giao hàng mỗi lần nhỏ hơn 378 L; hoặc

- Giao hàng bán lẻ nhiên liệu ô tô cho các xe cá nhân.

3.13

Áp suất bão hòa (Saturation pressure)

Điểm mà tại đó nhiệt độ và áp suất của một hệ lỏng-hơi đạt cân bằng hoặc áp suất mà tại đó chất lỏng tự động “sôi”. Khi tăng nhiệt độ, áp suất sẽ tăng, và khi giảm áp suất thì nhiệt độ sẽ giảm. Nếu một chất lỏng được gia áp, như trong một nồi áp suất, nó sẽ sôi tại một nhiệt độ cao hơn khi trong một nồi mở nắp. Điều khiển chính xác áp suất bão hòa của LNG được phân phối có thể là quan trọng do hầu hết xe chạy LNG hiện tại đang sử dụng dựa vào áp suất này để dẫn nhiên liệu đi vào động cơ.

3.14

Dòng lưu chất hai pha (Two-phase flow)

Một trạng thái mà chất lỏng không ở tình trạng chất lỏng được nén, nhưng chứa vài phần trăm của chất khí đi vào trong dòng chất lỏng.

3.15

Thiết bị bán buôn (Wholesale device)

Gồm tất cả các thiết bị giao bán ngoại trừ thiết bị bán lẻ (xem 3.12).

4  Các vấn đề của việc làm lạnh sâu

Việc đo lường chính xác LNG gặp nhiều khó khăn. Các khó khăn chủ yếu nhất được nêu dưới đây. Cần lưu ý các vấn đề này có liên hệ với nhau.

4.1  Nhiệt

Chất lỏng lạnh sâu dưới điều kiện áp suất sẽ thu nhiệt trừ khi nhiệt độ được giữ ở trạng thái cân bằng. Sự trao đổi nhiệt này chỉ có thể được giảm thiểu chứ không thể loại bỏ. Việc thu hay tỏa nhiệt sẽ ảnh hưởng tới khối lượng riêng của chất lỏng.

4.2  Áp suất bão hòa

Điều khiển chính xác áp suất bão hòa của LNG được phân phối có thể là quan trọng vì hầu hết xe chạy LNG hiện nay đang sử dụng áp suất này để đưa nhiên liệu đi vào động cơ. Có khó khăn để đo lường chính xác áp suất bão hòa cho dòng chảy LNG.

4.3  Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của LNG thay đổi theo áp suất bão hòa. Tại giá trị áp suất bão hòa cao hơn (điểm sôi cao hơn) LNG có khối lượng riêng thấp hơn.

VÍ DỤ: 3,79 L LNG tại -154 °C có khối lượng 1,56 kg (tự động sôi ở áp suất 170,3 kPa) và tại -129 °C có khối lượng 1,40 kg (tự động sôi ở áp suất 790,8 kPa).

Tùy thuộc vào công nghệ, một hệ thống phân phối phải có khả năng hiệu chỉnh sự thay đổi của khối lượng riêng do nhiệt độ, áp suất và/hoặc thành phần của LNG.

4.4  Thành phần của LNG

Do thay đổi trong nguồn LNG đầu vào, các phương pháp hóa lỏng và kho chứa LNG mà thành phần hóa học của LNG có thể thay đổi. Sự thay đổi thành phần của LNG có thể thay đổi về khối lượng riêng và do đó có thể gây sai số đo lường.

4.5  Quá lạnh

Chất lỏng lạnh sâu thường được được chứa trong các bồn chịu áp. Có thể dùng hơi bơm vào đỉnh bồn để tăng áp suất trong bồn mà không làm thay đổi nhiệt độ hay trạng thái bão hòa của chất lỏng. Ở điều kiện đó, chất lỏng được xem là “quá lạnh” (sub-cooling). Việc bơm chất lỏng với áp suất cao hơn cũng tạo ra hiệu ứng tương tự. Có thể sử dụng một trong hai cách nói trên để ngăn chặn chất lỏng sôi.

CHÚ THÍCH: Khi áp suất bề mặt tăng lên, nhiệt độ sôi của chất lỏng cũng tăng. Việc tăng áp suất bề mặt sẽ giữ chất lỏng luôn ở trạng thái “dưới nhiệt độ sôi” (quá lạnh).

5  Các vấn đề của hệ thống phân phối

Có rất nhiều vấn đề bên ngoài các cảm biến đo lường làm ảnh hưởng đến độ chính xác đo. Dưới đây là những vấn đề chính cần xem xét để tránh đo lường không chính xác.

5.1  Hiệu chỉnh thể tích ống nạp

Khi thiết kế hệ thống phân phối cần xem xét đến lượng chất lỏng hay khí trong đoạn ống nạp phía sau đồng hồ đo. Thiết bị phân phối có thể được bổ sung tính năng hồi lưu chất lỏng, hệ thống xả lỏng ống nạp hay các phương pháp khác để đạt được tình trạng được kiểm soát.

5.2  Dòng hai pha

Dòng chảy LNG sẽ sôi khi chuyển từ bồn chứa tới xe nhận khi được gia nhiệt hay áp suất bị sụt giảm

Tùy thuộc vào hình dạng đường đi của tuyến ống mà LNG có thể tồn tại ở cả dạng hơi và lỏng trong hệ thống. Điều này đặc biệt đúng trong giai đoạn đầu của quá trình phân phối. Hầu hết các đồng hồ đo trải qua các sai số do dòng hai pha. Một hệ thống phân phối LNG chính xác đòi hỏi phải có phương tiện/ thiết bị để phát hiện và hiệu chỉnh phù hợp khi xuất hiện dòng hai pha.

5.3  Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ thay đổi có thể gây ảnh hưởng tới kích thước và tính chất vật liệu của hệ thống phân phối và thiết bị đo. Nhiệt độ cũng có tác động tới tỷ trọng của LNG. Cần tính đến những ảnh hưởng này đối với hệ thống phân phối bằng cách thiết kế, cân chỉnh hoặc các kỹ thuật hiệu chỉnh nếu cần thiết.

5.4  Ảnh hưởng của áp suất

Các thay đổi áp suất bên trong chính hệ thống phân phối (sụt áp) có thể gây ra dòng hai pha, cũng như các thay đổi về khối lượng riêng. Cần tính đến những ảnh hưởng này đối với hệ thống phân phối bằng cách thiết kế, cân chỉnh hoặc các kỹ thuật hiện chỉnh, nếu cần thiết.

5.5  Hiệu chỉnh theo thành phần

LNG là hỗn hợp chủ yếu gồm metan và etan, propan, butan và nitơ. Thành phần này tùy thuộc vào nguồn LNG nhập kho và các phương pháp hóa lỏng. Như vậy, tỷ khối của LNG có thể khác nhau tùy thuộc vào thành phần. Khi thiết kế hệ thống đo đếm cần xem xét đến việc hiệu chỉnh theo thành phần hóa học của khí thiên nhiên.

5.6  Rẽ nhánh dòng lỏng qua đồng hồ đo

Trong các hệ thống cần kiểm soát đo lường hay đo đếm thương mại, không được rẽ nhánh dòng lỏng cần đo trước hay ngay sau đồng hồ đo, ngoại trừ cho phép một đường rẽ nhánh được điều khiển bằng tay để mở lúc thổi sạch hay xả lỏng hệ thống đo. Phải có các biện pháp có hiệu lực để ngăn ngừa dòng lỏng đi qua bất cứ nhánh rẽ như vậy trong lúc đồng hồ đo vận hành bình thường và để hiển thị một cách rõ ràng và không thể nhầm lẫn khi việc đóng mở van được sắp đặt để cho phép dòng lỏng đi qua nhánh rẽ như vậy (Yêu cầu này được trích dẫn từ Sổ tay NIST 44, Phần 3.34 - Chất lỏng lạnh sâu - Các thiết bị đo lường, S.3.1).

5.7  Đường cân bằng hơi

Đường cân bằng hơi phải không được sử dụng trong quá trình đo đếm giao nhận trừ khi khối lượng hơi dịch chuyển từ bồn của người mua đến bồn của người bán được trừ khỏi khối lượng được đo đếm giao nhận (Yêu cầu này được trích dẫn từ Sổ tay NIST 44, Phần 3.38 - CO₂ lỏng - Các thiết bị đo lường, UR.2.3).

6  Lựa chọn hệ thống phân phối

Khi lựa chọn hệ thống phân phối LNG, cần phải xem xét tới những loại phương tiện mà hệ thống đó phục vụ. Người sử dụng hệ thống phân phối LNG phải được hướng dẫn về tần suất nạp liệu, độ chính xác và những yêu cầu về đo lường.

6.1  Các trạm sử dụng riêng

Tại các trạm này có thể sử dụng hệ thống đo lường tương đối đơn giản vì việc đo đếm chỉ dành cho các mục đích nội bộ và độ chính xác trong việc phân phối nhiên liệu cho mỗi phương tiện là không quan trọng. Thông thường các hệ thống đo đếm có độ chính xác khoảng ± 2,5 % nhưng cũng có thể được điều chỉnh sao cho phù hợp với yêu cầu của mỗi người sử dụng. Các thiết bị đo này thường không phải tuân theo các yêu cầu hoặc phê duyệt về trọng lượng và đo đếm.

6.2  Các trạm công cộng (Bán lẻ)

Nếu trạm phục vụ cho công cộng, đội xe, xe chính phủ (xe công) hoặc những người sử dụng LNG khác, nhiên liệu được phân phối như bán lẻ hoặc phân phối theo giá hợp đồng hay cho đội xe, loại hệ thống này là đối tượng để kiểm soát đo lường. Những hệ thống này có một yêu cầu độ chính xác tối thiểu là ±1,5 %.

6.3  Tần suất nạp nhiên liệu

6.3.1  Nạp liệu liên tục

Trong trường hợp này người điều hành tổ xe cho tất cả phương tiện quay trở lại trạm tiếp nhiên liệu vào cùng một thời điểm, hệ thống phân phối có thể không yêu cầu việc làm lạnh bổ sung giữa các lần nạp liệu. Lúc này, vấn đề thời gian và mất mát sản phẩm gắn với việc ổn định một hệ thống đo đếm trở nên ít quan trọng hơn.

6.3.2  Nạp liệu gián đoạn

Hệ thống sẽ được sử dụng ngẫu nhiên trong ngày; thiết bị phân phối phải được ổn định mỗi lần nạp để đảm bảo độ chính xác của việc phân phối. Các thất thoát có thể có về thời gian và sản lượng để thực hiện nhiều chu kỳ ổn định trong suốt một ngày có thể ảnh hưởng đến yếu tố tài chính của trạm.

7  Các loại thiết bị đo lường

Có rất nhiều loại thiết bị sử dụng để đo lường. Tiêu chuẩn này không thể liệt kê hết tất cả các loại khác nhau và nó không định giới hạn việc đo lường LNG chỉ gồm các thiết bị được liệt kê tại 7.1 đến 7.3.

7.1  Đo thể tích

Những thiết bị này đo thể tích (lít, gallon,...) đi qua một đoạn ống. Có rất nhiều công nghệ sẵn có khác nhau, sử dụng các kỹ thuật đo lường khác nhau để xác định tin cậy thể tích dòng lưu chất đi qua đoạn ống. Các công nghệ này là đồng hồ đo kiểu tua-bin, kiểu dòng xoáy (vortex) và kiểu tấm lỗ.

7.2  Đo khối lượng

Các thiết bị này trực tiếp đo khối lượng (kg, pound...) đi qua một đoạn ống. Hai công nghệ phổ biến là hệ thống đo khối lượng kiểu Coriolis và kiểu ống thẳng.

7.3  Đo khối lượng quy đổi

Các thiết bị này sử dụng các kỹ thuật khác nhau để xác định khối lượng quy đổi của dòng lưu chất đi qua một đoạn ống. Thuật ngữ khối lượng quy đổi có nghĩa là khối lượng riêng được suy ra thông qua sử dụng các thiết bị phụ trợ như cảm biến nhiệt độ và/hoặc áp suất, máy đo tỷ trọng, v.v... Các thiết bị này có đặc trưng là đo thể tích dòng lưu chất và áp dụng các hệ số hiệu chỉnh dựa vào khối lượng riêng hay thành phần dòng lưu chất để xác định khối lượng chảy qua một đoạn ống. Các thiết bị đo khối lượng quy đổi được định nghĩa có đặc trưng là các thiết bị mà không đo khối lượng trực tiếp.

8  Thiết bị phân phối/đo LNG

Bảng 1 đưa ra các hướng dẫn bao quát về loại hệ thống phân phối và đo đếm mà có thể được yêu cầu cho các ứng dụng riêng biệt. Nhằm mục đích so sánh, các thiết bị đo có thể được phân chia thành ba loại như là một thiết bị có chức năng phụ trợ và thiết bị có độ chính xác. Ba loại đó được xác định như sau:

- C: Không được đo;

- B: Được đo - Không kiểm soát đo lường;

- A: Được đo - Được kiểm soát đo lường.

CHÚ THÍCH: Bất kỳ trạm nào cũng có thể nâng cấp lên thiết bị đo loại cao hơn.

Bảng 1 - Các hướng dẫn về các hệ thống đo lường và phân phối

9  Vận hành an toàn

9.1  Yêu cầu chung

Các quy trình vận hành an toàn thiết bị phân phối nên được đặt ở vị trí dễ thấy tại trạm phân phối. Các hướng dẫn này nên đề cập đến các phương tiện bảo vệ cá nhân để phân phối LNG an toàn. Nên có biển báo “CẤM HÚT THUỐC” và lưu ý dễ cháy theo quy cách phù hợp với quy định của pháp luật. Các quy định và tiêu chuẩn về phòng cháy nên được ghi rõ ở vị trí dễ quan sát. Nên áp dụng các yêu cầu an toàn liên quan trong TCVN 8616 và TCVN 8617. Khuyến khích sử dụng các hướng dẫn bằng hình ảnh và văn bản song ngữ (tiếng Việt và tiếng Anh). Các cá nhân tham gia vào hoạt động nạp nhiên liệu LNG phải giữ liên lạc chặt chẽ với các cơ quan có thẩm quyền liên quan đến an toàn.

9.2  Ngắt kết nối ống nạp

Trong trường hợp phương tiện di chuyển mà chưa tháo ống nạp, thiết bị phân phối nên được bảo vệ tránh tràn LNG một cách không kiểm soát.

9.3  Đầu nối

Các đầu nối nạp nhiên liệu phải chịu được áp suất của nhiên liệu một cách an toàn và được xếp loại phù hợp cho nhiệt độ lạnh sâu.

9.4  Nối đất

Các kẹp nối đất tĩnh điện phải có sẵn nếu khớp nối nhiên liệu và đường ống kết nối liên quan không được chứng minh là có nối đất tĩnh điện. Các kẹp nối đất phải có tại mỗi vị trí nơi mà việc chuyển giao LNG diễn ra, nếu nối đất thông qua khớp nối nhiên liệu và đường ống kết nối liên quan không được chứng minh.

9.5  Xả khí

Việc xả khí từ bồn nhiên liệu của xe phải được đấu nối vào đường ống xả khí của trạm phân phối. Khí xả phải được xả trực tiếp ra vị trí an toàn (phù hợp với TCVN 8617) hay xả ngược về bồn chứa LNG lớn. Các kẹp tiếp địa phải sẵn có tại các vị trí xả khí để cho xe nối đất nếu nối đất tĩnh điện thông qua khớp nối nhiên liệu và đường ống kết nối liên quan không được chứng minh. Các xe không đấu nối với trạm phân phối cần xả khí thì phải luôn luôn được nối đất trước khi xả khí.

10  Hiển thị tại thiết bị phân phối

Các kiểm tra, thử nghiệm với thiết bị đo lường LNG hiện nay thường được thực hiện với đơn vị đo lường là khối lượng, vì vậy các đơn vị này phải được hiển thị trong suốt quá trình thử nghiệm/kiểm định và hiệu chuẩn. Ngoài ra, các hiển thị tại thiết bị phân phối có thể là các đơn vị đo lường khác, được quy đổi ra từ khối lượng (ví dụ Gallon Diesel tương đương, Gallon Xăng tương đương) hay là ở các đơn vị thể tích (như là gallon hay lít) tại NBP (nhiệt độ sôi bình 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 Flazadous 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

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Các vấn đề của việc làm lạnh sâu

4.1  Nhiệt

4.2  Áp suất bão hòa

4.3  Khối lượng riêng

4.4  Thành phần của LNG

4.5  Quá lạnh

5  Các vấn đề của hệ thống phân phối

5.1  Hiệu chỉnh thể tích ống nạp

5.2  Dòng hai pha

5.3  Ảnh hưởng của nhiệt độ

5.4  Ảnh hưởng của áp suất

5.5  Hiệu chỉnh theo thành phần

5.6  Rẽ nhánh dòng lỏng qua đồng hồ đo

5.7  Đường cân bằng hơi

6  Lựa chọn hệ thống phân phối

6.1  Các trạm sử dụng riêng

6.2  Các trạm công cộng (Bán lẻ)

6.3  Tần suất nạp nhiên liệu

7  Các loại thiết bị đo lường

7.1  Đo thể tích

7.2  Đo khối lượng

7.3  Đo khối lượng quy đổi

8  Thiết bị phân phối/đo LNG

9  Vận hành an toàn

9.1  Yêu cầu chung

9.2  Ngắt kết nối ống nạp

9.3  Đầu nối

9.4  Nối đất

9.5  Xả khí

10  Hiển thị tại thiết bị phân phối

Thư mục tài liệu tham khảo