Lưu Lượng Kế Thay đổi áp Suất

1. ĐO LƯU LƯỢNG DỰA VÀO CHÊNH LỆCH ÁP SUẤT Có nhiều nguyên lý đo lưu lượng và hầu hết các nguyên lý đo đều cho kết quả chính xác. Trong đó, đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Lưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli. Tức là sự chênh lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt (D2) bằng cách thay đổi tiết diện ngang của ống (theo hướng nhỏ lại) như: Tấm Orifice, ống Venturi hoặc Flow nozzle. Dựa vào sự chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy Ưu điểm: -

Thiết bị có thể được sử dụng trong điều kiện làm việc khắc nghiệt (nhiệt độ lên đến 1000o C và áp suất 420 bar) Sử dụng được cho chất lỏng, khí và hơi.

Nhược điểm: -

-

Khó đo chính xác với khí nén, phải bổ sung thêm các transmiter nhiệt độ và áp suất để cung cấp các dữ liệu cần thiết để bù đắp cho những thay đổi về tỷ trọng khí trong các điều kiện của quá trình. Tốn chi phí lắp đặt, cảm biến.

1. Đồng hồ Venturi Thiết bị Venturi xiết dòng chảy lại và các cảm biến áp lực đo áp suất khác nhau trước và trong quá trình xiết. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để đo giá trị trong quá trình chuyển động của khí trong đường ống, và đã được sử dụng từ thời kỳ đế chế La Mã. Các hệ số xả của dòng máy Venturi là 0.93 – 0.97. Tổn thất áp suất do ống Venuri gây ra thấp hơn so với tổn thất áp suất của tấm lỗ có cùng tỷ lệ đường kính. Những Venturi kích cỡ lớn đo dòng chảy chất lỏng do Clemens Herschel phát triển, người đã dùng chúng để đo dòng chảy nhỏ, lớn của nước và nước thải từ cuối thế kỷ 19 (Clemens 1898).

Hình: Thiết bị Venturi

2. Tấm lỗ (Tấm Orifice) 2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Tấm lỗ là một đĩa mỏng với một lỗ ở giữa, thiết kế phụ thuộc vào ứng dụng. Nó thường được đặt trong ống có dòng chảy. Khi chất lỏng đến tấm orifice, chất lỏng bị buộc phải hội tụ lại để đi qua lỗ nhỏ. Điểm hội tụ tối đa thực sự xảy ra ngay sau lưu vực của lỗ khoan, điểm đó gọi là vena contracta (đoạn co thắt). Khi đó, vận tốc và áp suất thay đổi. Khi ra khỏi đoạn co thắt, chất lỏng giãn nở, vận tốc và áp suất thay đổi một lần nữa. Bằng cách đo chênh lệch về áp suất chất lỏng giữa phần ống bình thường và tại ống dẫn chính, tỷ lệ thể tích và lưu lượng có thể tính được từ phương trình Bernoulli.

Hình: Tấm lỗ Orifice

Công thức tính toán lưu lượng chất lỏng: 𝑄=

𝐶 √1 − 𝛽4

×𝜀×

𝜋 2(𝑝1 − 𝑝2 ) × 𝑑2 √ 4 𝜌

Trong đó: ρ: mật độ chất lỏng ở đầu dòng của tấm Orifice d: đường kính của lỗ trên tấm Orifice β: tỷ lệ đường kính d/D, trong đó D là đường kính của dòng đầu trong ống 2.2 Phân loại Orifice Khi dòng chảy tồn tại cả 2 pha (lỏng và khí) sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo. Để loại bỏ ảnh hưởng này, người ta sử dụng tấm lỗ Orifice. Theo đó, nếu lưu chất là chất khí thì tấm Orifice sẽ được đục lỗ ở phía đáy dòng chảy (để chất lỏng đi qua) và nếu lưu chất là chất lỏng thì tấm Orifice được đục lỗ ở phía trên dòng chảy. Loại lệch tâm (eccentric): Đối với chất lỏng có chứa các hạt rắn có khả năng lắng, hoặc hơi có khả năng chứa nước ngưng tụ, tấm lỗ loại lệch tâm tránh trầm tích của các loại tạp chất. Đối với chất khí hoặc hơi, nó có thể lắp với đầu khoan lệch của đường ống để tránh sự tiếp xúc của khí hoặc hơi trong vùng lân cận của nó.

Hình: Tấm lỗ loại lệch tâm

Loại phân đoạn (segmental):

Hình: Tấm lỗ loại phân đoạn Loại cạnh (quadrant):

Hình: Tấm lỗ loại cạnh Loại lối vào hình nón (conical entrance):

Hình: Tấm lỗ loại cạnh Loại cạnh đồng tâm hình vuông (square edged concentric):

Hình: Tấm lỗ loại cạnh đồng tâm hình vuông Bảng 2-1: Bảng phân loại Orifice Các loại tấm lỗ

Giá trị dòng chảy

Độ nhớt

Cạnh vuông Lối vào hình nón Lệch tâm

5000 trở đi 80 – 1500 3000 – 12000

0,01 – 10 cp 0,01 – 150 cp 0,01 – 15 cp

Cạnh góc phần tư Phân đoạn

1500 – 9000 5000 - 20000

0,01 – 20 cp 0,01 – 20 cp

Hình: Cấu trúc và lắp đặt tấm chắn Ưu điểm: -

Dùng chung cho chất lỏng, khí hoặc hơi Đơn giản, không tốn kém, sử dụng rộng rãi. Dễ thay thế, lắp đặt

Nhược điểm: -

Nếu có chất rắn trong dong chảy chất lỏng, phần rắn đó sẽ bị gom ở đầu vào của tấm Orìice, dong chảy hỗn loạn gây sai số. Không dùng để đo dòng chảy chất lỏng áp suất thấp. 2.3

Ống dẫn Dall

Ống Dall là một phiên bản rút gọn của đồng hồ Venturi, với áp suất thấp hơn tấm lỗ. Tốc độ dòng chảy trong ống Dall được sử dụng bằng cách sử dụng đầu dò áp suất màng với dụng cụ đọc số liệu. Ống Dall được sử dụng rộng rãi để đo tốc độ dòng chảy của các ống dẫn lớn. Chênh lệch áp suất cao hơn ông venturi và vòi phun.

Hình: Ống Dall Ưu điểm: -

Nhỏ gọn, sử dụng trong các ứng dụng với dòng chảy lớn. Tổn thất năng lượng chỉ một nửa so với ống Venturi. Tiết kiệm năng lượng. Dễ lắp đặt, tổng chiều dài ngắn. Đo lưu lượng khí, chất lỏng và hơi nước chính xác. Ít ăn mòn.

Nhược điểm: -

Chế tạo phức tạp Độ nhạy cao 2.4 Đầu đo áp suất nhiều lỗ

Các đầu dò áp suất nhiều lỗ (đầu dò ảnh hưởng) là một dạng mở rộng của ống Pitot thêm một chiều. Một đầu dò gồm ba hoặc nhiều lỗ hơn. Các lỗ cho phép thiết bị đo hướng của vận tốc chảy cộng với độ lớn của dòng (sau khi hiệu chỉnh thích hợp). Ba lỗ được bố trí trên một đường thẳng cho phép các đầu đò áp suất đo vận tốc vector theo hai chiều. 2.5 Thiết bị hình nón Thiết bị cone được trình bày lần đầu tiên vào năm 1985 bởi Mc Crometer ở Hemer, CA. Máy cone là một đồng hồ đo chênh lệch áp suất (DP). Nguyên tắc làm việc củng tương tự như Venturi, nó không đòi hỏi phải có cùng vùng thượng lưu và hạ lưu đường ống. Thiết bị dạng hình nón hoạt động như thiết bị điều hòa sự khác

biệt áp suất. Yêu cầu luồng dòng chảy có đường kính từ 0 đến 5 so với đường kính tấm lỗ. Máy đo lưu lượng V – cone được dùng để đo lưu lượng dòng chảy khác nhau, đo lường chính xác dòng chảy xáo trộn hoặc xoáy. Máy đo lưu lượng V – cone được thiết kế để chịu được các dòng có tính mài mòn, bẩn và hạt mà không bị mài mòn đáng kể. Máy đo lưu lượng kế V – cone có khả năng đo khí ướt, hơi.

Hình : Hình ảnh V – cone