Tính lưu lượng qua tấm orifice (đo lưu lượng bằng chênh áp) theo ISO 5167-2
Tính lưu lượng từ chênh áp đo được, hoặc tính đường kính lỗ tấm orifice cần gia công cho lưu lượng và chênh áp thiết kế. Hệ số xả C tính theo phương trình Reader-Harris/Gallagher, có hệ số giãn nở cho chất khí, số Reynolds, tổn thất áp vĩnh viễn và kiểm tra giới hạn áp dụng của tiêu chuẩn.
Kết quả kèm bảng quy đổi tín hiệu 4–20 mA của transmitter chênh áp sang lưu lượng – dùng trực tiếp để cài đặt PLC/DCS.
1. Thông số đường ống, tấm orifice và môi chất
Chất lỏng
Chất khí
Khí: lưu lượng tiêu chuẩn Nm³/h quy về 0 °C, 1,01325 bar a. Tính toán chưa xét hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu ống/tấm và độ nhám ống – sai lệch thường nhỏ hơn 0,1–0,3% với điều kiện thông thường.
Cần tấm orifice, transmitter chênh áp hoặc kiểm tra hệ đo lưu lượng?
HOANTRANTDH cung cấp transmitter chênh áp, bộ van manifold, tấm orifice gia công theo bản tính và hỗ trợ cấu hình khai căn trên PLC/DCS.
Kiến thức chuyên sâu: đo lưu lượng bằng chênh áp
1. Nguyên lý
Tấm orifice là một tấm kim loại có lỗ tròn sắc cạnh đặt giữa hai mặt bích. Dòng chảy bị thắt lại khi đi qua lỗ, vận tốc tăng và áp suất giảm (định luật Bernoulli). Đo chênh áp ΔP giữa phía trước và phía sau tấm, ta suy ra lưu lượng:
qm = C / √(1 − β⁴) × ε × (π/4) × d² × √(2 × ΔP × ρ)
- β = d / D: tỷ số đường kính lỗ và đường kính ống.
- C: hệ số xả – phản ánh việc dòng thực tế thắt hẹp hơn lỗ và có ma sát; với orifice khoảng 0,60–0,61, phụ thuộc β và số Reynolds.
- ε: hệ số giãn nở – bằng 1 với chất lỏng; nhỏ hơn 1 với chất khí vì khí giãn nở khi áp suất giảm.
2. Quan hệ căn bậc hai và dải đo
Lưu lượng tỷ lệ với √ΔP, nên dải đo hẹp: lưu lượng 10% chỉ tạo 1% ΔP. Transmitter chênh áp có sai số cố định theo % dải, nên ở lưu lượng thấp sai số lưu lượng tăng rất nhanh. Dải làm việc hợp lý của một orifice khoảng 3:1 đến 4:1 (ví dụ 30–100% lưu lượng). Muốn dải rộng hơn: dùng hai transmitter dải khác nhau, hoặc chọn công nghệ khác (điện từ, vortex, Coriolis).
3. Chọn β và chênh áp thiết kế
- β nên trong khoảng 0,3–0,65: β nhỏ cho ΔP lớn nhưng tổn thất năng lượng lớn; β lớn nhạy với độ nhám ống và chiều dài đoạn ống thẳng.
- Chênh áp thiết kế ở lưu lượng lớn nhất thường chọn theo dải chuẩn của transmitter: 125, 250, 500, 1000, 2500 mbar. Chất lỏng thường 250–500 mbar; khí áp thấp nên giữ ΔP/P1 nhỏ (dưới khoảng 10%) để ε gần 1 và tổn thất ít.
- Tổn thất áp vĩnh viễn khoảng (1 − β^1,9) × ΔP: với β = 0,6, khoảng 60–65% ΔP.
4. Điều kiện lắp đặt quyết định độ chính xác
- Đoạn ống thẳng: trước tấm cần từ khoảng 10D đến hơn 40D tùy β và loại vật cản phía trước (co, hai co khác mặt phẳng, van); sau tấm khoảng 4–8D. Có thể dùng bộ nắn dòng để rút ngắn.
- Tấm đúng hướng: mặt sắc cạnh hướng về phía dòng chảy tới; tấm lắp ngược làm sai lệch lớn. Cạnh vào phải sắc – cạnh bị mòn tròn làm C tăng và đo thiếu lưu lượng.
- Đường dẫn áp (impulse line): chất lỏng – transmitter đặt dưới điểm lấy áp, đường ống dốc xuống để không đọng khí; khí – transmitter đặt trên điểm lấy áp để nước ngưng chảy về ống; hơi nước – dùng bình ngưng, hai đường phải có cột nước bằng nhau.
- Manifold 3 hoặc 5 van: mở van cân bằng trước khi mở/đóng van chặn để tránh quá áp một phía làm hỏng màng cảm biến; kiểm tra zero bằng cách cân bằng hai buồng.
5. Giới hạn áp dụng ISO 5167-2 (tấm orifice)
- d ≥ 12,5 mm; 50 mm ≤ D ≤ 1000 mm; 0,1 ≤ β ≤ 0,75.
- Lấy áp mặt bích và góc: ReD ≥ 5000 khi β ≤ 0,56; ReD ≥ 16000 β² khi β > 0,56. Lấy áp D và D/2: ReD ≥ 5000 (β ≤ 0,56) và ≥ 16000 β² (β > 0,56).
- Ngoài các giới hạn này, độ không đảm bảo của C tăng – cần hiệu chuẩn thực nghiệm hoặc chọn thiết bị khác.
Tìm hiểu thêm: Công cụ tính toán kỹ thuật (khai căn 4–20 mA) · Chọn cảm biến lưu lượng · Điện từ, Coriolis hay siêu âm