TIÊU
CHUẨN QUỐC GIA
TCVN
10953-4:2015
HƯỚNG
DẪN ĐO DẦU MỎ - HỆ THỐNG KIỂM CHỨNG - PHẦN 4: PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY XUNG
Guidelines
for Petroleum measurement - Proving systems - Part 4: Pulse interpolation
Lời nói đầu
TCVN 10953-4:2015 được xây dựng trên
cơ sở tham khảo
API 4.6:1999 Manual of Petroleum measurement Standard - Chapter 4: Proving
systems - Section 6: Pulse interpolation.
TCVN 10953-4:2015 do Ban kỹ thuật
tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 30 Đo lưu lượng lưu chất trong ống dẫn kín
biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công
nghệ công bố.
HƯỚNG DẪN ĐO
DẦU MỎ - HỆ THỐNG KIỂM CHỨNG - PHẦN 4: PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY XUNG
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp đo
thời gian kép của nội suy xung, bao gồm các yêu cầu về vận hành hệ thống
và các phép thử thiết bị, được áp dụng cho kiểm chứng đồng hồ.
2. Tài liệu viện dẫn
Các tài liệu viện dẫn sau rất cần
thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố
thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm
công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu
có).
API Chapter 4 Manual of Petroleum
measurement standard -
Chapter 4: Proving system - Section 3: Small volume provers (Tiêu chuẩn hướng
dẫn đo dầu mỏ - Chương 4: Hệ thống kiểm chứng - Bình chuẩn dung tích nhỏ)
API Chapter 12 Manual of Petroleum
measurement standard -
Chapter 12: Calculation of petroleum quantities using dynamic measurement methods
and volumetric correction factors - Part 3: Proving reports (Tiêu chuẩn hướng
dẫn đo dầu mỏ - Chương 12: Tính đại lượng đo sử dụng phương pháp đo động và hệ
số hiệu chính thể tích - Báo cáo kiểm chứng)
3. Thuật ngữ và định
nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ
và định nghĩa sau:
3.1. Tín hiệu cảm
biến
(detector signal)
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
3.2. Đo thời gian
kép
(double-chronometry)
Kỹ thuật nội suy xung sử dụng để tăng
mức độ phân biệt các xung đầu ra của lưu lượng kế được phát hiện giữa các tín
hiệu cảm biến của chuẩn. Kỹ thuật này được thực hiện bởi việc phân tích những
xung này thành một số nguyên của số xung cộng với một phần lẻ của một xung bằng
cách sử dụng hai bộ đếm thời gian tốc độ cao kết hợp với cổng logic, được điều
khiển bởi các tín hiệu cảm biến và các xung của lưu lượng kế.
3.3. Độ phân biệt của lưu lượng
kế
(flowmeter discrimination)
Số đo lượng tăng nhỏ nhất của thay đổi
số xung trên một đơn vị thể tích của thể tích đang được đo.
3.4. Tần số (Frequency)
Số lần lặp lại, hoặc chu kỳ của tín hiệu
thay đổi theo chu kỳ (ví dụ: các xung, điện áp xoay chiều hoặc dòng điện) xảy
ra trong chu kỳ 1 s. Số lần lặp lại đó, hoặc số
chu kỳ, xảy ra trong chu kỳ một giây
được biểu thị bằng Hz.
3.5. Sự liên tục
xung của đồng hồ (meter pulse continuity)
Độ lệch của chu kỳ giữa các xung của
lưu lượng kế, được tính theo phần trăm của một chu kỳ xung đầy đủ.
3.6. Đồng hồ không
có bộ phận quay (nonrotating meter)
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
3.7. Chu kỳ của
xung
(pulse period)
Giá trị nghịch đảo của tần số xung. Chẳng
hạn như tần số xung của một lưu lượng kế là 2 Hz, thì chu kỳ của xung đó
là 1/2 s.
3.8. Bộ phận tạo xung (pulse
generator)
Thiết bị điện tử mà có thể được lập
trình để phát ra một lượng xung điện áp với một tần số hoặc chu kỳ thời gian
chính xác.
3.9. Nội suy xung (pulse
interpolation)
Bất kỳ một kỹ thuật nào toàn bố số
xung được đếm giữa hai sự kiện (chẳng hạn như tín hiệu thay đổi giữa hai lần
đóng công tắc cảm biến) và bất cứ phần lẻ nào còn lại của xung giữa hai sự kiện
cũng được tính.
3.10. Đồng hồ dạng
quay
(rotating meter)
Bất kỳ một thiết bị đo nào mà tín hiệu
xung đầu ra được dẫn xuất từ việc quay của bộ phận cơ khí được dẫn động bởi dòng
chảy. Ví dụ đồng hồ tuốc bin và đồng hồ thể tích là những thiết bị đo mà tín hiệu
ra được dẫn xuất từ chuyển góc liên tục của bộ phận được dòng chảy chuyền động.
3.11. Tỷ số tín hiệu và nhiễu
(signal-to-noise ratio)
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
4. Đo thời gian kép nội
suy xung
Phép đo thời gian kép nội suy xung yêu
cầu phải đếm toàn bộ số xung nguyên của lưu lượng kế, Nm - được tạo
ra trong một lần kiểm chứng và đo các khoảng thời gian T1 và T2. T1 là khoảng thời
gian giữa xung đầu tiên của lưu lượng kế sau khi tín hiệu đầu
tiên của cảm biến được kích thích và xung lưu lượng kế đầu tiên sau tín hiệu của
cảm biến đầu tiên và cuối cùng. T2 là khoảng thời gian
giữa tín hiệu đầu tiên và cuối cùng.
Bộ tính xung hoặc bộ đếm
thời gian được bắt đầu và kết thúc bởi các tín hiệu cảm biến của chuẩn hoặc giữa
các cảm biến. Các khoảng thời gian T1 (tương ứng với
số xung Nm) và khoảng thời gian T2 (tương ứng với
số xung đã được nội suy, N1) được đo bằng đồng hồ
chính xác. Số xung đã được
nội suy được tính như sau:
N1 = Nm(T2/T1)
Việc sử dụng kỹ thuật đo thời gian kép
trong các kiểm chứng đồng hồ yêu cầu độ phân biệt của các khoảng thời gian T1 và T2 phải lớn hơn ±
0,01 %. Do vậy chu kỳ thời gian của T1 và T2 phải lớn
hơn ít nhất 20 000 lần so với chu kỳ chuẩn Tc của đồng hồ được sử dụng để
đo khoảng thời gian. Tần số đồng hồ, Fc phải đủ lớn để đảm bảo rằng cả T1 và T2
được tích lũy tối thiểu 20 000 xung đồng hồ trong quá trình kiểm chứng. Điều
này không khó có thể đạt được, vì các công nghệ điện tử hiện tại được sử dụng
cho nội suy xung thường sử dụng các tần số đồng hồ trong dải MHz.
4.1. Điều kiện sử
dụng
Các điều kiện sau đây được áp dụng để
đo thời gian kép nội suy xung:
4.1.1. Số lượng xung
được nội suy, N1, sẽ không là một số nguyên. Vì vậy
N1 được làm
tròn như trong API
12.2.3.
4.1.2. Các phương
pháp nội suy xung đều được dựa trên giả định rằng lưu lượng thực không thay đổi
trong chu kỳ giữa các xung liên tiếp của đồng hồ và mỗi xung đại diện cho cùng
một thể tích. Để giả định này có giá trị, những dao động với chu kỳ ngắn của
lưu lượng trong quá trình kiểm chứng phải được giảm thiểu.
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
4.2. Yêu cầu hoạt
động của lưu lượng kế
Các lưu lượng kế được kiểm chứng và tạo
ra các xung cho hệ thống nội suy xung phải đáp ứng yêu cầu sau;
a) Nếu tốc độ lặp xung tại một lưu lượng
ổn định không được duy trì trong giới hạn đưa ra tại API 4.3 thì lưu lượng kế
chỉ có thể được sử dụng với hệ thống nội suy xung với mức chính xác tổng thấp
hơn. Trong trường hợp này nên xem xét lại về đánh giá của độ chính xác hiệu chuẩn
hoặc tăng số các lần kiểm chứng/ kết hợp với các kỹ thuật lấy trung bình.
b) Tính liên tục về xung của đồng hồ
trong các lưu lượng kế kiểu quay phải phù hợp với các yêu cầu trong API 4.3.
Xung lưu lượng kế tạo ra có thể được quan sát bằng máy hiện song (oscilloscope)
mà thời gian cơ sở được cài đặt tới giá
trị nhỏ nhất của một chu kỳ đầy đủ, để kiểm tra tính liên tục về xung của lưu
lượng kế.
c) Độ lặp lại của các lưu lượng
kế không có bộ phận quay sẽ là một hàm của tốc độ thay đổi tần số xung tại lưu
lượng ổn định. Để áp dụng các kỹ thuật nội suy xung cho các lưu lượng kế không
có bộ phận quay thì tính liên tục về xung của lưu lượng kế phải phù hợp với API 4.3
đã duy trì độ
chính xác hiệu chuẩn.
d) Kích cỡ và hình dạng của xung tạo
ra bởi các lưu lượng kế phải phù hợp với sự thể hiện của hệ thống nội suy xung.
Nếu cần, tín hiệu phải được khuếch đại và định hình trước khi đi vào hệ thống nội suy
xung.
5. Phép thử với thiết
bị điện tử
Sự thao tác chính xác của phép nội suy
xung điện tử có tính quyết định để duy trì độ chính xác kiểm chứng. Một phép thử
về trường chức năng phải được thực hiện định kỳ để đảm bảo thiết bị đang vận
hành đúng. Điều này có thể được thực hiện đơn giản bằng cách tính toán thủ công để kiểm
tra rằng
thiết
bị tính toán đúng số xung nội suy, hoặc nếu cần, tiến hành tất cả các phép thử
chứng nhận trong Điều 6.
6. Yêu cầu về phép thử
chức năng hoạt động
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Sử dụng chức năng hiển thị dữ liệu
được trang bị, bộ phận này phải được thử nghiệm về mặt chức năng bằng cách thực hiện
tuần tự các lần kiểm chứng và
phân tích dữ liệu hiển thị hoặc dữ
liệu in ra.
7. Chứng chỉ thử nghiệm
Chứng chỉ thử nghiệm phải
được nhà sản xuất máy tính lưu lượng thực hiện trước khi chuyển giao thiết bị
và nếu cần, bởi người sử dụng theo danh mục chủ yếu, hoặc thỏa thuận công
nhận lẫn nhau giữa các bên liên quan. Chứng chỉ thử nghiệm này không
loại trừ các phép thử khác mà phải
thực hiện trong lắp đặt thực tế.
Sơ đồ khối của chứng chỉ
thử nghiệm thiết bị được nêu trong Hình A.2.
Một bộ tạo xung có khả năng điều chỉnh,
được chứng nhận và dẫn xuất với độ
không đảm bảo đầu ra nhỏ hơn hoặc bằng
0,001 % được cài đặt để tạo ra tín hiệu tần số đầu ra Fm, mô
phỏng một dãy xung của lưu lượng kế. Tín hiệu này được nối tới đầu vào máy
tính lưu lượng.
Một bộ tạo xung thứ hai đã được điều
chỉnh, chứng nhận
và được dẫn xuất, có độ không đảm bảo đầu ra nhỏ hơn hoặc bằng 0,001 % có khả năng cũng được
cài đặt để tạo ra một xung đầu ra được chia tách bởi chu kỳ thời gian T2, mô phỏng tín hiệu của
cảm biến công tắc. Tín hiệu này được nối tới các đầu vào máy tính lưu lượng.
Hàm nội suy xung cũng quan trọng hơn
khi có ít xung đồng hồ được thu thập giữa các công tắc cảm biến đặt chu kỳ xung
của bộ tạo xung thứ 2 để đưa ra thời gian thể tích T2 bằng thời
gian được tạo ra bởi cảm biến chuẩn ở lưu lượng kiểm chứng nhanh nhất mong đợi.
Chức năng nội suy xung có tính quyết định
hơn khi một số ít xung thời gian được thu thập giữa các công tắc cảm biến. Cài
đặt tần số đầu ra của bộ tạo xung thứ nhất để tạo ra tần số bằng với lưu lượng kế mà
có số xung thấp nhất trên một đơn vị thể tích được thử nghiệm với thiết bị tại lưu
lượng thử cao nhất
được mong đợi.
Chức năng nội suy xung có tính quyết định
hơn khi một số ít xung thời gian được thu thập giữa các công tắc cảm biến. Cài
đặt tần số đầu ra của bộ tạo xung thứ hai để tạo ra thể tích theo thời gian, T2,
bằng thời gian được tạo bởi cảm biến của chuẩn tại lưu lượng kiểm chứng mong muốn
lớn nhất.
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Khoảng thời gian cho 0,81225 barrels tại
lưu lượng 3000 barrels/giờ là:
T2 = 3000 x 0,81225/3600
= 0,676875 s
Tần số lưu lượng kế Fm tạo
ra bởi lưu lượng kế tại lưu lượng 3000 barrels/giờ là:
Fm = 3000 x 1000/3600 =
833 33333 Hz
Xung nội suy của lưu lượng kế được tính
toán đơn giản bằng cách lấy tần số mô
phỏng Fm của lưu lượng kế nhân với thời gian mô phỏng theo thể tích
T2
N1 = 833 33333 x 0,676875 =
564,0625
Kiểm tra các kết quả chỉ thị hay in ra
bởi máy tính lưu lượng, đảm bảo rằng chúng phải nằm trong phạm vi ± 0,01 % của
giá trị tính toán.
Nếu có thể để lựa chọn tần số mô phỏng F’m bằng đúng bội
số của thời gian T’2, bằng cách tạo ra sự đồng bộ giữa các
xung mô phỏng của lưu lượng kế và tín hiệu của các công tắc hành trình. Trong trường
hợp này sẽ cần thay đổi hoặc tần số mô phỏng của lưu lượng kế F’m
hoặc chu kỳ mô phỏng T2 của tín hiệu công tắc
hành trình để đảm bảo
rằng các xung được nội suy sẽ bao gồm cả phần lẻ của xung.
8. Thử nghiệm để được
cấp giấy chứng nhận của nhà sản xuất
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Nếu thiết bị điện tử nội suy xung được
thử nghiệm và kiểm định bằng cách sử dụng thiết bị và quy trình đã trình bày, thì
có thể sử dụng trong quá trình kiểm chứng lưu lượng kế với độ tin cậy mà sẽ đóng góp
vào độ không đảm bảo tổng hợp một độ không đảm bảo nhỏ hơn ± 0,01 % trong phạm
vi tần số tín hiệu xung được thử nghiệm.
PHỤ LỤC
A
(tham khảo)
Tính toán xung nội suy
A.1. Giới thiệu
chung
Phương pháp đo thời gian kép của nội
suy xung được nêu trong Điều 4. Hình A.1 là sơ đồ của các tín hiệu điện yêu cầu
cho kỹ thuật này. Kỹ thuật này đưa ra những dữ liệu số học được yêu cầu để giải
đáp phần phân số của một xung đơn nguyên của lưu lượng kế. Kỹ thuật đo thời
gian kép nội suy xung yêu cầu sử dụng ba bộ đếm điện sau: CTR-Nm để
đếm số xung nguyên của lưu lượng kế; CTR-T1 đếm thời gian yêu cầu để tích lũy
các xung nguyên của lưu lượng kế; CTR-T2 để đếm thời gian giữa các tín hiệu của
cảm biến tín hiệu để xác định thể tích dịch chuyển của chuẩn.
Kỹ thuật đo thời gian kép giảm tổng số
các xung nguyên của lưu lượng kế thông thường yêu cầu cho thể tích dịch chuyển ít
hơn 10 000 để vẫn đạt được độ không đảm bảo của độ phân biệt là 0,02 % (giá
trị trung bình là ± 0,01 %) cho một lần kiểm chứng.
Các hướng dẫn về độ phân biệt của thời
gian/xung yêu cầu được trình bày trong Điều 4 và sẽ được sử dụng kết hợp với một
chuẩn được thiết kế phù hợp về các tham số kích thước đã được nêu
trong API
4.3.
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Hình A. 1 -
Sơ đồ điều chỉnh thời gian
kép của nội suy xung
Hình A.2 - Thiết bị thử chứng nhận đối
với thời gian kép của nội suy xung
A.2. Ví dụ
A.2.1. Ví dụ 1 -
Tính toán nội suy xung
Các dữ liệu đầu vào như
sau:
Fc là tần số đồng hồ sử
dụng để đo khoảng thời gian, tính theo Hz > (20 000 x N1) x Fm
Fm là tần số xung đầu
ra của lưu lượng kế (giá trị lớn nhất để
phân tích) (= 520 Hz).
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
N1 là số xung của
lưu lượng kế đã được nội suy; (= (T2/T1) x Nm)
T1 là khoảng thời
gian để đếm số xung nguyên của lưu lượng kế (N) tính bằng giây (s);
(= 2,43914 x (CTR-T1))
T2 là khoảng thời
gian giữa tín hiệu cảm biến thứ nhất và thứ hai (tương ứng thể tích chuẩn);
(= 2,43917 x (CTR-T2))
Nếu yêu cầu độ không đảm bảo của phép
nội suy xung tốt hơn ± 0,01 %, thì:
100 000
> (20000/200 xung) x (520 HZ)
> (100) x
(520)
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
CHÚ THÍCH: Chu kỳ của đồng hồ là nghịch đảo của tần
số, T=1/F. Vì vậy chu kỳ của
một xung đồng hồ là T=1/100 000 Hz
hay 0,00001 s. Độ phân biệt của đồng hồ là 0,00001/2,43914 hoặc 0,0004 %. Yêu cầu giá
trị Fc và yêu cầu độ phân biệt trong Điều 4 vì vậy sẽ được
thỏa mãn.
Tính toán giá trị nội suy xung:
N1 =
(2,43917/2,43914) x (200)
= (1,00001) x (200)
= 200,002
A.2.2. Ví dụ 2 -
Tính toán giá trị trong giấy
chứng nhận
Sử dụng các thiết bị như trong Hình
A.2, áp dụng các dữ kiện sau:
Dữ liệu mô phỏng
F’m là tần số xung của bộ
phát số một mô phỏng xung đồng hồ tính bằng Hz.
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
T’2 là chu kỳ xung của bộ
phát xung số hai mô phỏng tín hiệu cảm biến theo giây (s)
= 1,666667
Các dữ liệu quan sát tại máy tính lưu
lượng:
Nm là số xung nguyên của
lưu lượng kế
= 388.
T1 là số xung đồng hồ
tích lũy trong quá trình đếm số xung nguyên của lưu lượng kế (Nm)
= 166 523
T2 là số xung đồng hồ tích
lũy trong quá trình mô phỏng thể tích kiểm chứng
= 166 666.
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
So sánh các kết quả:
N’1 là xung nội suy tính
được dựa trên chứng nhận của các bộ phát xung
= F’m x T2
= 233 x 1,666667
= 388 33341
N1 là số xung nội suy được quan sát trên máy
tính chuẩn
= Nm (T2/T1)
= 388 x (166666/166523)
= 338 3319
...
...
...
Bạn phải
đăng nhập hoặc
đăng ký Thành Viên
TVPL Pro để sử dụng được đầy đủ các tiện ích gia tăng liên quan đến nội dung TCVN.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
(N’1 - N1)/N’1 < 0,0001
(388 33341 -
388 33319) / 388 33341 = 0,0000005
Kết quả của thử nghiệm thiết bị phù hợp
với kết quả tính toán dựa trên dữ liệu lên máy tạo xung có liên kết chuẩn
0,00005 % thì loạt thử nghiệm chứng nhận được chấp nhận.
THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] API Chapter 5: Manual of Petroleum
measurement Standard - Metering (Tiêu chuẩn hướng dẫn đo dầu mỏ - Phép đo).