Tiêu chuẩn TCVN 8113-1:2009 Nguyên lý đo dòng lưu chất bằng thiết bị chênh áp

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8113-1:2009

ISO 5167-1:2003

ĐO DÒNG LƯU CHẤT BẰNG THIẾT BỊ CHÊNH ÁP GẮN VÀO ỐNG DẪN CÓ MẶT CẮT NGANG TRÒN CHẢY ĐẦY – PHẦN 1: NGUYÊN LÝ VÀ YÊU CẦU CHUNG

Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full – Part 1: General principles and requirements

Lời nói đầu

TCVN 8113-1 : 2009 hoàn toàn tương đương với ISO 5167-1 : 2003;

TCVN 8113-1 : 2009 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 tiêu chuẩn TCVN 8113 (ISO 5167) Đo dòng lưu chất bằng thiết bị chênh áp gắn vào ống dẫn có mặt cắt ngang tròn chảy đầy gồm các tiêu chuẩn sau:

- TCVN 8113-1 : 2009 (ISO 5167-1 : 2003), Phần 1: Nguyên lý và yêu cầu chung;

- TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), Phần 2: Tấm tiết lưu.

Bộ tiêu chuẩn ISO 5167 còn các tiêu chuẩn sau:

- ISO 5167-3, Part 3: Nozzles and Venturi nozzles;

- ISO 5167-4, Part 4: Venturi tubes.

Lời giới thiệu

Bộ tiêu chuẩn ISO 5167, bao gồm bốn phần (đã chuyển dịch phần 1 và phần 2 thành TCVN 8113-1 : 2009 và TCVN 8113-2 : 2009), đề cập đến các dạng hình học và phương pháp sử dụng (các điều kiện lắp đặt và vận hành) của các tấm tiết lưu, các vòi và ống Venturi khi lắp đặt vào đường ống chảy đầy để xác định lưu lượng lưu chất đang chảy trong ống dẫn đó. Bộ tiêu chuẩn này cũng cung cấp các thông tin cần thiết để tính toán lưu lượng và độ không đảm bảo đo liên quan.

Bộ tiêu chuẩn ISO 5167 chỉ áp dụng với các thiết bị chênh áp mà theo đó lưu lượng là nhỏ hơn tốc độ âm thanh khi chảy qua phân đoạn đo lường và khi lưu chất là đơn pha, không áp dụng để đo dòng rung động. Hơn nữa từng thiết bị này chỉ có thể được sử dụng trong các giới hạn quy định của cỡ ống và số Reynolds.

Bộ tiêu chuẩn ISO 5167 đề cập đến các thiết bị được hiệu chuẩn trực tiếp, đầy đủ về số lượng, độ mở và chất lượng cho phép áp dụng các hệ thống kết hợp dựa trên cơ sở các kết quả và hệ số của nó được cho với các giới hạn độ không đảm bảo đo cụ thể có thể dự đoán được.

Các thiết bị đưa vào đường ống được gọi là “thiết bị sơ cấp”. Khái niệm thiết bị sơ cấp cũng bao gồm các lỗ lấy áp. Tất cả các phương tiện hoặc thiết bị khác cần cho phép đo được gọi là “thiết bị thứ cấp”. Bộ tiêu chuẩn ISO 5167 đề cập đến các thiết bị sơ cấp; các thiết bị thứ cấp1) ít khi được đề cập.

Bộ tiêu chuẩn ISO 5167 bao gồm bốn phần sau:

a) TCVN 8113-1 : 2009 (ISO 5167-1) nêu các thuật ngữ và định nghĩa chung, các ký hiệu, nguyên lý và các yêu cầu cũng như các phương pháp đo và độ không đảm bảo đo được sử dụng liên quan đến TCVN 8113-2 : 2009 và ISO 5167-3 và ISO 5167-4.

b) TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2) quy định các tấm tiết lưu có thể được sử dụng với các lỗ lấy áp kiểu góc, các lỗ lấy áp kiểu D và D/2 2) và các lỗ lấy áp kiểu mặt bích.

c) ISO 5167-3 quy định các vòi phun ISA 1932 3), các vòi phun bán kính dài và các vòi phun Venturi, khác nhau về hình dạng và vị trí lỗ lấy áp.

d) ISO 5167-4 quy định các ống Venturi cổ điển 4).

Vấn đề an toàn không được đề cập đến trong bộ tiêu chuẩn ISO 5167. Đây là trách nhiệm của người sử dụng phải đảm bảo hệ thống đáp ứng các quy định an toàn thích hợp.

ĐO DÒNG LƯU CHẤT BẰNG THIẾT BỊ CHÊNH ÁP GẮN VÀO ỐNG DẪN CÓ MẶT CẮT NGANG TRÒN CHẢY ĐẦY –PHẦN 1: NGUYÊN LÝ VÀ YÊU CẦU CHUNG

Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full – Part 1: General principles and requirements

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này xác định các thuật ngữ, ký hiệu và thiết lập các nguyên lý chung cho các phương pháp đo và tính toán lưu lượng lưu chất chảy trong ống dẫn bằng các thiết bị đo chênh áp (tấm tiết lưu, vòi phun và ống Venturi) khi chúng được lắp vào ống dẫn có mặt cắt ngang chảy đầy. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu chung cho các phương pháp đo, lắp đặt và xác định độ không đảm bảo đo đo lưu lượng. Tiêu chuẩn này cũng xác định các giới hạn quy định chung của cỡ ống và số Reynolds theo đó các thiết bị đo chênh áp được sử dụng.

Bộ tiêu chuẩn ISO 5167 (tất cả các phần) chỉ được áp dụng cho dòng chảy nhỏ hơn tốc độ âm thanh khi chảy qua phân đoạn đo lường và khi lưu chất là đơn pha. Bộ tiêu chuẩn này không áp dụng cho phép đo dòng rung động.

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 8112 : 2009 (ISO 4006:1991), Đo dòng lưu chất trong ống dẫn kín – Từ vựng và ký hiệu

TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), Đo dòng lưu chất bằng thiết bị chênh áp gắn vào ống dẫn có mặt cắt ngang tròn chảy đầy – Phần 2: Tấm tiết lưu.

ISO 5167-3 : 2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduit running full - Part 3: Nozzles and Venturi nozzles (Đo dòng lưu chất bằng thiết bị chênh áp gắn vào ống dẫn có mặt cắt ngang tròn chảy đầy – Phần 3: Vòi phun và vòi phun Venturi).

ISO 5167-4 : 2003, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduit running full - Part 4: Venturi tubes (Đo dòng lưu chất bằng thiết bị chênh áp gắn vào ống dẫn có mặt cắt ngang tròn chảy đầy – Phần 4: Ống Venturi).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong TCVN 8112 : 2009 (ISO 4006) và các thuật ngữ, định nghĩa sau.

CHÚ THÍCH : Các định nghĩa dưới đây chỉ dùng cho các thuật ngữ được sử dụng theo nghĩa đặc biệt hoặc cho các thuật ngữ phù hợp với việc nhấn mạnh thêm ý nghĩa.

3.1. Đo áp suất (Pressure measurement)

3.1.1. Lỗ lấy áp thành ống (Wall pressure tapping)

Lỗ hình tròn hoặc khe hình khuyên được khoan trên thành ống dẫn sao cho gờ lỗ ngang bằng với bề mặt bên trong của đường ống.

CHÚ THÍCH: Lỗ lấy áp thường là lỗ tròn nhưng trong một số trường hợp đặc biệt có thể là khe hình khuyên.

3.1.2. Áp suất tỉnh của lưu chất chảy qua đường ống (Static pressure of fluid flowing through a pipeline)

p

Áp suất có thể đo được bằng cách nối một thiết bị đo áp với lỗ lấy áp tại thành ống.

CHÚ THÍCH: Trong bộ tiêu chuẩn ISO 5167 (tất cả các phần) chỉ sử dụng giá trị áp suất tỉnh tuyệt đối.

3.1.3. Chênh áp (Differential pressure)

Dp

Sự khác nhau giữa áp suất tĩnh đo được tại các lỗ lấy áp tại thành ống, một ở phía dòng vào và các lỗ lấy áp khác ở phía dòng ra của thiết bị sơ cấp (hoặc tại cổ của vòi phun Venturi hoặc ống Venturi), được lắp đặt trên đường ống thẳng khi có lưu chất chảy qua, có tính đến sự khác biệt chiều cao giữa các lỗ lấy áp phía dòng vào và phía dòng ra của thiết bị sơ cấp.

CHÚ THÍCH: Trong bộ tiêu chuẩn ISO 5167 (tất cả các phần), thuật ngữ “chênh áp” chỉ được sử dụng nếu lỗ lấy áp ở vị trí quy định đối với từng thiết bị sơ cấp tiêu chuẩn.

3.1.4. Tỷ số áp suất (Pressure ratio)

t

Tỷ số giữa áp suất (tĩnh) tuyệt đối tại lỗ lấy áp phía dòng vào và phía dòng ra thiết bị sơ cấp.

3.2. Thiết bị sơ cấp (Primary devices)

3.2.1. Cổ của tấm tiết lưu (Orifice throat)

Lỗ có diện tích mặt cắt ngang nhỏ nhất được khoét trên thiết bị sơ cấp.

CHÚ THÍCH: Các lỗ tiết lưu của thiết bị sơ cấp tiêu chuẩn có dạng tròn và đồng trục với đường ống.

3.2.2. Tấm tiết lưu (Orifice plate)

Tấm mỏng trên đó có tạo một lỗ gia công tròn.

CHÚ THÍCH: Các tấm tiết lưu tiêu chuẩn có dạng là một “tấm mỏng” và “có cạnh sắc vuông”, vì độ dày của tấm nhỏ so với đường kính của đoạn đo và vì cạnh trước của tấm là sắc và vuông góc.

3.2.3. Vòi (Nozzle)

Thiết bị bao gồm một phía dòng vào nhỏ dần nối với một phần hình trụ được gọi là “cổ”.

3.2.4. Vòi phun Venturi (Venturi nozzle)

Thiết bị bao gồm một phía dòng vào nhỏ dần là một vòi ISA 1932 tiêu chuẩn hóa nối với một phần hình trụ gọi là “cổ” và một phần lớn dần hình côn được gọi là “phân kỳ”.

3.2.5. Ống Venturi (Venturi tube)

Thiết bị bao gồm một phía dòng vào hội tụ hình côn được nối với một phần hình trụ được gọi là “cổ” và một phần lớn dần hình côn được gọi là “phân kỳ”.

3.2.6. Tỷ số đường kính (Diameter ratio)

b

(của thiết bị sơ cấp dùng trong đường ống) Tỉ số giữa đường kính lỗ tiết lưu hoặc cổ của thiết bị sơ cấp với đường kính trong của đường ống đo phía dòng vào của thiết bị sơ cấp.

CHÚ THÍCH: Tuy nhiên, khi thiết bị sơ cấp có một phần hình trụ ở phía dòng vào, có cùng đường kính với đường ống (như trong trường hợp ống Venturi cổ điển), tỷ số đường kính là tỷ số của đường kính cổ và đường kính của phần hình trụ tại mặt phẳng của các lỗ lấy áp phía dòng vào.

3.3. Dòng chảy (Flow)

3.3.1. Lưu lượng (Flow rate)

q

Khối lượng hoặc thể tích lưu chất chảy qua lỗ tiết lưu (hoặc cổ) trên một đơn vị thời gian.

3.3.1.1. Lưu lượng khối lượng (Mass flowrate/Rate of mass flow)

q_m

Khối lượng lưu chất chảy qua lỗ tiết lưu (hoặc cổ) trên một đơn vị thời gian.

3.3.1.2. Lưu lượng thể tích (Volume flowrate/Rate of volume flow)

q_v

Thể tích lưu chất chảy qua lỗ tiết lưu (hoặc cổ) trên một đơn vị thời gian

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp lưu lượng thể tích, cần phải công bố áp suất và nhiệt độ tại điểm đo lưu lượng.

3.3.2. Số Reynolds (Reynolds number)

Re

Đại lượng không thứ nguyên biểu thị tỷ số giữa lực quán tính và lực ma sát nhớt.

3.3.2.1. Số Reynolds của đường ống (Pipe Reynolds number)

Re_D

Đại lượng không thứ nguyên biểu thị tỷ số giữa lực quán tính và lực ma sát nhớt trong đường ống phía dòng vào thiết bị sơ cấp.

3.3.2.2. Số Reynolds của lỗ tiết lưu hoặc cổ (Orifice or throat Reynolds number)

Re_d

Đại lượng không thứ nguyên biểu thị tỷ số giữa lực quán tính và lực ma sát nhớt trong lỗ tiết lưu hoặc cổ của thiết bị sơ cấp.

3.3.3. Số mũ đẳng entropi (Isentropic exponent)

k

Tỷ số giữa sự biến đổi tương đối về áp suất so với sự biến đổi tương đối tương ứng về khối lượng riêng dưới các điều kiện biến đổi đoạn nhiệt thuận nghịch cơ bản.

CHÚ THÍCH 1: Số mũ đoạn nhiệt xuất hiện trong công thức khác nhau với hệ số giãn nở  và biến đổi theo bản chất, áp suất và nhiệt độ của khí.

CHÚ THÍCH 2: Một số khí và hơi chưa được xác định hệ số đoạn nhiệt đặc biệt là trong một khoảng rộng của áp suất và nhiệt độ. Trong trường hợp này, trong bộ tiêu chuẩn ISO 5167 (tất cả các phần), tỷ số của nhiệt dung riêng ở áp suất không đối với nhiệt dung riêng ở thể tích không đổi của khí lý tưởng có thể được dùng thay thế cho số mũ đoạn nhiệt.

3.3.4. Hệ số Joule Thomson (Joule Thomson coefficient) Hệ số nhiệt độ áp suất đẳng enthalpy

m_JT

Tỷ lệ thay đổi của nhiệt độ theo áp suất ở điều kiện enthalpy không đổi

Hoặc

trong đó:

T          là nhiệt độ tuyệt đối;

p          là áp suất tĩnh của một lưu chất chảy qua một đường ống;

H          là enthalpy;

R_u         là hằng số khí phổ quát/phổ dụng;

C_{m, p}      là nhiệt dung phân tử ở áp suất không đổi;

Z          là hệ số nén.

CHÚ THÍCH: Hệ số Joule Thom son thay đổi theo tính chất của khí, theo nhiệt độ và áp suất của nó và có thể tính toán được.

3.3.5. Hệ số xả (Discharge coefficient)

C

Hệ số, xác định cho dòng lưu chất không nén được, liên hệ lưu lượng thực tế với lưu lượng lý thuyết qua một thiết bị, và được biểu thị bằng công thức đối với các lưu chất không nén được:

CHÚ THÍCH 1: Việc hiệu chuẩn các thiết bị sơ cấp tiêu chuẩn bằng các lưu chất (lỏng) không nén được cho thấy hệ số xả phụ thuộc với số Reynolds đối với một thiết bị sơ cấp khi lắp đặt.

Đối với tất cả các cách lắp đặt thiết bị sơ cấp tương tự nhau về phương diện hình học và các dòng chảy được đặc trưng bởi những số Reynolds đồng nhất thì trị số của C là như nhau.

Công thức xác định các trị số của C đưa ra trong bộ tiêu chuẩn ISO 5167 (tất cả các phần) được xây dựng dựa trên số liệu thực nghiệm.

Độ không đảm bảo đo của giá trị của C có thể giảm xuống bằng việc hiệu chuẩn dòng trong một phòng thí nghiệm phù hợp.

CHÚ THÍCH 2: Đại lượng gọi là “tốc độ của hệ số tiệm cận”, và tích gọi là “hệ số dòng”.

3.3.6. Hệ số giãn nở [Expansibility (expansion) factor]

e

Hệ số được dùng để đưa vào tính toán tính chất nén được của dòng lưu chất.

CHÚ THÍCH: Việc hiệu chuẩn một thiết bị sơ cấp bằng lưu chất nén được (khí) cho thấy tỷ số là

phụ thuộc đối với giá trị của số Reynolds cũng như với giá trị của tỷ số áp suất và số mũ đoạn nhiệt của khí.

Phương pháp được chấp nhận để trình bày các thay đổi này đã tính tới việc nhân hệ số xả C của thiết bị sơ cấp với hệ số giãn nở , khi xác định bằng việc hiệu chuẩn trực tiếp được thực hiện với các chất lỏng có cùng trị số Reynolds.

Hệ số giãn nở e bằng 1 khi lưu chất được xem là không nén được (chất lỏng) và nhỏ hơn 1 khi lưu chất nén được (ở dạng khí).

Phương pháp này khả thi bởi thực nghiệm cho thấy e thực tế là phụ thuộc với số Reynolds và, đối với tỷ số đường kính đã cho của một thiết bị sơ cấp, e chỉ phụ thuộc vào tỷ số áp suất và số mũ đoạn nhiệt.

Các trị số của e cho các tấm tiết lưu nêu trong TCVN 8113-2 (ISO 5167-2) là dựa trên các dữ liệu thực nghiệm. Đối với vòi (xem ISO 5167-3) và các ống Venturi (xem ISO 5167-4), dựa trên phương trình nhiệt động học áp dụng cho giãn nở đoạn nhiệt.

3.3.7. Độ lệch trung bình số học của độ nhám biên dạng (Arithmetical mean deviation of the roughness profile)

Ra

Độ lệch trung bình số học từ đường trung bình của biên dạng được đo.

CHÚ THÍCH 1: Đường trung bình là đường thẳng sao cho tổng bình phương của các khoảng cách giữa bề mặt hiệu dụng và đường trung bình là nhỏ nhất. Trong thực tế Ra có thể được đo bằng thiết bị chuẩn dùng cho các bề mặt được gia công cơ nhưng chỉ có thể ước lượng được cho bề mặt nhám của ống. Xem thêm ISO 4288.

CHÚ THÍCH 2: Có thể sử độ nhám tương đương, k, cho các đường ống. Giá trị này có thể được xác định bằng thực nghiệm (xem 7.1.5) hoặc lấy từ bảng (xem Phụ lục B).

4. Ký hiệu và chỉ số dưới

4.1. Ký hiệu

Bảng 1 - Ký hiệu

4.2. Chỉ số dưới

Chỉ số dưới                  Ý nghĩa

1                                  Tại mặt phẳng lấy áp phía dòng vào

2                                  Tại mặt phẳng lấy áp phía dòng ra

5. Nguyên lý của phương pháp đo và phương pháp tính

5.1. Nguyên lý của phương pháp đo

Nguyên lý của phương pháp đo dựa trên việc lắp đặt một thiết bị sơ cấp (như tấm tiết lưu, vòi phun hoặc ống Venturi) vào trong đường ống có lưu chất chảy đầy. Việc lắp thiết bị sơ cấp tạo nên chênh lệch áp suất tỉnh giữa phía dòng vào và cổ hoặc phía dòng sao của thiết bị. Lưu lượng có thể được xác định từ giá trị chênh áp đo được và từ đặc tính của dòng lưu chất cũng như các điều kiện sử dụng thiết bị. Giả định thiết bị có dạng hình học giống với hình dạng của thiết bị đã được hiệu chuẩn và các điều kiện sử dụng cũng giống nhau [xem TCVN 8113-2 (ISO 5167-2), ISO 5167-3 hoặc ISO 5167-4].

Lưu lượng khối lượng có thể được xác định từ mối quan hệ với độ chênh áp trong giới hạn độ không đảm bảo đo được công bố trong bộ tiêu chuẩn ISO 5167 sử dụng Công thức (1):

                                         (1)

Tương tự, giá trị lưu lượng thể tích có thể được tính bằng Công thức (2):

                                                          (2)

trong đó r là khối lượng riêng của lưu chất ở nhiệt độ và áp suất mà thể tích được công bố.

5.2. Phương pháp xác định tỷ số đường kính của thiết bị sơ cấp tiêu chuẩn đã lựa chọn

Trong thực tế, khi xác định tỷ số đường kính của một thiết bị sơ cấp được lắp đặt trên đường ống cho trước, C và e được sử dụng trong Công thức (1) thường là ẩn số. Vì vậy, các yêu cầu sau cần phải chọn trước:

- Loại thiết bị sơ cấp cần sử dụng; và

- Lưu lượng và giá trị chênh áp tương ứng.

Thay các giá trị của q_m và Dp vào Công thức (1), viết lại được công thức sau:

trong đó tỷ số đường kính của thiết bị sơ cấp đã lựa chọn có thể xác định bằng cách tính lặp

(xem Phụ lục A).

5.3. Tính toán lưu lượng

Tính toán lưu lượng là quá trình toán học thuần tuý trong đó các số hạng trong vế phải của Công thức (1) được thay thế bằng các trị số của chúng.

Ngoại trừ trường hợp ống Venturi, C có thể phụ thuộc vào Re, bản thân Re lại phụ thuộc vào qm. Trong các trường hợp như vậy, giá trị cuối cùng của C và sau đó là qm, phải đạt được bằng cách tính lặp. Xem Phụ lục A về việc lựa chọn quy trình tính toán lặp và các ước lượng ban đầu.

Đường kính D và d nêu trong công thức là những giá trị đường kính tại điều kiện làm việc. Các phép đo tại những điều kiện khác cần được hiệu chỉnh về sự giãn nở hoặc co lại của thiết bị sơ cấp và đường ống do nhiệt độ và áp suất của lưu chất trong suốt quá trình đo.

Cần biết khối lượng riêng và độ nhớt của lưu chất tại điều kiện làm việc. Trong trường hợp lưu chất có thể nén được, thì cần biết thêm số mũ đẳng entropi của lưu chất ở điều kiện làm việc.

5.4 Xác định khối lượng riêng, áp suất và nhiệt độ

5.4.1. Quy định chung

Mọi phương pháp xác định giá trị tin cậy của khối lượng riêng, áp suất tỉnh và nhiệt độ của lưu chất đều có thể chấp nhận nếu nó không can thiệp vào việc phân bổ dòng chảy theo cách bất kỳ nào tại mặt cắt ngang thực hiện phép đo.

5.4.2. Khối lượng riêng

Cần phải biết khối lượng riêng của lưu chất tại lỗ lấy áp phía dòng vào; có thể hoặc được đo trực tiếp hoặc được tính toán theo phương trình trạng thái tương ứng từ các giá trị đã biết của áp suất tỉnh tuyệt đối, nhiệt độ tuyệt đối và thành phần của lưu chất tại vị trí đó.

5.4.3. Áp suất tỉnh

Áp suất tĩnh của lưu chất phải được đo tại một lỗ lấy áp thành ống riêng biệt hoặc tại một vài lỗ lấy áp như thế được nối với nhau, hoặc bằng vòng đỡ đo áp nếu vòng đỡ cho phép đo chênh áp trong mặt phẳng đo đối với thiết bị sơ cấp cụ thể. (Xem 5.2 trong TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), 5.1.5, 5.2.5 hoặc 5.3.3 trong ISO 5167-3 : 2003 hoặc 5.4 trong ISO 5167-4 : 2003 khi thích hợp).

Khi bốn lỗ lấy áp đều nối với nhau để cho kết quả áp suất phía dòng vào, phía dòng ra hoặc trong cổ của thiết bị sơ cấp, tốt nhất là chúng được nối với nhau theo kiểu “3 chữ T” như trong Hình 1. Bố trí “3 chữ T” thường được sử dụng cho phép đo bằng các ống Venturi.

Lỗ lấy áp tỉnh tốt nhất nên tách biệt với các lỗ đo chênh áp.

Có thể nối đồng thời một lỗ lấy áp với một thiết bị đo chênh áp và một thiết bị đo áp suất tỉnh, miễn là có kiểm tra xác nhận rằng việc đấu nối kép này không dẫn đến bất kỳ sự sai lệch nào của phép đo chênh áp.

^a Dòng chảy

^b Mặt cắt A-A (phía dòng v ào) cũng là điển hình cho mặt cắt B-B (phía dòng ra)

Hình 1 - Bố trí kiểu “3 chữ T”

5.4.4. Nhiệt độ

5.4.4.1. Nhiệt độ của lưu chất tốt nhất là được đo phía dòng ra thiết bị sơ cấp. Chú ý các yêu cầu cụ thể của phép đo nhiệt độ. Nhiệt kế hoặc hộp nhiệt kế càng chiếm ít không gian càng tốt. Khoảng cách giữa nó và thiết bị sơ cấp ít nhất là bằng 5D (và nhiều nhất là 15D khi lưu chất là khí) nếu hộp nhiệt kế đặt phía dòng ra (trong trường hợp ống Venturi, khoảng cách này được đo từ mặt phẳng đo áp suất của cổ và hộp nhiệt kế lắp cảm biến đo nhiệt độ ít nhất phải là 2D phía dòng ra kể từ đầu phía dòng ra của phần khuyếch tán), tuân theo các giá trị nêu trong TCVN 8113-2 (ISO 5167-2), ISO 5167-3 hoặc ISO 5167-4 tùy theo thiết bị sơ cấp, nếu hộp nhiệt kế được đặt ở phía dòng vào.

Trong phạm vi giới hạn của tiêu chuẩn này, có thể giả định chung rằng nhiệt độ phía dòng vào và nhiệt độ phía dòng ra của lưu chất là không đổi tại các điểm đo chênh áp. Tuy nhiên, nếu lưu chất là khí không lý tưởng và độ chính xác cao nhất được yêu cầu có độ tổn thất áp suất lớn giữa lỗ lấy áp phía dòng vào và vị trí đo nhiệt độ phía dòng ra của thiết bị sơ cấp thì cần tính toán nhiệt độ phía dòng vào từ nhiệt độ phía dòng ra (được đo ở khoảng cách từ 5D đến 15D tính từ thiết bị sơ cấp), giả định rằng có sự giãn nở đẳng entropi giữa hai điểm này. Để thực hiện việc tính tổn thất áp suất cần tính toán Dω từ 5.4 của TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003). 5.1.8, 5.2.8 hoặc 5.3.6 của ISO 5167-3 : 2003 hoặc 5.9 của ISO 5167-4 : 2003, tùy theo thiết bị sơ cấp. Sau đó việc giảm nhiệt độ tương ứng từ lỗ lấy áp phía dòng vào đến vị trí đo nhiệt độ phía dòng ra, ∆T, có thể được đánh giá bằng hệ số Joule Thomson, m_JT, mô tả trong 3.3.4:

DT =m_JTDv

CHÚ THÍCH 1: Thực nghiệm^[1] cho thấy đây là một phương pháp phù hợp cho các tấm tiết lưu. Có thể phải thực hiện thêm các thực nghiệm để kiểm tra sự hiệu chỉnh đối với các thiết bị sơ cấp khác.

CHÚ THÍCH 2: Mặc dù sự giãn nở đẳng giữa lỗ lấy áp phía dòng vào và lỗ đo nhiệt độ phía dòng ra được giả định, nhưng điều này không là không đồng nghĩa với việc có sự giãn nở đẳng entropi giữa lỗ lấy áp phía dòng vào và lỗ lấy áp kiểu “venna contrata” hoặc cổ.

CHÚ THÍCH 3: Việc đo nhiệt độ với tốc độ khí trong đường ống lớn hơn 50 m /s có thể dẫn đến phát sinh thêm độ không đảm bảo đo liên quan đến hệ số thu hồi nhiệt độ.

5.4.4.2. Nhiệt độ của thiết bị sơ cấp và của lưu chất ở phía dòng vào của thiết bị sơ cấp được giả định là như nhau (xem 7.1.7).

6. Yêu cầu chung về phép đo

6.1. Thiết bị sơ cấp

6.1.1. Thiết bị sơ cấp phải được sản xuất, lắp đặt và sử dụng phù hợp với phần tương ứng của bộ tiêu chuẩn ISO 5167.

Khi các đặc điểm sản xuất hoặc tình trạng sử dụng của các thiết bị sơ cấp nằm ngoài các giới hạn nêu trong phần tương ứng của bộ tiêu chuẩn ISO 5167, thì cần phải hiệu chuẩn thiết bị sơ cấp riêng biệt trong các điều kiện sử dụng thực tế.

6.1.2. Tình trạng của thiết bị sơ cấp phải được kiểm tra sau mỗi lần đo, hoặc sau một số lần đo hoặc ở chu kỳ đủ gần để đảm bảo duy trì sự phù hợp với phần tương ứng của bộ tiêu chuẩn ISO 5167.

Cần chú ý rằng ngay cả khi các lưu chất có biểu hiện trung tính cũng có thể hình thành cặn lắng hoặc kết thành lớp vỏ bao trên thiết bị sơ cấp. Kết quả là làm cho hệ số xả thay đổi và sau một thời gian có thể dẫn đến độ không đảm bảo đo vượt ra ngoài giá trị cho phép nêu trong phần tương ứng của bộ tiêu chuẩn ISO 5167.

6.1.3. Thiết bị sơ cấp phải được sản xuất từ các vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt đã biết.

6.2. Bản chất của lưu chất

6.2.1. Lưu chất có thể là loại nén được hoặc được xem là không nén được.

6.2.2. Lưu chất phải được xem là đồng nhất về tính chất vật lý, nhiệt và đơn pha. Các dung dịch keo có độ phân tán cao (như sữa), và chỉ các dung dịch đó, mới được xem là lưu chất đơn pha.

6.3. Điều kiện dòng chảy

6.3.1. Bộ tiêu chuẩn ISO 5167 (tất cả các phần) không áp dụng cho các phép đo dòng chảy dao động là đối tượng của ISO/TR 3313. Lưu lượng phải không đổi, hoặc trong thực tế, chỉ biến đổi nhỏ và chậm theo thời gian.

Dòng chảy chỉ được xem là không dao động^[2] khi

trong đó:

       là giá trị trung bình theo thời gian của chênh áp;

Dp"       là thành phần sai lệch của chênh áp;

Dp'_rms        là giá trị căn bậc hai (quân phương) của Dp'.

Chỉ có thể đo chính xác Dp'_rms khi sử dụng bộ cảm biến chênh áp phản hồi nhanh, ngoài ra, toàn bộ hệ thống thứ cấp cần phù hợp các khuyến nghị thiết kế quy định trong ISO/TR 3313. Tuy nhiên, thường không cần phải kiểm tra sự đáp ứng điều kiện này.

6.3.2. Độ không đảm bảo đo quy định trong phần tương ứng của bộ tiêu chuẩn ISO 5167 chỉ có hiệu lực khi không có sự thay đổi pha qua thiết bị sơ cấp. Việc tăng lỗ hoặc cổ của thiết bị sơ cấp sẽ làm giảm chênh áp, điều này sẽ ngăn chặn sự đổi pha. Đối với chất lỏng, áp suất tại cổ không được nhỏ hơn áp suất hóa hơi của chất lỏng đó (nếu không sẽ tạo ra sự xâm thực). Đối với khí chỉ cần tính toán nhiệt độ tại cổ nếu khí đó gần với điểm ngưng tụ của nó; nhiệt độ tại cổ có thể được tính với giả định có sự giãn nở đẳng entropi từ các điều kiện ở phía dòng vào (nhiệt độ phía dòng vào có thể cần được tính theo công thức trong 5.4.4.1); nhiệt độ và áp suất tại cổ phải sao cho lưu chất ở trong vùng đơn pha.

6.3.3. Với lưu chất là khí, tỉ số áp suất được nêu trong 3.1.4 phải lớn hơn hoặc bằng 0,75.

7. Yêu cầu lắp đặt

7.1. Quy định chung

7.1.1. Phương pháp đo này chỉ áp dụng cho dòng lưu chất chảy qua đường ống có mặt cắt ngang tròn.

7.1.2. Đường ống phải chảy đầy lưu chất tại phân đoạn đo lường.

7.1.3. Thiết bị sơ cấp phải được lắp giữa hai đoạn ống thẳng hình trụ có đường kính không đổi và chiều dài nhỏ nhất quy định trong đó không có các vật cản hoặc rẽ nhánh ngoại trừ các quy định nêu trong Điều 6 của TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), ISO 5167-3 : 2003 hoặc ISO 5167-4 : 2003 tương ứng cho các thiết bị sơ cấp cụ thể.

Đường ống được coi là thẳng khi độ lệch so với đường thẳng không vượt quá 0,4 % trên toàn chiều dài của nó. Thông thường, kiểm tra ngoại quan là đủ. Cho phép lắp các mặt bích trên đoạn thẳng của ống phía dòng vào và ống phía dòng ra thiết bị sơ cấp. Các mặt bích phải được đặt thẳng hàng sao cho chúng không gây ra độ lệch quá 0,4 % so với đường thẳng. Chiều dài thẳng nhỏ nhất của ống phù hợp với các yêu cầu trên là cần thiết cho từng lắp đặt cụ thể, thay đổi tùy theo loại và quy định kỹ thuật của thiết bị sơ cấp và tính chất của phụ kiện ống được yêu cầu.

7.1.4. Bên trong ống phải có dạng tròn suốt chiều dài tối thiểu của đoạn ống thẳng được yêu cầu. Mặt cắt ngang có thể phải có hình tròn, theo quan sát bằng mắt thường. Hình dáng phía bên ngoài của đường ống cũng phải có dạng tròn, trừ tại những vùng lân cận (2D) sát thiết bị sơ cấp, những yêu cầu đặc biệt sẽ áp dụng theo loại thiết bị sơ cấp được sử dụng.

Có thể sử dụng đoạn ống ghép với điều kiện đường hàn nổi phía trong song song với trục đường ống theo suốt chiều dài đường ống để đáp ứng với những yêu cầu lắp đặt cho thiết bị sơ cấp được sử dụng. Bất cứ mối hàn nào cũng không được phép có chiều cao lớn hơn một bậc cho phép đối với đường kính. Nếu không sử dụng khe hình khuyên thì mối nối không được nằm trong đoạn ± 30^o cách tâm tại bất cứ lỗ lấy áp riêng biệt được sử dụng cùng với thiết bị sơ cấp. Nếu khe hình khuyên được sử dụng thì vị trí của mối nối không quan trọng. Nếu sử dụng ống được cuốn theo hình xoắn, phần trong của ống phải được tiện nhẵn.

7.1.5. Bề mặt bên trong của đoạn ống phải luôn sạch. Chất bẩn dễ tách khỏi đường ống phải được loại bỏ. Mọi khuyết tật của đường ống kim loại như lớp tróc kim loại cũng phải được loại bỏ.

Giá trị chấp nhận của độ nhám đường ống phụ thuộc vào thiết bị sơ cấp. Trong mỗi trường hợp đều có các giới hạn về giá trị của độ lệch trung bình số học của biên dạng độ nhám, Ra (xem 5.3.1 của TCVN 8112-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), 5.1.2.9, 5.1.6.1, 5.2.2.6, 5.2.6.1, 5.3.1.9 và 5.3.4.1 của ISO 5167-3 : 2003 hoặc 5.2.7 đến 5.2.10 và 6.4.2 của ISO 5167-4 : 2003). Độ nhám mặt trong của đường ống phải được đo gần như tại cùng các vị trí trục đã được dùng để xác định và kiểm tra xác nhận đường kính trong của ống. Ít nhất phải thực hiện bốn phép đo để xác định độ nhám bề mặt trong của ống. Khi đo Ra, cần sử dụng một thiết bị đo độ nhám bề mặt loại trung bình điện tử có giá trị ngưỡng không nhỏ hơn 0,75 mm và phạm vi đo đủ để đo các giá trị Ra được tìm thấy trong đường ống. Độ nhám có thể thay đổi theo thời gian như đã nêu tại 6.1.2 và điều này phải được tính đến khi thiết lập tần suất vệ sinh ống hay kiểm tra giá trị Ra.

Giá trị Ra gần đúng có thể có được bằng cách giả định là Ra bằng k/p, trong đó k là độ nhám tương dương đồng dạng được cho bởi biểu đồ Moody (xem tài liệu [3] trong Thư mục tài liệu tham khảo). Giá trị k được cho trực tiếp bằng phép thử tổn thất áp của cùng chiều dài mẫu ống, sử dụng công thức Colebrook-White (xem 7.4.1.5) để tính k từ giá trị đo được của hệ số ma sát. Giá trị gần đúng của k đối với các vật liệu khác nhau cũng có thể nhận được từ các bảng trong tài liệu tham khảo, và Bảng B.1 nêu các giá trị của k theo sự đa dạng của các loại vật liệu.

7.1.6. Đường ống phải có các lỗ xả và/hoặc các lỗ thoát khí để cho phép loại bỏ các chất rắn lắng đọng và các lưu chất lọt vào. Tuy vậy, không được có dòng chảy nào hoặc qua lỗ xả hoặc lỗ thoát trong quá trình thực hiện phép đo dòng chảy.

Các lỗ xả và lỗ thoát không được bố trí ở gần thiết bị sơ cấp. Khi không thể đáp ứng được điều này, đường kính của các lỗ phải nhỏ hơn 0,08 D và chúng phải được bố trí sao cho khoảng cách nhỏ nhất được đo trên đường thẳng từ các lỗ này đến lỗ lấy áp của thiết bị sơ cấp trên cùng phía với các lỗ đó lớn hơn 0,5D. Đường tâm của lỗ lấy áp và đường tâm của lỗ xả hoặc lỗ thoát phải được dịch cách nhau một khoảng ít nhất là 30^o so với trục của đường ống.

7.1.7. Việc cách nhiệt của đồng hồ có thể được yêu cầu trong trường hợp có chênh lệch khá lớn về nhiệt độ giữa môi trường và nhiệt độ của lưu chất chảy qua là đáng kể đối với độ không đảm bảo đo đo yêu cầu. Điều này đặc biệt đúng trong trường hợp lưu chất được đo gần với điểm tới hạn khi một thay đổi nhiệt độ nhỏ sẽ dẫn đến thay đổi khối lượng riêng lớn. Điều này rất quan trọng với lưu lượng nhỏ, khi các tác động truyền nhiệt có thể gây méo biên dạng nhiệt độ, ví dụ, sự phân tầng của các lớp nhiệt độ từ trên xuống dưới. Cũng có thể có sự thay đổi giá trị nhiệt độ trung bình từ phía dòng vào đến phía dòng ra của đồng hồ khi vận hành.

7.2. Chiều dài tối thiểu của đoạn ống thẳng phía dòng vào và phía dòng ra của thiết bị sơ cấp

7.2.1. Thiết bị sơ cấp phải được lắp đặt trong đường ống tại vị trí sao cho các điều kiện dòng chảy ngay phía dòng vào thiết bị sơ cấp gần với các điều kiện không có dòng xoáy và chảy đầy ống. Các điều kiện đáp ứng yêu cầu này được quy định trong 7.3.

7.2.2. Chiều dài yêu cầu tối thiểu của đoạn ống thẳng ở phía dòng vào và phía dòng ra lắp đặt giữa các khớp nối khác nhau và thiết bị sơ cấp là tùy thuộc vào thiết bị sơ cấp. Đối với một vài loại khớp nối thông dụng như nêu trong Điều 6 của TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), ISO 5167-3 : 2003, hoặc ISO 5167-4 : 2003 các chiều dài tối thiểu của đoạn ống thẳng đã nêu có thể được sử dụng. Tuy nhiên, một thiết bị ổn định dòng như mô tả trong 7.4 sẽ cho phép sử dụng các đoạn ống thẳng phía dòng vào có chiều dài ngắn hơn. Như vậy một thiết bị ổn định dòng cần được lắp đặt ở phía dòng vào của thiết bị sơ cấp không thể có độ dài thẳng đầy đủ, để đạt được độ không đảm bảo đo đo mong muốn.

7.3. Yêu cầu chung cho các điều kiện dòng chảy tại thiết bị sơ cấp

7.3.1. Yêu cầu

Nếu không thể đáp ứng các điều kiện quy định trong Điều 6 của TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), ISO 5167-3 : 2003, hoặc ISO 5167-4 : 2003 thì phần tương ứng của ISO 5167 vẫn có hiệu lực nếu các điều kiện dòng chảy tại thiết bị sơ cấp có thể được chứng minh là dòng chảy đầy và không xoáy (như định nghĩa trong 7.3.2 và 7.3.3) trên toàn dải số Reynolds của quá trình đo lưu lượng.

7.3.2. Điều kiện không xoáy

Các điều kiện không xoáy có thể được cho là tồn tại khi góc xoáy tại tất cả các điểm trên mặt cắt ngang nhỏ hơn 2⁰.

7.3.3 Điều kiện dòng có thể chấp nhận

Các điều kiện biên dạng vận tốc có thể chấp nhận được cho là tồn tại khi, tại mỗi điểm qua mặt cắt ngang, tỷ số của vận tốc dọc trục cục bộ đối với vận tốc dọc trục cực đại tại mặt cắt ngang nằm trong khoảng 5 % so với tỷ số có thể đạt được trong dòng chảy không xoáy tại cùng vị trí bán kính ở mặt cắt ngang tại cuối một đoạn thẳng rất dài (lớn hơn 100D) của một ống tương tự (dòng chảy đầy).

7.4. Thiết bị ổn định dòng (Xem thêm Phụ lục C)

7.4.1. Thử sự phù hợp

7.4.1.1. Với điều kiện là một thiết bị ổn định dòng đã qua các phép thử sự phù hợp theo 7.4.1.2 đến 7.4.1.6 đối với một thiết bị sơ cấp cụ thể, thì thiết bị ổn định dòng có thể được sử dụng với thiết bị sơ cấp cùng loại có bất kỳ giá trị nào của tỷ số đường kính đến 0,67 phía dòng ra của bất kỳ khớp nối phía dòng vào nào. Với điều kiện là khoảng cách giữa thiết bị ổn định dòng và thiết bị sơ cấp, giữa khớp nối phía dòng vào và thiết bị ổn định dòng là tuân theo 7.4.1.6 và chiều dài đoạn ống thẳng phía dòng ra là tuân theo các yêu cầu cho thiết bị sơ cấp cụ thể (cột 14 của Bảng 3 trong TCVN 8113-2 : 2009 (ISO 5167-2 : 2003), cột 12 của Bảng 3 trong ISO 5167-3 : 2003, hoặc trong Bảng 1 của ISO 5167-4 : 2003), thì không cần thiết phải tăng độ không đảm bảo đo của hệ số xả tính đến khi lắp đặt.

7.4.1.2. Việc sử dụng thiết bị sơ cấp có tỷ số đường kính 0,67, độ lệch của hệ số xả đạt được trong một ống thẳng dài phải nhỏ hơn 0,23 % khi thiết bị ổn định dòng được lắp đặt trong mỗi trường hợp sau:

a) Các điều kiện dòng chảy tốt;

b) Phía dòng ra của van cổng đóng 50 % (hoặc tấm tiết lưu dạng chữ D);

c) Phía dòng ra của một thiết bị tạo xoáy cao (thiết bị cần tạo ra một góc xoáy tối đa qua đường ống ít nhất là 24^o ở khoảng cách 18D phía dòng ra của nó hoặc ít nhất là 20⁰ ở khoảng cách 30D phía dòng ra của nó). Xoáy có thể được tạo ra bởi một thiết bị tạo xoáy hoặc bằng các thiết bị khác. Ví dụ về thiết bị tạo xoáy là Bộ tạo xoáy Chevron chưa đăng ký bản quyền cho trên Hình 2.

Phía dòng vào của các khớp nối trong trường hợp b) và c) sẽ là một đường ống thẳng và đủ dài sao cho thiết bị sơ cấp không bị ảnh hưởng bởi bất cứ khớp nối nào ở phía dòng ra của phía dòng ra nêu ở b) hoặc c).

CHÚ THÍCH: Các phép thử này được yêu cầu để thiết lập thiết bị ổn định dòng:

- Không có ảnh hưởng xấu lên các điều kiện dòng chảy tốt;

- Có hiệu quả trong một dòng chảy không đối xứng cao, và

- Có hiệu quả trong một dòng chảy xoáy cao như đã thấy ở phía dòng ra của một đầu ống.

Việc sử dụng phép thử này không có ý rằng phép đo lưu lượng cần được thực hiện ở phía dòng ra của van cổng đóng một nửa; việc kiểm soát dòng cần được thực hiện ở phía dòng ra của thiết bị sơ cấp. Thông tin liên quan đến phép thử này và thiết bị tạo xoáy Chevron có thể xem trong tài liệu [4] và [5] trong Thư mục tài liệu tham khảo.

(Mời xem tiếp trong file tải về)