Lựa chọn máy đo lưu lượng cho đường ống có đường kính cực lớn

Thread Content

Đường kính ống cực lớn thường chỉ áp dụng cho những ống có đường kính lớn hơn 1 mét, bao gồm ống tròn/ống vuông/ống hình chữ nhật. Do kích thước ống cực lớn, khi thiết kế người ta chủ yếu quan tâm đến việc làm thế nào để giảm diện tích chiếm dụng và tiết kiệm chi phí. Do đó, chiều dài lắp đặt đường ống sẽ không được xác định dựa trên yêu cầu lắp đặt của máy đo lưu lượng; vì vậy cũng không cần có khoảng cách đoạn ống thẳng trước và sau máy đo lưu lượng là 10 và 5 đơn vị nữa. Điều này gây ra những hạn chế khá lớn đối với việc sử dụng các loại máy đo lưu lượng phổ biến; ngay cả khi cố gắng áp dụng chúng, hiệu quả sử dụng cũng rất kém. Làm thế nào để giải quyết vấn đề này? Trước hết, chúng ta hãy nói về đặc điểm của lưu lượng dòng chất lỏng trong các ống lớn: 1. Đường kính ống trên 1 mét, một số thậm chí lên tới 5,6 mét. Thường có dạng hình chữ nhật, cấu trúc phức tạp; các đoạn ống thẳng rất ngắn, thường chưa đến 1D. Sự phân bố vận tốc dòng chảy cũng rất phức tạp, và nó thay đổi liên tục tùy theo tải trọng của quạt (đối với các ống có đường kính lớn, người ta thường đo lượng gió chảy qua). 2. Bên trong ống có các vòng xoáy; kích thước và vị trí của chúng thay đổi liên tục theo lưu lượng dòng chất lỏng. 3. Để giảm tổn thất áp suất, tốc độ dòng chảy bên trong ống thường nằm trong khoảng 5–10 mét mỗi giây. Ở nhiệt độ thông thường, áp suất tĩnh tổng thể của không khí chỉ vào khoảng 15–60 Pa. 4. Khí thường chứa bụi bẩn; việc sử dụng các thiết bị đo chênh lệch áp suất thông thường dễ gây tắc nghẽn. Dưới đây là một số thiết bị hiện đang được sử dụng để đo đường kính ống lớn. Phân loại theo số điểm đo: 1) Đo tại một điểm cụ thể: Ước lượng lưu lượng bằng cách đo tốc độ dòng chảy tại một điểm nhất định trong ống (ví dụ: tâm đường tròn). Các thiết bị được sử dụng cho phương pháp này bao gồm turbin kiểu chèn, cảm biến dạng xoáy, cảm biến Venturi kép, cảm biến lưu lượng khí dựa trên nguyên lý nhiệt… Điều kiện tiên quyết để sử dụng các thiết bị này là độ dài đoạn ống phải từ 15 đến 25D (D: đường kính ống). Do sự tồn tại của những dòng xoáy bất ổn bên trong các ống lớn, nên khả năng có một tốc độ dòng chảy trung bình không thay đổi khi công suất của máy thổi khí thay đổi là rất thấp. Vì vậy, loại hệ thống này hiếm khi được trang bị hệ thống điều khiển tự động. Cần lưu ý một điểm ở đây: nhiều nhà sản xuất máy đo lưu lượng tuyên bố rằng sản phẩm của họ đã được hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm gió, với độ chính xác lên tới ±1%. Mọi người cần chú ý rằng đây là độ chính xác của tốc độ dòng chảy; còn lưu lượng, theo nghĩa thông thường, chính là tổng của các giá trị tốc độ dòng chảy trong toàn bộ mặt cắt dòng chảy. Nói chung, việc đo tại một điểm duy nhất sẽ không mang lại kết quả tốt khi đo trên các đoạn ống thẳng mà không có đủ điều kiện cần, hoặc khi có các bộ phận cản dòng chảy ở phía trước và phía sau. Nếu yêu cầu độ tuyến tính, khả năng lặp lại và độ tin cậy ở mức cao, trong khi độ chính xác chỉ cần nằm trong phạm vi chấp nhận được, thì đối với những điều kiện làm việc như vậy, có thể sử dụng phương pháp “Định vị các điểm đo trên mạng lưới tại hiện trường” do công ty SIERRA Instruments phát triển và cải tiến. Bằng phương pháp này, có thể chọn được điểm chèn tốt nhất. Phương pháp này sử dụng máy đo lưu lượng khí loại nhiệt. Bằng cách sử dụng một chiếc máy đo duy nhất, người ta chọn nhiều điểm trên mặt cắt ngang (tùy thuộc vào mức độ phù hợp giữa các dữ liệu đo được và sự thay đổi của lưu lượng khí) để đo lưu lượng tại các điểm đó. Các dữ liệu thu được từ các điểm này sau đó được xử lý bằng các phép toán toán học nhằm chọn ra điểm đo tốt nhất. Nhờ vậy, giá trị lưu lượng đo được tại điểm này không chỉ có tính tuyến tính cao mà còn có thể phản ánh được lưu lượng trung bình của toàn bộ mặt cắt ngang. 2) Đo tốc độ dòng chảy tại nhiều điểm trên đường ống: Người ta đo tốc độ dòng chảy tại nhiều điểm trên một đường thẳng trong ống (đối với ống tròn là đường kính; đối với ống hình chữ nhật là chiều cao hoặc chiều rộng), từ đó suy ra lưu lượng. Thiết bị đo lưu lượng vẫn được lắp đặt theo kiểu chèn vào bên trong ống. So với kiểu điểm theo dõi riêng lẻ, độ chính xác được nâng cao hơn, việc lắp đặt cũng thuận tiện hơn. Tuy nhiên, đoạn ống thẳng phía trước cũng yêu cầu ít nhất 10 đơn vị D; đồng thời, các đường cong biểu diễn tốc độ dòng chảy bên trong ống phải gần giống hình tròn đồng tâm thì mới có thể đạt được mức độ chính xác cần thiết. Ví dụ, đối với các ống dẫn khí trong một nhà máy điện có diện tích chưa tới 1 mét vuông, do sự tồn tại của các dòng xoáy bên trong ống, kích thước và vị trí của các dòng xoáy này lại liên tục thay đổi theo lưu lượng khí. Do đó, trong khoảng điều chỉnh lưu lượng từ 30–50%, hiện tượng áp suất đầu ra của ống đo tốc độ khí lại giảm khi lưu lượng khí tăng lên. (Bản thân tôi cũng từng gặp trường hợp, khi sử dụng phương pháp tính tốc độ dòng chảy trong ống khí thứ cấp bằng công thức liên quan đến tốc độ và diện tích, thì dù điều chỉnh mức độ mở của van điều tiết như thế nào, giá trị tốc độ dòng chảy tại điểm đó vẫn luôn là 0!) ）Vì vậy, phương pháp đo lường này cũng rất khó được áp dụng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Tóm lại, chúng ta có thể thấy rằng việc đo lượng khí chảy qua các ống dẫn lớn là vô cùng khó khăn. Khi không thể thay đổi các điều kiện tại hiện trường công trình, cần phải áp dụng các biện pháp phù hợp để cải thiện các điều kiện đó, nhằm đạt được mục đích đo lường lượng gió một cách chính xác. 《1》Bộ chỉnh lưu: Chúng ta đã biết rằng nguyên nhân gây ra các vấn đề trong việc đo lường chính là sự thiếu vắng các đoạn ống có dòng chảy tuyến tính. Nếu đảm bảo rằng dòng chảy vào bộ đo là dòng chảy hỗn loạn đã phát triển đầy đủ, thì mọi chuyện sẽ trở nên dễ dàng hơn. Một cách rất tốt là lắp thêm bộ chỉnh lưu. Và hiện nay, giải pháp được khuyến nghị là sử dụng các bộ điều chỉnh dòng khí có cấu trúc dạng tổ ong – loại thiết bị đã được ứng dụng thành công trong các thiết bị phòng thí nghiệm gió trong suốt gần một thế kỷ qua. Đặc điểm là tỷ lệ giữa diện tích dòng chảy và diện tích mặt cắt ống khá lớn, nhằm giảm sự tổn thất áp suất. 《2》Máy đo tốc độ dòng chảy đa điểm: Nguyên lý hoạt động của nó tương tự như máy đo tốc độ dòng chảy kiểu Pitot (ở Việt Nam thường gọi là máy đo Pitot). Nó tính toán tốc độ dòng chảy bằng cách đo sự chênh lệch áp suất giữa hai điểm trước và sau bộ phận hạn chế dòng chảy. Điểm khác biệt nằm ở việc vị trí và số lượng các điểm đo được xác định theo các tiêu chuẩn nhất định, nhằm phản ánh chính xác sự phân bố tốc độ dòng chảy trong ống dẫn. Số điểm đo càng nhiều, thì càng có thể phản ánh chính xác sự phân bố tốc độ dòng chảy bên trong ống. 《3》Thiết bị thổi tự động: Do khí thải từ các lò hơi ở giai đoạn một và hai chứa nhiều bụi bẩn, nên các thiết bị dùng để đo áp suất chênh lệch nhằm xác định lưu lượng khí rất dễ bị tắc nghẽn. Điều này hạn chế việc sử dụng chúng trong các nhà máy điện. Để tránh vấn đề này, người ta sử dụng thiết bị thổi ngược để thường xuyên làm sạch các đường ống. 《4》Đo lường, tức là xử lý tất cả dữ liệu trong hệ thống để đưa ra giá trị lưu lượng; công việc này rất chi tiết và phức tạp. Liên quan đến việc tính tổng lưu lượng, ở đây sẽ chỉ nói sơ qua thôi. Ưu điểm của việc sử dụng nhiều điểm đo: 1. Độ chính xác trong việc đo lường cao. 2. Việc lắp đặt tương đối dễ dàng, và mức tổn thất áp suất cũng khá thấp. Nghe nói (chưa được xác nhận), ngành điện năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch ở Mỹ chiếm hơn 90% thị trường. Nước ta mới áp dụng công nghệ này được vài năm, vẫn đang trong quá trình hoàn thiện và cải tiến. Tất nhiên, hiện nay ở nước ngoài người ta đã bắt đầu dần thay thế các máy đo lưu lượng kiểu chênh lệch áp suất truyền thống bằng các máy đo lưu lượng kiểu ma trận nhiệt. Hiện nay, công nghệ này đã được ứng dụng thành công tại một số nhà máy điện ở nước ta. Yêu cầu đối với các thương hiệu máy đo lưu lượng khí dựa trên nguyên lý nhiệt rất cao; các sản phẩm trong nước có tuổi thọ sử dụng ngắn, tỷ lệ hỏng hóc cao, và khả năng tạo ra đường cong tuyến tính kém. Hiện nay, trên thế giới và trong nước, các thương hiệu chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực này là SIERRA/FCI/KURZ. Việc sử dụng phương pháp đo lưu lượng khí dựa trên nguyên lý nhiệt có những ưu điểm nổi bật: tính tuyến tính và khả năng lặp lại cao, không gây tổn thất áp suất, có dải đo rộng, có thể đo trực tiếp lưu lượng khí mà không cần điều chỉnh theo nhiệt độ và áp suất. Đường kính ống ít ảnh hưởng đến giá thành của máy đo; càng lớn thì ưu thế của phương pháp này càng rõ rệt. Việc lắp đặt cũng rất đơn giản so với các loại máy đo lưu lượng khác, chi phí lắp đặt và bảo trì cũng thấp nhất. Xét đến những đặc điểm trên, việc đo lưu lượng ở các đường ống có đường kính lớn ngày càng trở thành phương pháp được ưa chuộng.