Giáo trình đường ống và bể chứa dầu khí - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

316
lượt xem 170
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình đường ống và bể chứa dầu khí gồm 7 chương chuyên ngành thi công công trình ngành dầu khí - Chương 4 Các thiết bị phụ trợ bồn chứa

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình đường ống và bể chứa dầu khí - Chương 4

Chương 4 CÁC THI T B PH TR B N CH A 1. H th ng Bơm 1.1 Bơm ly tâm Bơm ly tâm làm vi c theo nguyên t c ly tâm. Ch t l ng ñư c hút và ñ y cũng như nh n thêm năng lư ng (làm tăng áp su t) là nh tác d ng c a l c ly tâm khi cáng gu ng quay. Bánh gu ng ñư c ñ t trong thân bơm và quay v i v n t c l n. Ch t l ng theo ng hút vào tâm gu ng theo phương th ng góc r i vào rãnh gi a các cáng gu ng và chuy n ñ ng cùng v i gu ng. Dư i tác d ng c a l c ly tâm, áp su t c a ch t l ng tăng lên và văng ra kh i gu ng theo thân bơm (ph n r ng gi a v và cánh gu ng) r i vào ng ñ y theo phương ti p tuy n. Khi ñó tâm bánh gu ng t o nên áp su t th p. Nh l c m t thoáng b ch a (b h áp su t khí quy n), ch t l ng dâng lên trong ng hút vào bơm. Khi gu ng quay, ch t l ng ñư c hút và ñ y liên t c, do ñó ch t l ng chuy n ñ ng r t ñ u ñ n. ð u ng hút có lư i l c ñ ngăn không cho rác và v t r n theo ch t l ng vào bơm gây t c bơm và ñư ng ng. Trên ng hút có van m t chi u gi ch t l ng trên ng hút khi bơm ng ng làm vi c. Trên ng ñ y có l p van m t chi u ñ tránh ch t l ng kh i b t ng ñ d n v bơm gây ra va ñ p thu l c có th làm h ng gu ng và ñ ng cơ ñi n (khi gu ng quay ngư c do bơm b t ng d ng l i). Ngoài ra trên ng ñ y còn l p thêm m t van ch n ñ ñi u ch nh lưu lư ng ch t l ng theo yêu c u. Bơm ly tâm lúc kh i ñ ng không ñ d ñu i h t không khí ra kh i bơm và ng hút, t o ra ñ chân không c n thi t. Vì v y, trư c khi m máy bơm, ph i m i ch t l ng vào ñ y bơm và ng hút ho c có th ñ t bơm th p hơn m c ch t l ng trong b hút cho ch t l ng t ñ ng choán ñ y thân bơm. Áp su t c a ch t l ng do l c ly tâm t o ra hay chi u cao ñ y c a bơm ph thu c vào v n t c quay c a gu ng; v n t c càng l n thì áp su t và chi u cao ñ y càng l n. Tuy nhiên, không th tăng s vòng quay b t kì ñư c, vì lúc y ng su t trong v t li u làm gu ng s tăng và ñ ng th i tr l c cũng tăng cùng v n t c. Do dó bơm m t c p ch ñ t ñư c áp su t t i ña 40 ñ n 50m, còn mu n tăng áp su t ch t l ng lên hơn n a thì ph i dùng bơm nhi u c p. http://www.ebook.edu.vn 22
Bơm ly tâm 1 c p tr c ngang Bơm ly tâm 1c p tr c ñ ng http://www.ebook.edu.vn 23
Ưu ñi m c a bơm ly tâm: - T o ñư c lưu lư ng ñ u ñ n ñáp ng yêu c u k thu t, ñ th cung c p ñ u ñ n không t o hình sin. - S vòng quay l n, có th truy n ñ ng tr c ti p t ñ ng cơ ñi n. - C u t o ñơn gi n, g n, chi m ít di n tích xây d ng mà không c n k t c u n n móng quá v ng ch c. Do ñó giá thành ch t o, l p ñ t, v n hành th p. - Có th dùng ñ bơm nhưng ch t l ng b n vì khe h gi a cánh gu ng và thân bơm tương ñ i l n, không có van là b ph n d b hư h ng và t c do b n gây ra. - Có năng su t l n và áp su t tương ñ i nh nên phù h p v i ph n l n các quá trình. Vì v y, g n ñây bơm ly tâm ñ d n d n thay th bơm pittông trong trư ng h p áp su t trung bình và th p, còn năng su t trung bình và l n. Tuy nhiên bơm ly tâm cũng t n t i nhi u như c ñi m c n nghiên c u c i ti n: - Hi u su t th p hơn bơm pittông t 10 ñ n 15% - Kh năng t hút kém nên trư c khi bơm ph i m i ñ y ch t l ng cho bơm và ng hút khi bơm ñ t cao hơn b ch a. N u tăng áp su t thì năng su t gi m m nh so v i thi t k do ñó hi u su t gi m theo. Bơm ña c p n m ngang http://www.ebook.edu.vn 24
Bơm ña c p tr c ñ ng 1.2 Bơm tr c vít Bơm tr c vít ñư c s d ng khi bơm các s n ph m vài b n có áp l c l n và tránh t o tia l a ñi n. Bơm có th có m t, hai, ho c ba tr c vít ñ t v trí n m ngang ho c th ng ñ ng. Lo i bơm ba tr c vít thì tr c gi a là tr c d n và hai tr c bên là tr c b d n. Khi làm vi c bình thư ng tr c d n không truy n momen xo n cho các tr c b d n mà các tr c này xoay dư i áp su t ch t l ng. Các tr c b d n ch có tác d ng bít kín. 2. H th ng van (valves) Van ñư c s d ng thêm trong h th ng ñ ng t chuy n ho c ñi u ch nh dòng ch t l ng. D a vào ch c năng c a van, s thay ñ i trong tr ng thái dòng c a van, có th ñi u ch nh ñư c b ng tay, ho c t ñ ng nh cài tín hi u t thi t b ñi u khi n, ho c là van có th t ñ ng ñ tác ñ ng ñ thay ñ i ch ñ c a h th ng. M t s lo i van và nh ng ng d ng c a chúng s ñư c mô t trong ph n này. http://www.ebook.edu.vn 25
2.1 Van ch n Van ch n là lo i van ñư c dùng ñ ngăn dòng ch y ho c m t ph n dòng ch y nh m ñ t ñư c m t dòng ch y m i sau van. Yêu c u cơ b n thi t k m t van ch n là ñưa ra tr l c dòng t i thi u v trí hoàn toàn m và ñ t ñư c ñ c tính dòng kín v trí hoàn toàn ñóng. Van c ng, van c u, van bi, van bư m, van màng có th ñáp ng ñư c t t c các yêu c u trên nh ng m c ñ khác nhau, ví v y ñư c s d ng r ng rãi trong vi c ñóng c t. Nh ng ki u van th c t ñư c ñánh giá b ng các thông s sau: - Chênh áp - ð kín - ð c tính dòng ch t l ng - Kín h th ng - Yêu c u tác ñ ng - Chi phí ban ñ u - B o dư ng Van c ng hay van c a (gate valve): Van c a ñư c thi t k ñ làm vi c như m t van ch n. Khi làm vi c, van lo i này thư ng là ñóng hoàn toàn ho c là m hoàn toàn. Khi m hoàn toàn, ch t l ng ho c là khí ch y qua van trên m t ñư ng th ng v i tr l c r t th p. K t qu t n th t áp l c qua van là t i thi u. Van c a không nên dùng ñ ñi u ch nh ho c ti t lưu dòng ch y b i vì không th ñ t ñư c s ñi u khi n chính xác. Hơn n a, v n t c dòng ch y cao v trí van m m t ph n có th t o nên s mài mòn ñĩa và b m t trong van. ðĩa van không m hoàn toàn cũng có th b rung ñ ng. Van c a bao g m ba b ph n chính: thân van, c van và khung van. Thân van thư ng ñư c g n v i ñư ng ng b ng m t bít, ng vít, ho c n i b ng hàn. http://www.ebook.edu.vn 26
C van bao g m các ph n chuy n ñ ng ñư c ghép vào thân thông thư ng là b ng bulông ñ cho phép b o dư ng và lau chùi. Khung van bao g m ty van, c a van, ñĩa van và ñ van hình nh n. Hai lo i van c a cơ b n là ki u van hình nêm và ki u van hai ñĩa. Ngoài ra còn có m t s ki u van c i ti n t hai lo i ñĩa trên. Van c u (Globe valves): Van c u truy n th ng dùng ñ ch n dòng ch y. M c dù van c u t o nên t n th t áp l c cao hơn van th ng (Ví d : van c a, x , bi…) nhưng nó có th dùng trong trư ng h p t n th t áo l c không ph i là y u t ñi u khi n. Van c u bao g m: van c u ki u ch Y và van góc. Van c u thư ng ñư c s d ng ñ ñi u ch nh lưu lư ng. D i lưu lư ng ñi u ch nh, t n th t áp l c và t i tr ng làm vi c ph i ñư c tính toán ñ n khi thi t k van ñ ñ phòng van s m b h ng và ñ m b o v n hành thông su t. Van c u thư ng là lo i có ty ren trơn tr van lo i l n thì có k t c u b ngoài b t bulông b ng ñòn gánh. Ph ki n c a van c u cũng gi ng như ph ki n van c a. B o dư ng van c u thì tương ñ i d dàng vì ñĩa van và ñ van cùng phía. V i ñĩa c ñ nh, ñĩa thư ng có b m t ph ng ép ngư c vào ñ van gi ng như m t cái n p. Ki u thi t k ñ van này không phù h p v i ti t lưu áp su t cao và thay ñ i. Van c u là nh ng van t n t i thư ng xuyên nh t. Nh ng ki u van khác cũng có thân c u. Do ñó, nó d a vào c u trúc bên trong ñ xác ñ nh ki u van. L i vào và ra c a van ñư c s p x p theo nh ng yêu c u c a dòng ch y. http://www.ebook.edu.vn 27
Van c u truy n th ng dùng ñ ch n dòng ch y. M c dù van c u t o nên t n th t áp l c cao hơn van th ng nhưng van c u có th ñư c dùng trong trư ng h p t n th t áp l c không ph i là y u t ñi u khi n n a. Van c u thư ng s d ng ñ ñi u ch nh lưu lư ng. D i lưu lư ng ñi u ch nh t n th t áp l c và t i tr ng làm vi c ph i ñư c tính toán ñ n khi thi t k van ñ ñ phòng van s m b h ng và ñ m b o v n hành trong su t. Van ph i ch u áp su t cao và thay ñ i trong lĩnh v c ti t lưu ph i có thi t k ki u van ph i r t ñ c bi t, thư ng s d ng hai lo i van sau: Van c u c l n ñi n hình ghép bích và van c u góc v i mép b t bulông. C u t o g m các b ph n chính như: tay v n, c van, ty van, vòng ch n ñĩa c , thân van, ñĩa van, ñ van. Ho t ñ ng: ðĩa van truy n th ng ngư c v i ki u ñĩa c m, t o ra l p ti p xúc m ng gi a ñ truy n th y hình búp măng và b m t ñĩa. Di n tích ti p xúc h p này r t khó b phá v vì v y làm kín áp l c d dàng. Ki u thi t k ny cho phép chôn kín và ti t lưu h p ly trong van c u quay, ñĩa và ñ hình nh n thư ng ñ ơc tráng b ng ñ ng thau. Trong van c u b ng thép dùng ñ n nhi t ñ v i 7500F, van thư ng ñư c m thép không r . Các b m t thư ng ñư c tôi luy n nhi t ñ ñ t ñư c ñư c giá tr ñ c ng khác nhau. Nh ng lo i v t li u khác, bao g m v h p kim Coban cũng ñư c s d ng. B m t ñ van là n n, ñ ñ m b o ch c ch n toàn b b m t ñư c ti p xúc khi van ñóng. V i nh ng lo i có áp l c th p hơn, m t ph ng ti p xúc ñư c duy trì bơi các ñĩa khoá vít dài. ðĩa quay m t cách t do quanh ty van ñ tránh làm xư c b m t ñĩa và ñ hình nh n. Ty van d a vào m t t m ch n c ng, tránh làm xư c ty van và ñĩa ñi m ti p xúc. 2.2 Van ñi u ch nh Van ñi u ch nh ñư c s d ng thêm cho h th ng ñư ng ng ñ ñi u ch nh dòng ch t l ng, ph thu c vào m c ñích ban ñ u là ñi u khi n dòng ch y, áp l c hay là nhi t ñ mà nhi m v ñ t ra là tăng ho c gi m dòng ch t l ng qua van nh m tho mãn tín hi u t b ñi u ch nh áp su t, lưu lư ng ho c nhi t ñ . Yêu c u ñ u tiên c a m t van ñi u ch nh là ñi u ch nh lưu lư ng dòng ch y t v trí m ñ n ñóng trong d i áp su t làm vi c mà không b phá hu . Nh ng http://www.ebook.edu.vn 28
van thi t k ñ ăc bi t như là c u kim, bư m, bi, màng có kh năng ñáp ng nh ng yêu c u trên các m c ñ khác nhau. Các nhà s n xu t nên ch n l a gi i h n làm vi c cho t ng lo i van c th . Van nút: Van nút còn g i là van l y, thư ng ñư c dùng ñ duy trì lưu lư ng ñ y ñ gi ng như van c a nơi c n ph i tác ñ ng nhanh. Nó thư ng ñư c dùng cho hơi, nư c, d u, khí và các áp d ng hoá ch t l ng. Van hút thư ng không ñư c thi t k ñi u ch nh lưu lư ng. Như v y m t s lo i van này ñư c thi t k m t cách ñ c bi t dư c dùng cho m c ñích này, ñ c bi t là cho ti t lưu dòng khí. Thân và ñĩa hình côn mang l i nh ng ñ c tính c n thi t cho van hút. Thi t k c n th n ph n thân trong van có th mang l i hi u su t dòng ch y r t cao. C a c a ñĩa hình côn thư ng là hình ch nh t. Tuy nhiên, m t s lo i van có th k t c u c ng tròn. Nh ng ki u van ch y u là d ng bình thư ng, d ng ng venturi ng n, c a tròn và nhi u c a. Ưu ñi m c a van nút nói chung có th ñư c s a ch a nhanh chóng ho c là r a s ch mà không c n thi t ph i tháo thân van ra kh i h th ng ñư c ng. Nó có th ñư c s d ng trong lĩnh v c t áp su t chân không ñ n 10.000 psi và http://www.ebook.edu.vn 29
nhi t ñ t -50 ñ n 1500F. Các van nút có th ñư c tráng v i r t nhi u v t li u khác nhau, phù h p v i nhi u ng d ng cho hoá ch t. Van d ng màng: Van d ng màng có r t nhi u thu n l i trong nh ng ng d ng v i áp l c th p mà không th ñ t ñư c b ng các van khác. Dòng ch t l ng ch y qua van m t cách ñ u ñ n, gi m thi u t n th t áp l c. Van này r t phù h p v i nh ng ng d ng hi n ñ i vào lĩnh v c ti t lưu, nó mang l i ñ c tính làm kín tuy t v i. Dòng ch t l ng ñư c ngăn kh i nh ng ph n làm vi cc a van ngăn ch n t p ch t, hoá ch t l ng và s mài mòn các k t c u cơ khí. B i vì không có rò rĩ d c theo xung quanh ty van nên lo i van này hoàn toàn kín. ð c tính này làm cho van tr nên quan tr ng trong các ng d ng, vì nó không cho phép có rò r ra kh i ho c t ngoài vào h th ng. Van màng bao g m thân van có ñ van ñ t dòng ch y, màng van m m d o t o nên m t vùng áp l c phái trên van, m t máy nén khí dùng ñ t o áp l c lên màng ngư c v i ñ van, c van và tay v n b o v màng và thân van khi có tác ñ ng t máy nén. Áp su t t i ña mà van màng ch u ñư c là kh năng ch u áp l c c a v t li u làm màng và nhi t ñ làm vi c. Vì v y, tu i th thi t k c a van cũng b nh hư ng b i môi trư ng làm vi c. Ngoài ra, áp l c thu l c c a h th ng khi ki m tra ph i l n hơn áp l c t i ña mà màng có th ch u ñư c. Van màng d ng ng thư ng dùng trong công nghi p bia rư u, nó cho phép s d ng qu bóng hình c u ñ chùi van cùng v i hơi nư c và dung d ch ki m mà không c n ph i tháo van ra kh i ñư ng ng. Van bi: Van bi là van xoay ¼ vòng, ng d ng cho khí, khí nén, ch t l ng và v a xây d ng. Vi c s d ng nh ng v t li u làm kín, m m như là nylon, cao su t ng h p, polime t o ra kh năng là kín tuy t v i t -450 ñ n 5000F http://www.ebook.edu.vn 30
V n hành van bi cũng gi ng như van hút, chúng không có m i ghép và t o ra ñ kín t . Van bi t o ra tr l c lý tư ng cho dòng ch y do có c a và thân van r t trơn tru và ñ u ñ n. Cho nên, van bi ñư c s d ng ñ ñóng\m hoàn toàn trong quá trình xu t nh p. Nh ng thành ph n chính c a van bi là thân van, nút hình c u và ñ . Van bi có th ñư c thi t k 3 d ng: c a van ng Venturi, c a tròn, c a gi m d n. Van c a tròn có ñư ng kính trong b ng ñư ng kính trong c a ng. Trong ki u van c a Venturi và c a gi m d n, c a van thư ng bé hơn ñư ng ng. Van kim (Needle valves): Van kim thư ng ñư c dùng cho d ng c ño, ñ ng h , b ch báo và thi t b ño âm. Van kim ñ t ñư c ñ chính xác cao và vì v y nó thư ng ñư c dùng trong các ng d ng có nhi t ñ cao và áp l c cao. http://www.ebook.edu.vn 31
Trong c u t o van kim, ñi m dư i c a ty van là ñ u kim. Kim ñư c kh p m t cách chính xác vào lòng van, và vì v y ñ m b o hoàn toàn kín và tác ñ ng m ñóng nh nhàng. Van bư m: Van bư m là van thi t k hi u qu dùng áp l c th p, thư ng ñư c dùng ñ ñi u khi n và ñi u ch nh lưu lư ng. ð c trưng c a van bư m v n hành nhanh và t n th t áp l c th p. Van ch c n quay ¼ vòng t v trí ñóng sang v trí m hoàn toàn. 2.3 Van ki m tra Van ki m tra thư ng ñư c dùng ñ ngăn dòng ch y ngư c. ðó là d ng van có ñĩa van t tác ñ ng, m cho dòng ch y và ñóng r t nhanh khi có dòng ch y ngư c l i. Các ng d ng có b tác ñ ng b ng khí nén cò th ñư c dùng ñ ñóng nhanh van khi có tác ñ ng ngư c. Các lo i van ki m tra là: van ki m tra ki u ch T, ki u cái ñu, van ki m tra ñ a rèn, van ch Y; trong ñó van ki m tra ki u cái ñu thư ng ñư c s d ng nh t. 2.4 H th ng x áp Van an toàn và van x áp su t: Các van an toàn và van x áp su t là các thi t b t ñ ng x áp su t s d ng b o v quá áp trong ñư ng ng và thi t b . Van b o v h th ng b ng cách x ra áp l c dư th a. áp su t bình thư ng, ñĩa van ñư c ñóng vào ñ van và c ñ nh b i m t lò xo ñã b nén t trư c khi áp l c h th ng tăng lên, áp l c t o ra b i ch t l ng và ñĩa van tăng g n b ng áp l c lò xo. Khi mà các áp l c trên cân b ng, ch t l ng s ch y ra qua c a van ra ngoài. Các van an toàn thư ng dùng cho khí vì ñ c tính khi m và ñóng c a nó thích h p v i ñ c tính và s nguy hi m khi b nén c a ch t khí. Van x áp thư ng dùng cho ch t l ng. Ch c năng c a các van này gi ng như van x áp an toàn. Chí khác ch t l ng không giãn n , nên không có l c này http://www.ebook.edu.vn 32
phát sinh thêm tác ñ ng vào ñĩa, vì v y lúc này van gi m b ng áp l c h th ng. Van s ñóng khi áp l c th p dư i áp l c ñ t s n. ðĩa phá hu : M t d ng thi t b x áp ñ c bi t là ñĩa phá hu . Thi t k thư ng là các m t bích v i các l d p sâu b ng máy bín kín h th ng ñ ngăn ch n nó trư t gi a các ñĩa. ðĩa ñư c thi t k ñ b phá v m t áp l c ñ nh s n. Nh ng thi t b máy có nh ng ưu ñi m ñ c bi t khi ta ph i x m t lưu lư ng l n khí ho c ch t l ng ra ngoài. ðĩa phá hu cũng có th ñư c dùng v i van an toàn d ng lò xo. B ng cách s d ng ñĩa phá hu ñ x áp su t áp su t vào kho ng 5-10% l n hơn áp l c ñ t c a van an toàn, ñĩa phá hu s tác ñ ng n u van an toàn x áp không ho t ñ ng t t. Cũng v y nơi mà không ch p nh n vi c rò r , ñĩa phá hu cũng có th ñư c l p ñ t gi a van và b ph n c n ñư c b o v . Khi vư t quá áp su t thi t k c a ñĩa phá hu , nó s n và van x áp s m ra khi áp su t vư t quá áp su t ñ t. Van c a ho c van x có th ñư c l p trư c ñĩa phá hu . Khi ñã l p ñĩa phá hu , nh ng van này ñư c m ñ ñ m b o r ng h th ng ñư c b o v . Vi c ñóng các van này l i c n thi t ñ c t dòng ch y khi b o dư ng ho c thay ñĩa sau khi ñã th c hi n ch c năng phá hu . Áp l c thi t k c a ñĩa phá hu không th ñi u ch nh ñư c. Các thi t b bơm và van thư ng ph i thõa mãn các uêu c u như: - Ho t ñ ng n ñ nh - D ñi u khi n - H n ch t i ña s c trong quá trình ñi u hành (ăn mòn,….) - Phòng cháy ch a cháy… (hàng ñ u) dùng bơm ly tâm (bơm tr c vít d phát sinh tia l a ñi n) - H n ch ñ t van trên ñư ng ng ñ y (ñư ng ng ra) - Bơm pittông không ñư c s d ng do không n ñ nh và d phát sinh tia l a ñi n. 3. D ng c ño http://www.ebook.edu.vn 33
Trong các b ch a d u thô và các s n ph m d u m , ngư i ta thư ng s d ng các d ng c ño ñ xác ñ nh: - Các thông s hoá lý c a s n ph m như nhi t ñ , áp su t, …. - Các thông s nói lên tính an toàn c a s n ph m trong t n tr như ñ bay hơi, áp su t hơi bão hoà trên b m t, nhi t ñ c a s n ph m, … - Các thông s liên quan ñ n v n ñ v n chuy n như lư lư ng, kh i lư ng, m c ch t l ng, … - T t c các thông s trên có nhi u hình th c hi n th khác nhau tuỳ theo lo i d ng c s d ng: thang chia v ch (scale), d ng s (digital), lưu ñ (recorder) hay trên màn hình máy tính (monotor). - Các tính ch t b t bi n như: ñ chính xác, ñ n ñ nh, … - Các tính ch t ñ ng như: ñ nh y, ñ tin c y, … 3.1 Thi t b ño nhi t ñ Chúng ta cũng bi t r ng quá trình truy n nhi t x y ra 3 hình th c ch y u là ñ i lưu, d n nhi t và b c x . D a trên nh ng nguyên t c truy n nhi t trên mà ngư i ta ch t o các thi t b ño nhi t ñ khác nhau. Các d ng c ño trong công nghi p nói chung: nhi t k thu ngân, nhi t k lư ng kim, nhi t k áp su t – lò xo, c p nhi t ñi n, nhi t k ñi n tr , nhi t k ño nhi t ñ cao. Trong h th ng b n b c a công nghi p d u khí, ngư i ta thư ng s d ng các lo i nhi t k sau: - Nhi t k lư ng kim ( bimetallic thermometer) - Nhi t k áp su t – lò xo ( pressure – spring thermometer) - C p nhi t ñi n (thermocouple) - Nhi t k ñi n tr ( resistance thermometer) Nhi t k lư ng kim Cơ ch ho t ñ ng c a lo i nhi t k lư ng kim d a trên nguyên t c hai kim lo i khác nhau s có ñ giãn n nhi t khác nhau. M t s nguyên t lư ng kim ñư c t o ra b ng cách nung ch y cho hai thanh kim lo i dính l i v i nhau sau ñó t o thành m t thanh hình xo n c. Dư i tác d ng c a nhi t ñ , hai thanh kim lo a giãn n nhi t khác nhau và làm cho thanh xo n c co giãn. Chuy n ñ ng c a thanh xo n c này tác ñ ng lên kim ch th trên m t ñ ng h thông qua m t thanh kim lo i khác. Tóm l i, nguyên t c ho t ñ ng c a lo i nhi t k lư ng kim là: nhi t ñ nguyên t lư ng kim co giãn kim ñ ng h quay http://www.ebook.edu.vn 34
Nhi t k lư ng kim dùng ñ xác ñ nh nhi t ñ trong kho ng -1500C ñ n 4200C. nhi t ñ cao hơn n a thì kim lo i có xu hư ng giãn n quá ñ làm cho phép ño không còn chính xác n a. Lo i nhi t k này r t ph bi n trong các b n b ch a s n ph m d u m . Nhi t k áp su t – lò xo: Ưu ñi m c a nhi t k này so v i nhi t k lư ng kim là v trí ñ c nhi t ñ có th xa b n mà không c n ñ c t i ch như khi dùng nhi t k lư ng kim. Khi ñó ngư i k sư có th trong phòng hay m t v trí thu n ti n ñ ki m tra nhi t ñ c a b n. C u t o chính c a lo i này là m t ng xo n ru t gà ( ng Bourdon) ñư c n i v i kim ch v ch. ng này ñư c n i v i m t b u ch a ch t l ng ( thư ng là thu ngân) hay h n h p l ng – khí ( thư ng là Nitơ). Dư i tác d ng c a nhi t ñ thì áp su t trong b u tăng lên do ch t l ng giãn n hay áp su t hơi bão hoà tăng lên. S tăng áp su t này tác ñ ng lên ng xo n ru t gà làm cho nó giãn ra làm chuy n ñ ng kim ch v ch. Tóm l i nguyên t c ho t ñ ng c a lo i nhi t k này là: nhi t ñ áp su t ng ru t gà co giãn kim ñ ng h quay giá tr nhi t ñ C p nhi t ñi n: Ưu ñi m l n nh t c a c p nhi t ñ là chuy n tín hi u nhi t ñ sang tin hi u ñi n, t ñó các k sư có th d dàng x lý tín hi u này trong dây chuy n t ñ ng hoá ví d như dùng tín hi u ñi n này ñi u khi n các thi t b khác. Hơn n a giá tr nhi t ñ ño ñư c s vô cùng chính xác vì tín hi u ñi n có th chuy n sang tín hi u s ñ quan sát trên màn hình ( không ph thu c tính ch quan c a ngư i quan sát). http://www.ebook.edu.vn 35
C p nhi t ñi n bao g m hai kim lo i khác nhau n i v i nahu hai ñ u. ð u ti p xúc v i môi trư ng c n ño nhi t ñ ñư c n i dính v i nhau, ñ u cón l i ñư c n i v i milivôn k . Như v y c p nhi t ñi n s có m t ñ u có nhi t ñ thay ñ i: ñ u dò và m t ñ u có nhi t ñ c ñ nh: ñi n c c tham kh o. Khi nhi t ñ ñ u dó không ñ i thì hi u ñi n th hai ñ u ñi n c c tham kh o cũng không ñ i. Khi nhi t ñ ñ u dò tăng thì hi u ñi n th ñi n c c tham kh o cũng tăng. Tín hi u ñi n ghi nh n ñư c chính là s tăng hi u ñi n th . Trong milivôn k có m t nam châm vĩnh c u r t nh y v i s thay ñ i c a hi u ñi n th . Nam châm này làm quay cu n dây n i v i kim ñ ng h có thang chia nhi t ñ s n. Vì v y, milivôn k n i v i c p nhi t ñi n không ph i ñ ño tr c ti p nhi t ñ mà ñ ño s thay ñ i hi u ñi n th . Chính vì v y hi u ñi n th thay ñ i theo nhi t ñ nên chúng ta m i có th xác ñ nh ñư c nhi t ñ thông qua milivôn k . Cơ ch trên có th tóm g n như sau: nhi t ñ hi u ñi n th milivôn k nhi t ñ ñ c Nhi t k ñi n tr : Nhi t k ñi n tr cũng có nguyên t c ho t ñ ng g n gi ng v i c p nhi t ñi n. S thay ñ i hi u ñi n th cũng ñư c dùng ñ xác ñ nh s thay ñ i nhi t ñ . ð u dò c a nhi t k là m t ñi n tr g m dây ñ ng, niken hay platin qu n quanh m t v t cách ñi n như mica ch ng h n. ði n tr ñ u dò ñư c m c v i 3 ñi n tr khác t o thành c u Wheatstone. Dòng ñi n qua ñi n tr c p b i pin. Khi nhi t ñ môi trư ng tăng thì ñi n tr tăng làm thay ñ i hi u ñi n th hai ñ u c u Wheatstone. S thay ñ i hi u ñi n th này ñư c ghi nh n b i milivôn k tương t như trong c p nhi t ñi n. Quá trình trên có th tóm t t như sau: nhi t ñ ñi n tr hi u ñi n th milivôn k nhi t ñ ñ c 3.2 Thi t b ño áp su t Áp su t trong b n dung ñ ki m tra ñ an toàn c a b n khi ch a các s n ph m khí hoá l ng. Trong m t s trư ng h p áp su t còn ñ xác ñ nh lư ng khí hoá l ng trong b n. M c dù các b n ñ u có van x áp nhưng vi c theo dõi áp http://www.ebook.edu.vn 36
su t b n cũng góp ph n ñ m b o công tác v n hành và b o trì, phát hi n rò r t b n ch a Các thi t b ño áp thư ng ñư c s d ng là: ng Bourdon: ng Bourdon là nhân t nh n bi t áp l c chung nh t. ðây là m t ng kim loai d t b ng ph ng, ñư c b t kín ñ u cu i cùng và ñư c u n cong thàng ch C hay hình xo n c, khi ñó bên trong hay bên ngoài b m t c a ng có nh ng khu v c khác nhau. S không cân b ng l c gây ra b i áp l c s làm cho ng b bung ra. S thay ñ i này có th ñ c tr c ti p trên d ng c ño hay chuy n thành m t tín hi u ñi n hay khí nén tương x ng v i áp l c. C n ph i b o dư ng ñ tránh s ăn mòn và ñ ng c n bên trong ng vì có th nh hư ng t i ñ c tính c a nó. Trong b n b kín và b n b ch a khí hoá l ng thư ng dùng lo i áp k ng xo n Bourdon. Màng ngăn (màng ch n): Màng ch n ñư c s d ng r ng rãi như m t thi t b có ñ chính xác cao. Nó b ng ph ng ho c có n p g p d a trên lo i áp l c ñư c ñi u ch nh b ng tay và thích h p trong vi c ño áp l c m t vài mmH2O ñ hàng ngàn psi. Màng ch n ñư c thi t k ñ truy n l c hay gi i h n s v n ñ ng. Chúng t t hơn ng Bourdon b i vì ñư c ch t o t kim lo i ch ng ăn mòn hay ñư c ph m t l p ñàn h i như Teflon. 3.3 Thi t b ño m c ch t l ng V i b n ch a s n ph m d u m d ng l ng thì ngư i ta quan tâm ñ n m c ch t l ng. Khi xu t thì không xu t h t ( tr trư ng h p v sinh b n) và khi nh p thì không nh p ñ y. ð ñ m b o ñi u này ngư i v n hành c n ph i bi t ch t l ng dâng ñ n m c nào trong b n. Các d ng c ño m c ch t l ng khá ña d ng, ví d như d ng ño tr c ti p: - Phao n i (float) - Phao chi m ch (displacer) - ð u ti p xúc tr c ti p (contact) - ð u dò ñi n (electric probe) - Ngoài ra còn có các lo i d ng c ño m c ch t l ng gián ti p như: - D ng c ño dùng áp su t thu tĩnh (hydrostatic pressure) - D ng c ño dùng b c x (radioactive device) - D ng c ño s thay ñ i kh i lư ng (loss of weight device) Phao n i: http://www.ebook.edu.vn 37
Phao n i là lo i d ng c ki m soát m c ch t l ng thông d ng nh t. Phao n i ñơn gi n nh t là lo i phao n i m t v trí (single – point float). Lo i này g m có m t phao b ng nh a n i v i m t cánh tay ñòn. Cánh tay ñòn này ñi u khi n van c p li u cho b n tr ng thái ñóng hay m . Ban ñ u khi m c ch t l ng dư i m c c n thi t thì van tr ng thái m . Khi m c ch t l ng v trí mong mu n, phao n i ngang v i m c ch t l ng c n bơm, tác ñ ng lên van thông qua cánh tay ñòn làm ñóng van l i. Phao n i có th g n bên trong b n hay g n trong m t bình bên ngoài thông v i b n. M t s lo i phao n i không dùng cánh tay ñòn mà dùng khí nén ñ ñi u ch nh van c p li u cho b n. ði u này có l i ch tăng ñ nh y cho van nhưng cũng chi phí thi t b ñáng k (máy nén, ñư ng ng d n khí). Lo i phao n i di ñ ng hình bánh rán (doughnut shape) cho phép ngư i v n hành theo dõi m c ch t l ng dâng kên trong b n. Phao n i này di chuy n d c theo m t ng nhúng chìm trong b n. Phao này là m t nam châm. M t nam châm khác ñ t trong ng s dâng theo khi phao dâng nh l c t gi a hai thanh nam châm. Kim trên thang chia v ch ñư c n i v i nam châm trong ng b ng dây cáp. Như v y chuy n ñ ng c a nam châm làm kim di chuy n và t ñó ñ c ñư c giá tr m c ch t l ng. Phao chi m ch : Nguyên t c ho t ñ ng c a lo i này d a trên l c ñ y Acsimet. Ví d m t cân khi chưa nhúng vào ch t l ng s có tr ng lư ng 3kg. Như v y l c tác d ng lên cân ch có tr ng l c ng v i 3kg. Khi chìm trong ch t l ng cao kho ng 1m thì phao còn ch u thêm l c ñ y Acsimet ngư c chi u v i tr ng l c. Khi ñó l c tác d ng lên cân gi m ñi và cân ch giá tr 2kg. Ch t l ng dâng càng cao thì l c Acsimet càng m nh và giá tr kh i lư ng c a phao trên cân càng gi m. B ng cách quan sát kh i lư ng, ngư i v n hành b n có th bi t ch t l ng dâng ñ n m c nào. Th c t , ngư i ta thư ng n i phao v i m t h th ng khí nén. S thay ñ i l c tác d ng lên van khí làm thay ñ i áp su t khí. Quan sát s thay ñ i áp su t khí cho phép thay ñ i m c ch t l ng dù là r t nh . Vì th ñ nh y c a lo i d ng c này khá cao. V i các b n có chi u cao l n thì ngư i ta dùng nhi u phao n i ti p nhau các v trí nh t ñ nh. Ch t l ng dâng ñ n phao nào thì l c tác d ng lên toàn b chu i phao thay ñ i ñ n ñó. L c này kích ho t các thi t b khí nén như ñã nói trên và giúp ta ghi nh n ñư c m c ch t l ng trong b n. ð u ti p xúc tr c ti p: Phương pháp ti p xúc ch y u ñư c dùng cho b n ch a các h t r n, tuy nhiên có th dùng cho b n ch t l ng. V m t nguyên t c thì không có gì khác bi t khi thay ñ i lo i v t ch t ch a trong b n. V i h t r n thì ñ u ti p xúc là m t qu n ng còn v i ch t l ng là m t cái phao. ñây, chúng ta xét cho b n b ch a ch t l ng nên ñ u ti p xúc là phao. ð u ti p xúc ñư c n i v i ñ u c m bi n nh m t thanh kim lo i. N u ban ñ u ch t l ng ng p phao thì l c Acsimet s tác d ng lên phao và c m bi n s ghi nh n ñư c l c này. C m bi n s truy n tín hi u ñi u khi n motor quay kéo phao lên. Khi c m bi n ghi nh n ñư c giá tr l c ng v i giá tr s th hi n quãng http://www.ebook.edu.vn 38
ñư ng ñi c a phao. Hay nói cách khác là m c ch t l ng dâng lên trong b n. Khi phao n i thì c m bi n l i ñi u khi n bơm c p li u vào b n cho ñ n khi ch t l ng ng p phao và quá trình trên l i ti p t c di n ra theo chu kỳ. Ưu ñi m l n nh t c a lo i d ng c này là có th t ñ ng hoá hoàn toàn v i ñ chính xác cao. Ngư i k sư có th l p trình cho h th ng v n hành v i nhi u yêu c u khác nhau v m c ch t l ng. Dĩ nhiên chi phí cho h th ng d ng c này khá cao do s d ng các c m bi n ñ t ti n. ð u dò ñi n: ð u dò ñ d n ñi n, ñi n dung, sóng siêu âm là các lo i ñ u dò ñi n ph bi n dùng ñ ño m c ch t l ng trong b n. H u h t các lo i ñ u dò này dùng ñ ki m soát m c ch t l ng m t v trí xác ñ nh trư c. Sau ñây chúng ta xét nguyên t c ho t ñ ng c a 3 lo i ñ u dò trên: - V i ch t l ng d n ñi n thì ñ u dò là m t c c còn thành b n là m t c c. Khi ch t l ng ng p ñ u dò thì có dòng ñi n gi a ñ u dò và b n. Môi trư ng truy n ñi n chính là ch t l ng. Dòng ñi n ñư c ghi nh n nh c m bi n cho bi t ch t l ng ñã dâng ñ n m c quy ñ nh hay chưa. B trí ñ y dò nhi u v trí khác nhau s cho bi t m c ch t l ng nhi u v trí khác nhau. Có th g n thêm các ñèn báo m c ch t l ng hay chuông reo giúp cho quá trình v n hành d dàng hơn. - ð u dò ñi n dung ñư c s d ng v i nguyên t c g n gi ng v i ñ u dò d n ñi n. Tuy nhiên ch t l ng ñây ph i không d n ñi n hay nói cách khác là ph i có tính ñi n môi khá t t. Lo i ch t l ng này có th g p các s n ph m d u m tinh khi t như nhiên li u ph n l c ch ng h n. M t ñ u dò ñi n dung g m các b n c c như trong m t t ñi n. Khi m c ch t l ng dâng ng p t thì ñi n dung c a t s có m t giá tr nh t ñ nh. Khi m c ch t l ng h xu ng thì m t ph n các b n t s h ra. Khi ñó ch t ñi n môi là hơi bão hoà c a ch t l ng. Như v y ñi n dung c a t s thay ñ i bao hi u ch t l ng ñã qua m c xác ñ nh trên thành b n. - ð u dò sóng siêu âm v cơ b n bao g m m t ñ u phát và m t ñ u thu g n li n v i n p b n. Gi a ñ u phát và ñ u thu có m t ch h . ð u phát và ñ u thu ñ u làm b ng v t li u có c u trúc là nh ng tinh th áp ñi n (piezo – electric crystal). ð u dò sóng siêu âm ñư c n i v i b ñi u khi n b ng cáp ñi n. B ñi u khi n trung tâm này s phát tín hi u ñi n ñ n ñ u phát. Sau ñó ñ u phát b kích thích và t o ra sóng siêu âm. Tuy nhiên ch khi nào ch t l ng ng p ñ y ch h thì sóng siêu âm m i truy n ñư c ñ n ñ u nh n. T i ñ u nh n, tín hi u sóng siêu âm l i ñư c chuy n sang tín hi u ñi n. Tín hi u ñi n này ñư c khu ch ñ i b ng các b ph n trong b ñi u khi n trung tâm và kích ho t m t rơle ñi n. Rơle ñi n này có th dùng ñ ñi u khi n bơm, van, … trong khi nh p hay xu t li u. Lo i ñ u dò này tuy có giá thành cao nhưng l i ñ c bi t hi u qu ñ i v i ch t l ng có ñ nh t r t cao, các lo i ch t l ng ñ c quánh hay có ñ nh t th p. Nguyên nhân là v i ch t l ng có ñ nh t cao s d bám dính lên các phao gây ra sai l ch cho các lo i c m bi n phao. http://www.ebook.edu.vn 39
Khi dùng ñ u dò sóng siêu âm ñ xác ñ nh m c ch t l ng t i m t v trí xác ñ nh thì ngư i ta s ñ t ñ u dò t i m c th p và m t m c cao trong b n. N u mu n xác ñ nh liên t c s dâng lên c a ch t l ng thì ñ u dò s ñư c ñ t n p b n. ng v i m i m c ch t l ng khác nhau thì kho ng th i gian t lúc ñ u phát truy n tín hi u sóng siêu âm cho ñ n khi ñ u thu nh n tín hi u ph n h i s khác nhau. Ghi nh n l i th i gian này thì chúng ta bi t ñư c ch t l ng ñã dâng ñ n ñâu. Như v y nguyên t c này cũng gi ng như cách ngư i ta ño ñ sâu ñáy bi n. D ng c ño dùng áp su t thu tĩnh: D ng c xác ñ nh m c ch t l ng d a trên áp su t thu tĩnh ñơn gi n nh t là ñ ng h ño áp g n phía dư i ñáy b n. B t kì m t s thay ñ i m c ch t l ng nào cũng làm thay ñ i áp su t thu tĩnh và làm thay ñ i giá tr c a ñ ng h ño áp. B ng cách chia thang ño ñ ng h theo ñơn v chi u dài s giúp xác ñ nh m c ch t l ng trong b n. V i các s n ph m d u m có tính ăn mòn l n hay ph i t n tr nhi t ñ cao thì không th cho ch t l ng ti p xúc tr c ti p v i ñ ng h . Khi ñó ngư i ta s d ng không khí ñ truy n tác ñ ng c a l c thu tĩnh lên ng ru t gà g n trong ñ ng h . Có th dùng các lưu ch t khác nhưng t t nh t là không dùng không khí vì giá thành r và luôn có s n. Sau ñây là m t s d ng c có ñ ng h ño không ti p xúc tr c ti p v i ch t l ng ch a trong b n: - B y hơi là m t h p nh ñư c nhúng chìm sâu trong b n. Khi m c ch t l ng trong b n dâng lên thì áp su t không khí trong b y s tăng lên. Không khí thông v i áp k qua m t ng kim lo i. Quan sát áp k hay chuy n thang ño áp sang thang ño chi u dài s xác ñ nh ñư c chi u cao m c ch t l ng. - Màng ngăn cũng có nguyên t c ho t ñ ng tương t b y hơi. ði m khác nhau ch không khí ñư c gi trong h p nh màng ngăn che ñáy h p. Màng này r t linh ñ ng và có ñ co giãn cao. Khi m c ch t l ng trong b n tăng thì áp su t thu tĩnh tác ñ ng lên màng ngăn. Sau ñó màng ngăn tác ñ ng lên không khí trong h kín làm giãn ng Bourdon trong ñ ng h . Quan sát thang chia có th bi t ñư c m c ch t l ng. - Phương pháp bong bóng khí không ñư c s d ng trong b n b ch a s n ph m d u khí do t o b t, khó quan sát và cũng không chính xác. - Các phương pháp gián ti p trên ch ñư c dùng khi b n h , thông v i khí tr i. V i b n ch a các s n ph m khí hoá l ng thì m t phương pháp gián ti p có th s d ng là áp k ño chênh l ch áp su t. ðó là m t ng ch U có ch a thu ngân. M t ñ u ng thông v i ñáy b n ch a ch t l ng, ñ u còn l i thông v i kho ng không gian ch a hơi bão hoà trên b n. Áp su t thu tĩnh do ch t l ng gây ra ñè m c thu ngân trong nhánh thông v i ch t l ng xu ng và làm m c thu ngân bên ñ u còn l i dâng lên. Chênh l ch m c thu ngân cho ta bi t chi u cao ch t l ng trong b n ch a. D ng c ño dùng b c x : Lo i d ng c này có th dùng ñ xác ñ nh m c ch t l ng t i m t ñi m hay theo dõi m c ch t l ng dâng lên m t cách liên t c. http://www.ebook.edu.vn 40
Phương pháp b c x ñư c dùng khi s n ph m có tính ăn mòn cao (phân ño n d u thô có hàm lư ng H2S l n), hay nhi t ñ t n tr cao (bitum). M t s trư ng h p không th b trí các lo i d ng c ño khác thì có th dùng các c m bi n b c x . V i lo i d ng c ño dùng b c x , ngư i ta b trí m t bên b n là các ñ u phát ra b c x , m t bên là ñ u nh n tia b c x . M c ch t l ng dâng lên che các ñ u phát ra tia b c x . Cư ng ñ b c x nh n ñư c s gi m d n. Tương ng v i s thay ñ i cư ng ñ b c x c a ñ u nh n s quy ra chi u cao m c ch t l ng. D ng c ño s thay ñ i kh i lư ng: Lo i d ng c này cơ b n là dùng c m bi n kh i lư ng (load cell) ñ ghi nh n lư ng ch t l ng có trong b n. Trong công nghi p d u khí, b n b r t l n và n n móng cũng có nh ng yêu c u k thu t nh t ñ nh. Vì v y s r t khó khăn trong vi c b trí các load cell. Ngoài ra khi các c m bi n này b hư thì vi c l y lên thay cái m i không ph i d . Do ñó ngư i ta r t h n ch vi c dùng các load cell. Tuy nhiên lo i d ng c này cũng có nh ng ưu th nh t ñ nh. Do ñ c thù c a s n ph m d u khí là d bay hơi và tuỳ theo nhi t ñ môi trư ng mà th tích lư ng ch t l ng có th khác nhau. Vì v y trong buôn bán, t n tr và ñánh giá s n ph m ngư i ta ñ u d a trên kh i lư ng. Khi ñó s d ng l i d ng c ño m c ch t l ng thông qua ño kh i lư ng s r t có l i. Bên c nh vi c ki m soát ñư c m c ch t l ng, chúng ta còn bi t kh i lư ng xu t nh p là bao nhiêu 3.4 Các thi t b h tr khác Các thi t b này giúp ki m tra b n, các thông s k thu t c a b n. Các th nghi m này ñ u theo tiêu chu n API. Các thi t b ño chi u cao c a b n, ñ lún c a n n, ki m soát chu vi cũng như ñ méo c a b n, b dày c a b n qua quá trình t n tr , h th ng ñư ng ng n i vào b n. Ngoài ra còn có các thi t b ño t tr ng, ño nhi t ñ ñ u, thi t b ño hàm lư ng c n trong b n (theo API và ASTM). Song song ñó c n thi t k thêm c u thang xo n giúp ki m tra các b ph n trên ñ nh b n như n p b n, h th ng làm mát… C a ngư i (hole man): M i b n ch a có 1-2 c a ngư i l p ñ t trên thành b n, ñư c ch t o cùng lo i v t li u v i thân b n. C a ngư i ñư c thi t k ñ thu n l i thao tác v sinh, s a ch a b n cũng như quan sát m c ch t l ng trong b n. ðê ch n l a: Thư ng làm b ng ñ t ho c bê tông, có b dày và chi u cao ñ l n ñ ch a h t ch t l ng có trong b n n u có s c Trong trư ng h p x y ra s c (v b n, cháy, …) b c tư ng này s ngăn ch t l ng l i ñ n khi nó ñư c bơm sang b n khác ho c có bi n pháp x lý ñ ng http://www.ebook.edu.vn 41