Thiết bị đo lưu lượng khí thiên nhiên CS INSTRUMENTS 

Tìm hiểu thiết bị đo lưu lượng khí thiên nhiên VA 550 và VA 570 của CS INSTRUMENTS, giúp đo lưu lượng chính xác, kiểm soát tiêu thụ và tối ưu quản lý năng lượng công nghiệp.

Tầm quan trọng của việc đo lường mức tiêu thụ khí thiên nhiên trong công nghiệp

Khí thiên nhiên là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lò hơi, đầu đốt và dây chuyền sản xuất công nghiệp. Việc kiểm soát chính xác lượng khí tiêu thụ không chỉ giúp doanh nghiệp quản lý chi phí nhiên liệu mà còn là cơ sở để đánh giá hiệu suất vận hành và tối ưu hóa năng lượng.

Tuy nhiên, các hệ thống đo khí truyền thống như đồng hồ tuabin, đồng hồ piston quay và đồng hồ quantometer vẫn tồn tại một số hạn chế. Những thiết bị này sử dụng các bộ phận chuyển động cơ học, có thể bị hao mòn, cần bảo trì định kỳ và gặp khó khăn khi đo các mức lưu lượng thấp.

Để khắc phục những hạn chế trên, CS INSTRUMENTS phát triển thiết bị đo lưu lượng khối lượng nhiệt VA 550 và VA 570, ứng dụng nguyên lý đo nhiệt không sử dụng bộ phận chuyển động. Thiết bị có khả năng đo lưu lượng trên dải rộng, trực tiếp xuất lưu lượng thể tích quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn khi được cấu hình phù hợp, đồng thời hỗ trợ tích hợp dữ liệu vào hệ thống quản lý năng lượng.

Hạn chế của đồng hồ đo khí cơ học truyền thống

Trong các hệ thống phân phối khí thiên nhiên công nghiệp, đồng hồ đo khí tuabin, đồng hồ piston quay và quantometer là những thiết bị được sử dụng phổ biến.

Đồng hồ tuabin hoạt động dựa trên dòng khí tác động làm quay bánh tuabin bên trong thiết bị. Tốc độ quay tỷ lệ với vận tốc dòng khí, từ đó xác định lưu lượng thể tích.

Trong khi đó, đồng hồ piston quay sử dụng chênh lệch áp suất để làm các rotor chuyển động trong buồng đo. Mỗi chu kỳ quay sẽ vận chuyển một thể tích khí xác định đến thiết bị tiêu thụ.

Các thiết bị đo cơ học vẫn có những hạn chế đáng chú ý

• Hao mòn cơ học: Vòng bi và các bộ phận chuyển động có thể bị lão hóa do bụi bẩn, ma sát và mài mòn, dẫn đến sai lệch kết quả đo.
• Yêu cầu bảo trì: Một số thiết bị cần bôi trơn và kiểm tra định kỳ. Nếu không được thực hiện đúng quy trình, độ chính xác và tuổi thọ thiết bị có thể bị ảnh hưởng.
• Khó đo lưu lượng thấp: Phạm vi đo phụ thuộc nhiều vào thiết kế và kích thước thiết bị. Các mức tiêu thụ khí nhỏ có thể nằm ngoài dải đo tối ưu.
• Tổn thất áp suất: Một số thiết kế đồng hồ cơ học, đặc biệt là đồng hồ piston quay, gây ra tổn thất áp suất trong hệ thống.
• Khó tích hợp dữ liệu: Nhiều thiết bị hiện hữu chỉ cung cấp tín hiệu xung, hạn chế khả năng giám sát và phân tích dữ liệu tiêu thụ theo thời gian thực.

Những hạn chế này khiến doanh nghiệp cần cân nhắc các giải pháp đo lưu lượng hiện đại hơn, đặc biệt đối với hệ thống có nhiều điểm tiêu thụ hoặc yêu cầu giám sát năng lượng liên tục.

Công nghệ đo lưu lượng khối lượng nhiệt – Giải pháp thay thế đồng hồ đo khí cơ học

Khác với phương pháp đo dựa trên chuyển động cơ học, công nghệ đo lưu lượng khối lượng nhiệt xác định lưu lượng khí thông qua sự trao đổi nhiệt giữa cảm biến gia nhiệt và dòng khí.

Cảm biến sử dụng hai thành phần chính là bộ phận gia nhiệt và cảm biến nhiệt độ. Sự thay đổi nhiệt lượng liên quan đến dòng khí đi qua được sử dụng để xác định lưu lượng khối lượng.

Do không sử dụng bánh tuabin, rotor hoặc vòng bi chuyển động, nguyên lý đo này mang lại một số ưu điểm:

• Không có bộ phận chuyển động nên hạn chế hao mòn cơ học.
• Có khả năng đo lưu lượng thấp với dải đo động rộng.
• Tổn thất áp suất bổ sung không đáng kể.
• Có thể đo mức tiêu thụ khí thấp trên các đường ống có tiết diện lớn.
• Hỗ trợ xuất dữ liệu đo lường trực tiếp và tích hợp với hệ thống quản lý năng lượng.

Đặc biệt, VA 550 và VA 570 có dải đo động lên đến 1:1000, tùy cấu hình và điều kiện ứng dụng. Người dùng có thể lựa chọn các phạm vi đo Low Speed, Standard, Max và High Speed để phù hợp với lưu lượng thực tế của hệ thống.

Phân biệt thể tích khí vận hành và thể tích khí tiêu chuẩn

Đây là một yếu tố quan trọng khi đo lường và quản lý mức tiêu thụ khí thiên nhiên.

Thể tích khí vận hành là thể tích khí được đo tại áp suất và nhiệt độ thực tế trong hệ thống. Trong khi đó, thể tích khí tiêu chuẩn là thể tích khí được quy đổi về một điều kiện áp suất và nhiệt độ tham chiếu xác định.

Khi áp suất vận hành tăng, thể tích khí tiêu chuẩn có thể lớn hơn đáng kể so với thể tích khí tại điều kiện vận hành. Nếu hai đại lượng này bị nhầm lẫn, doanh nghiệp có thể đánh giá thấp mức tiêu thụ khí thực tế và dẫn đến sai lệch trong cân bằng năng lượng.

Ví dụ, với mô hình khí lý tưởng và chưa tính hiệu chỉnh nhiệt độ, mức chênh lệch có thể được minh họa như sau:

Ngoài áp suất, nhiệt độ tham chiếu cũng ảnh hưởng đến kết quả quy đổi. Chẳng hạn, giữa nhiệt độ khí 20°C và nhiệt độ tham chiếu 0°C có sự chênh lệch khoảng 7%.

Các giá trị trên mang tính minh họa theo mô hình khí lý tưởng. Đối với hoạt động thanh toán hoặc chuyển đổi trạng thái khí yêu cầu độ chính xác cao, cần xem xét thêm nhiệt độ, thành phần khí và hệ số nén theo quy định DVGW G 685.

Đo trực tiếp lưu lượng thể tích tiêu chuẩn với VA 550 và VA 570

Đối với đồng hồ đo khí cơ học, việc chuyển đổi thể tích vận hành sang thể tích tiêu chuẩn thường cần một bộ chuyển đổi thể tích bên ngoài, kết hợp với cảm biến áp suất và nhiệt độ.

Trong khi đó, VA 550 và VA 570 đo lưu lượng khối lượng nhiệt và có thể trực tiếp xuất lưu lượng thể tích tiêu chuẩn khi các thông số khí và điều kiện tham chiếu được cài đặt chính xác.

Thiết bị hỗ trợ quy đổi theo điều kiện tham chiếu đã thiết lập, chẳng hạn 0°C và 1.013,25 mbar áp suất tuyệt đối theo DIN 1343. Giá trị thể tích tiêu chuẩn thường được biểu thị bằng m³ tiêu chuẩn hoặc Nm³.

Đối với việc tính toán năng lượng theo kWh, cần kết hợp thêm nhiệt trị của khí.

Nhờ đó, doanh nghiệp có thể hạn chế sai lệch do nhầm lẫn điều kiện tham chiếu và nâng cao độ tin cậy của dữ liệu tiêu thụ khí.

Thiết bị đo lưu lượng khí thiên nhiên VA 550 và VA 570 của CS INSTRUMENTS

CS INSTRUMENTS cung cấp hai giải pháp đo lưu lượng khí thiên nhiên ứng dụng công nghệ đo nhiệt, phù hợp với các điều kiện lắp đặt và nhu cầu giám sát khác nhau.

VA 550 – Cảm biến đo lưu lượng dạng cắm trực tiếp

VA 550 được thiết kế theo dạng cảm biến cắm trực tiếp vào đường ống, đặc biệt phù hợp với các hệ thống đường ống có đường kính lớn hoặc đường ống hiện hữu cần lắp đặt bổ sung thiết bị đo.

Thông tin nổi bật của VA 550:

• Ứng dụng công nghệ đo lưu lượng khối lượng nhiệt, không sử dụng bộ phận chuyển động.
• Phù hợp với các đường ống lớn có mức tiêu thụ khí thấp.
• Có thể lắp đặt thông qua vị trí kết nối đo lường phù hợp hoặc van bi.
• Có thang đo độ sâu và hướng lắp đặt xác định, giúp đảm bảo vị trí cảm biến ổn định.
• Áp suất vận hành lên đến 50 bar; phiên bản DVGW dành cho khí thiên nhiên lên đến 16 bar.
• Có thể lắp đặt và tháo rời khi hệ thống vẫn đang chịu áp suất thông qua van bi ½ inch có vòng giữ.
• Tùy phiên bản, thiết bị có chứng nhận ATEX/IECEx hoặc DVGW.

Với thiết kế dạng cắm trực tiếp, VA 550 giúp giảm khối lượng công việc khi lắp đặt bổ sung trên hệ thống đường ống hiện hữu mà không cần thay thế toàn bộ đoạn ống bằng một cụm đo tích hợp.

VA 570 – Thiết bị đo lưu lượng dạng đường ống tích hợp

VA 570 là giải pháp đo dạng đường ống, tích hợp sẵn đoạn ống đo. Thiết bị phù hợp với các hệ thống cần lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng trực tiếp trên đường ống.

Thông tin nổi bật của VA 570:

• Đo lưu lượng bằng nguyên lý nhiệt, không có bộ phận chuyển động.
• Phiên bản kết nối mặt bích có đường kính danh nghĩa DN15–DN80.
• Phiên bản kết nối ren từ ½–2 inch.
• Áp suất vận hành tiêu chuẩn 16 bar; phiên bản đặc biệt lên đến 40 bar.
• Đầu đo có thể tháo rời để vệ sinh hoặc hiệu chuẩn.
• Đoạn ống tích hợp vẫn được giữ nguyên trên hệ thống trong quá trình hiệu chuẩn.
• Có thể sử dụng cảm biến thay thế trong thời gian gửi cảm biến chính đi hiệu chuẩn, giúp hạn chế gián đoạn vận hành.
• Tùy phiên bản, thiết bị có chứng nhận ATEX/IECEx hoặc DVGW.

Một ưu điểm đáng chú ý của VA 570 là khả năng tháo riêng cụm cảm biến mà không cần tháo toàn bộ đoạn ống đo. Điều này giúp đơn giản hóa công việc vệ sinh, hiệu chuẩn và bảo trì.

So sánh VA 550 và VA 570

Tích hợp dữ liệu đo lưu lượng vào hệ thống quản lý năng lượng

Bên cạnh khả năng đo lường, việc truyền dữ liệu đến hệ thống điều khiển trung tâm và phần mềm quản lý năng lượng cũng là yếu tố quan trọng đối với các nhà máy hiện đại.

Tùy phiên bản, VA 550 và VA 570 hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông và ngõ ra, giúp doanh nghiệp tích hợp dữ liệu đo vào hệ thống hiện có.

Các giao diện hỗ trợ bao gồm:

• Modbus TCP qua Ethernet.
• Modbus RTU.
• 4–20 mA.
• Ngõ ra xung.
• M-Bus.
• IO-Link.
• HART.

Thông qua Modbus TCP, dữ liệu lưu lượng, tổng lượng khí tiêu thụ và nhiệt độ khí có thể được truyền trực tiếp đến hệ thống điều khiển hoặc phần mềm giám sát năng lượng mà không cần bộ chuyển đổi gateway RTU/TCP.

Ngoài ra, tùy chọn Power over Ethernet (PoE) cho phép truyền dữ liệu và cấp nguồn qua cùng một cáp mạng, giúp đơn giản hóa việc lắp đặt, đặc biệt đối với các hệ thống có nhiều điểm đo.

Tham khảo dịch vụ kiểm toán khí nén tại NB Engineering.

Ứng dụng thiết bị đo lưu lượng khí thiên nhiên trong nhà máy

VA 550 và VA 570 có thể được triển khai tại nhiều vị trí trong hệ thống cung cấp và tiêu thụ khí thiên nhiên.

1. Đo tổng mức tiêu thụ khí trên đường ống chính

Lắp đặt thiết bị trên đường ống chính hoặc đường ống phân phối giúp theo dõi liên tục tổng lượng khí tiêu thụ của toàn bộ nhà máy, từng khu vực hoặc phòng đặt lò hơi.

Đối với đường ống lớn đã được lắp đặt từ trước, VA 550 là lựa chọn đáng cân nhắc nhờ thiết kế cảm biến dạng cắm trực tiếp.

2. Giám sát mức tiêu thụ tại từng thiết bị

Thiết bị đo có thể được lắp đặt trước các điểm tiêu thụ như lò hơi, đầu đốt hoặc dây chuyền sản xuất.

Dữ liệu thu được giúp xác định lượng khí mà từng thiết bị sử dụng và thời điểm tiêu thụ, tạo cơ sở xây dựng biểu đồ phụ tải và phân bổ chi phí năng lượng theo từng trung tâm chi phí.

3. Kết hợp đo tổng và đo phân nhánh

Việc kết hợp đồng hồ đo chính với các đồng hồ đo phụ giúp doanh nghiệp vừa kiểm soát tổng mức tiêu thụ, vừa phân tích lượng khí sử dụng tại từng khu vực.

Phương án này đặc biệt hữu ích đối với các nhà máy có nhiều dây chuyền sản xuất hoặc nhiều thiết bị sử dụng khí thiên nhiên.

Ứng dụng thực tế: Đánh giá hiệu suất lò hơi thông qua dữ liệu tiêu thụ khí

Trong một ứng dụng đo lường tại hệ thống lò hơi, các thông số được ghi nhận bao gồm:

Hiệu suất lò hơi được xác định dựa trên dữ liệu tiêu thụ khí thiên nhiên, nhiệt trị của khí và các thông số hơi nước.

Ví dụ này cho thấy dữ liệu từ thiết bị đo lưu lượng không chỉ phục vụ việc theo dõi mức tiêu thụ nhiên liệu mà còn có thể được sử dụng để đánh giá hiệu suất vận hành và xác định nhu cầu bảo trì hệ thống.

Yêu cầu chứng nhận ATEX và an toàn khi lắp đặt

Đối với các hệ thống khí thiên nhiên, việc lựa chọn thiết bị đo cần xem xét cả điều kiện vận hành và yêu cầu an toàn tại khu vực lắp đặt.

Tùy phiên bản, VA 550 và VA 570 có thể được cung cấp với chứng nhận ATEX/IECEx.

Thông số đánh dấu chống cháy nổ được công bố cho các phiên bản tương ứng:

• ATEX: II 2G Ex db IIC T4 Gb (khí) và II 2D Ex tb IIIC T90°C Db (bụi).
• IECEx: Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90°C Db.

Đối với phiên bản Ex, nhiệt độ môi chất tối đa là 120°C và cấp bảo vệ vỏ thiết bị là IP65.

Việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị trong khu vực có nguy cơ cháy nổ cần tuân thủ các điều kiện chứng nhận, hướng dẫn vận hành và tiêu chuẩn liên quan, trong đó có DIN EN IEC 60079-14 (VDE 0165-1).

Đơn vị vận hành có trách nhiệm đánh giá rủi ro, xác định phân vùng nguy hiểm và đảm bảo thiết bị phù hợp với điều kiện lắp đặt thực tế. Các công việc này cần được thực hiện bởi người hoặc đơn vị có đủ năng lực chuyên môn.

Việt Nam FIL – Giải pháp đo lưu lượng và giám sát năng lượng công nghiệp

Kiểm soát mức tiêu thụ khí thiên nhiên là một phần quan trọng trong chiến lược quản lý năng lượng của doanh nghiệp. Việc lựa chọn thiết bị đo phù hợp giúp nâng cao độ chính xác của dữ liệu, hạn chế sai lệch khi quy đổi thể tích khí và hỗ trợ phân tích hiệu suất sử dụng nhiên liệu.

Với hai model VA 550 và VA 570, CS INSTRUMENTS mang đến giải pháp đo lưu lượng khí thiên nhiên bằng công nghệ nhiệt, không sử dụng bộ phận chuyển động, hỗ trợ đo trên dải lưu lượng rộng và tích hợp dữ liệu vào hệ thống quản lý năng lượng.

Việt Nam FIL cung cấp các giải pháp đo lường và giám sát khí công nghiệp của CS INSTRUMENTS, hỗ trợ doanh nghiệp lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện đường ống, áp suất vận hành và yêu cầu quản lý tiêu thụ.

Liên hệ Việt Nam FIL để được tư vấn giải pháp đo lưu lượng khí thiên nhiên và tối ưu hoạt động giám sát năng lượng trong nhà máy.