Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6022:2008 Chất lỏng dầu mỏ - Lấy mẫu tự động trong đường ống

• Số hiệu: TCVN6022:2008
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2008

Danh sách các chất lỏng trong đường ống ^(1)	Các đặc tính của dụng cụ lấy mẫu tự động
	Gia nhiệt buồng chứa hệ thống lấy mẫu	Chuẩn bị phương tiện tách mẫu khỏi khí quyển	Bình thu duy trì ở +4^0C
Dầu thô	Có ^(2)	Có ^(2)	Không
Naphtha	Không	Có	Không
Xăng	Không	Có	Không
Nhiên liệu phản lực	Không ^(3)	Có	Có ^(4)
Gazoin/dầu đốt dân dụng	Không	Không	Không
Nhiên liệu nặng 1/nhiên liệu nặng 2	Có	Không	Không

1) Không cần điều hòa ống đối với các chất đồng nhất trong đường ống.

2) Vấn đề cần hay không còn tùy thuộc vào loại dầu thô và các yêu cầu làm việc.

3) Trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt thì không theo qui định này

4) Chỉ áp dụng điều này khi cần thiết (tính chất ăn mòn bạc).

10.3.1. Thường sử dụng máy đo tuốcbin lồng trong đường ống có đường kính lớn. Tín hiệu đo là một chuỗi xung làm đơn giản hóa thiết kế điện của bộ điều khiển. Vùng làm việc có thể bị hạn chế và bộ chính xác có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng do những thay đổi độ nhớt của chất lỏng được đo. Các máy đo tuốcbin lồng có thể bị tắc do các vật liệu sợi hoặc những mảnh vụn khác có trong dầu, do đó phải chú ý khả năng lắp lưu lượng kế thứ hai.

10.3.2. Thường sử dụng lưu lượng kế siêu âm. Tín hiệu lưu lượng kế là một chuỗi xung và dòng, nó làm đơn giản thiết kế điện của bộ điều khiển. Các lưu lượng kế siêu âm không bị ảnh hưởng bởi độ nhớt. Vận tốc chảy bé nhất tiêu biểu là 0,09m/s.

10.3.3. Có thể sử dụng các lưu lượng kế đĩa có lỗ tùy theo lựa chọn, hoặc là các máy đo venturi hoặc các ống lưu lượng pitot, có thể sử dụng để giảm tối thiểu sự thất thoát áp suất thường xuyên. Sự suy giảm áp suất qua dòng chảy được đo bằng bộ phận truyền chênh áp, có tín hiệu ra tỉ lệ với căn bậc hai của số đo. Lắp một bộ truyền đơn lẻ có dải tỉ số khoảng 4 đến 1. Có thể dùng hai bộ bộ truyền để mở rộng vùng: một có vùng chênh lệch áp suất cao và một có vùng chênh lệch áp suất thấp. Tuy nhiên, việc thiết kế bộ điều khiển cho việc lắp ráp hai bộ truyền là phức tạp và có nhiều vấn đề nảy sinh.

10.3.4. Đối với các tốc độ dòng nhỏ, có thể dùng một máy đo theo nguyên tắc dịch chuyển dương kích thước ống hoặc một máy đo tuốc bin. Việc lắp ráp máy đo có thể đơn giản, vì không phải dùng bộ giao nhận chính xác. Không cần phương tiện hiệu chuẩn và thử.

10.3.5. Có thể dùng các lưu lượng kế khác nhau như các máy đo lan truyền xoáy nước.

...

...

...

10.4. Chú ý

Máy đo nào cũng phải có khả năng làm việc cả khi có nồng độ nước cao, và khi có tạp chất dạng hạt đặc biệt hoặc các bong bóng khí.

Bước cuối cùng của thao tác xả dầu thường là tháo cạn. Chú ý khả năng có một lượng khí không xác định có thể chui vào những ống xả, đóng vai trò như chất lỏng chảy ở lối ra của lưu lượng kế và cũng làm hỏng các máy đo cơ học do tác động quá nhanh của chất khí vào các máy đo.

11. Các bình thu nhận và chứa mẫu

11.1. Bình thu nhận mẫu

Bình thu nhận mẫu phải có thiết bị hiển thị mức hoặc thiết bị tương đương, ví dụ hệ thống cân dùng để kiểm tra và thiết bị ngắt khi mẫu đạt mức qui định, hay thiết bị báo động.

Cần phải có các phương tiện để trộn chất lỏng trong bình thu, để đảm bảo rằng các mẫu là đại diện khi chuyển tới các thiết bị phòng thí nghiệm, hoặc các thùng chứa khác.

Hai loại bình chứa mẫu được dùng hiện nay là:

11.1.1. Các bình chứa mẫu - thể tích cố định

...

...

...

11.1.2. Các bình thu mẫu - thể tích thay đổi

Các bình này được thiết kế để tránh sự tiếp xúc của dầu thô với không khí, như vậy sẽ tránh thất thoát phần nhẹ và hơi nước. Bình được làm bằng vật liệu mềm dẻo và có khả năng xẹp lại hoàn toàn, hoặc gồm một bình có pitston, hay màng chắn được nạp trước nitơ hoặc heli, đây là loại bình có màng chắn được ưa dùng cho các sản phẩm dầu mỏ có áp suất hơi cao, và cho dầu thô.

11.2. Thùng chứa mẫu

Các thùng chứa có thể được trang bị bộ phận làm đồng nhất ở phía trong, hoặc những bộ phận nối cần thiết khi hệ thống trộn ở ngoài (xem 12.2.3).

11.3. Các tính chất thông dụng của bình thu và bình chứa mẫu

11.3.1. Các bình thu thể tích cố định được chế tạo có đủ không gian để vét phần còn lại khi kết thúc giai đoạn lấy mẫu, và một phương tiện để xả áp suất tăng lên do giãn nở dưới mọi điều kiện. Bình phải chịu được mọi giãn nở nhiệt của lượng chứa ở trong đến nhiệt độ cao nhất có thể, và không làm cho áp suất làm việc bị vượt quá mức qui định.

Bình phải làm bằng vật liệu chịu dầu. Cần chú ý là bình thu và bình chứa làm bằng chất dẻo là không thích hợp để bảo quản mẫu lâu dài, vì tính thấm của chất dẻo có thể gây ra thất thoát khác nhau của một số thành phần mẫu.

Bình có khả năng xả qua một van điều khiển áp suất, điều chỉnh thích hợp để giảm đến tối thiểu sự thất thoát các thành phần có điểm sôi thấp.

11.3.2. Phải tiến hành việc thử áp suất và các công tác thanh tra khác theo qui định hiện hành. Thực hiện làm vệ sinh và kiểm tra rò rỉ theo những khoảng thời gian đều đặn.

...

...

...

11.3.4. Các chỗ nối cần thiết phải khít, để khi chuyển mẫu từ bình thu đến bình chứa, và từ bình chứa đến các thiết bị thí nghiệm không bị nhiễm bẩn và thất thoát.

Tất cả các chỗ nối phải được trám kín hoặc có nắp đầu ống trừ các van xả. Các ống đo bằng thủy tinh và các van xả phải tránh các vết lở ở trong. Không được phép có các nhánh chết.

Nếu cần, các bình thu mẫu và những chỗ nối phải là không dẫn nhiệt hoặc ít dẫn nhiệt để ngăn cản sự đông cứng mẫu, và làm thuận tiện cho việc tháo rửa (xem 8.4).

11.3.5. Lượng mẫu cần để phân tích và để lưu làm mẫu so sánh, phải đáp ứng yêu cầu riêng. Ngoài ra các cơ quan có thẩm quyền có thể yêu cầu lấy một lượng mẫu tối thiểu.

Điều đó sẽ xác định kích thước tối thiểu của bình thu mẫu và bình chứa mẫu. Thời gian của giai đoạn lấy mẫu, kích thước gầu, tần suất lấy mẫu và các yêu cầu về việc trộn thích hợp (sự đồng nhất hóa) cũng phải chú ý thích đáng trong việc xác định kích thước bình thu.

Nếu mẫu tổng nhiều hơn lượng chứa của một bình thu, hoặc bình chứa thì phải đặc biệt chú ý về thể tích mẫu khác nhau trong mỗi bình thu, hoặc bình chứa để tổ hợp các kết quả phân tích, ví dụ đối với hàm lượng nước trung bình của toàn bộ thể tích mẫu hoặc là trong việc chuẩn bị các mẫu tập hợp để phân tích nếu cần.

11.4. Ghi nhãn mẫu

11.4.1. Các bình chứa mẫu phải được dán nhãn, nhãn thường được dán bằng nhựa chịu dầu hoặc buộc bằng dây và nhãn phải được đánh dấu vĩnh viễn.

11.4.2. Trên nhãn có các nội dung sau:

...

...

...

b) Ngày và giờ bắt đầu lấy mẫu;

c) Ngày và giờ lấy mẫu xong;

d) Số thẻ của mẫu hoặc số để nhận biết bình chứa;

e) Loại chất lỏng được lấy mẫu;

f) Lượng chất lỏng mà mẫu đại diện;

g) Số hiệu và loại bể, tên tầu dầu, số tham chiếu đường ống v.v…

h) Nơi gửi mẫu tới;

i) Chữ ký của người chịu trách nhiệm thu thập mẫu.

12. Xử lý mẫu

...

...

...

12.1.1. Phải lập phương pháp xử lý mẫu từ điểm lấy mẫu đến phòng thí nghiệm, và chỗ lưu mẫu để bảo đảm giữ nguyên được bản chất và tính nguyên vẹn của mẫu.

12.1.2. Phương pháp xử lý mẫu sẽ phụ thuộc vào mục đích lấy mẫu. Quy trình phân tích phòng thí nghiệm được dùng thường yêu cầu phương pháp xử lý riêng kèm theo. Vì vậy cần xem xét phương pháp thử thích hợp để có những hướng dẫn cần thiết về xử lý mẫu cho người lấy mẫu. Nếu các quy trình phân tích được áp dụng có những yêu cầu đối kháng nhau, thì lấy mẫu riêng biệt và áp dụng quy trình thích hợp đối với từng mẫu.

12.1.3. Đặc biệt chú ý các khía cạnh sau:

a) Chất lỏng chứa chất dễ bay hơi, do vậy thất thoát do bay hơi có thể xảy ra;

b) Chất lỏng chứa nước hoặc cặn, có khuynh hướng phân tách trong bình chứa mẫu;

c) Các chất lỏng có sự kết đọng sáp mạnh, do sự kết đọng có thể xảy ra nếu không duy trì được nhiệt độ cần thiết để tránh kết đọng.

12.1.4. Khi tạo những mẫu tập hợp phải đặc biệt chú ý không làm mất phần nhẹ khỏi các chất lỏng dễ bay hơi và không làm thay đổi hàm lượng nước và cặn. Đó làm một quá trình khó khăn và phải tránh bằng mọi cách.

12.1.5. Không chuyển các mẫu chất lỏng dễ bay hơi sang bình chứa khác tại vị trí lấy mẫu mà chuyên chở chúng đến phòng thí nghiệm trong các thùng chứa mẫu đầu tiên, làm sạch và lật ngược, khi cần, phải đặc biệt chú ý nếu mẫu chứa cả các thành phần dễ bay hơi và nước tự do.

12.2. Sự đồng nhất hóa các mẫu

...

...

...

Cần có các qui trình dành riêng cho sự đồng nhất hóa các mẫu chứa nước và cặn, hoặc nói cách khác là các quy trình cho các mẫu không đồng nhất, trước khi chuyển mẫu từ bình chứa mẫu vào các bình chứa nhỏ hơn hoặc đến thiết bị phòng thí nghiệm. Các qui trình để xác minh mẫu được trộn kỹ trước khi vận chuyển được nêu trong phần 12.3.

Không có khả năng khuấy, lắc thủ công các mẫu của chất lỏng chứa nước và cặn đủ để phát tán nước và cặn có trong mẫu. Việc trộn bằng cơ học và thủy lực một cách mạnh mẽ là cần thiết để đồng nhất mẫu trước khi chuyên chở hoặc lấy mẫu con.

Có nhiều phương pháp khác nhau để đồng nhất hóa mẫu. Nên dùng phương pháp mà hệ thống đồng nhất hóa tạo ra các hạt nước nhỏ hơn 50 mm, nhưng không nhỏ hơn 1mm. Các hạt nước dưới 1mm sẽ cho những huyền phù bền và không xác định được hàm lượng nước bằng phương pháp ly tâm.

12.2.2. Đồng nhất hóa bằng thiết bị trộn cơ khí tốc độ khuấy cắt cao

Cho một máy trộn cơ khí tốc độ khuấy cắt cao vào trong thùng chứa mẫu, đặt bộ phận quay cách đáy khoảng 30 mm. Thường máy trộn có cánh quay làm việc ở 3000 vòng/min là thích hợp. Có thể dùng các loại khác nếu có kết quả.

Để giảm sự thất thoát thành phần nhẹ khỏi các dầu thô hoặc các mẫu khác có chứa các thành phần dễ bay hơi, phải chạy máy trộn xuyên qua tấm đệm kín vào thùng chứa mẫu. Trộn cho đến khi mẫu hoàn toàn đồng nhất. Đôi khi thời gian trộn chỉ 5 min là đủ, nhưng kích thước bình chứa và bản chất của mẫu ảnh hưởng đến thời gian trộn. Phải kiểm tra sự đồng nhất của mẫu (xem 12.3).

CHÚ THÍCH: Các máy tốc độ khuấy cắt cao thường tạo ra huyền phù ổn định và hàm lượng nước sau khi trộn không xác định được bằng phương pháp ly tâm (ISO 3734).

Tránh mọi sự tăng nhiệt độ đáng kể trong khi trộn.

12.2.3. Sự tuần hoàn bằng máy trộn ngoài

...

...

...

Áp dụng tốc độ chảy tuần hoàn đủ để khuấy lượng chứa trong bình ít nhất một lần trong một phút. Thời gian trộn là khoảng 15 min, nhưng được thay đổi tùy thuộc hàm lượng nước, loại hydrocacbon và thiết kế của hệ thống. Nếu toàn bộ mẫu được trộn cẩn thận, thì lấy lượng cần thiết cho mẫu con từ một van T nằm trong dòng lưu thông, trong khi vẫn chạy máy bơm. Sau đó tháo hết khỏi thùng chứa và rửa sạch toàn bộ hệ thống, bằng cách bơm dung môi quay vòng cho đến khi loại hết tất cả các vết của hydrocacbon và nước.

12.3. Xác minh hiệu quả của việc trộn

12.3.1. Khi chọn các phương tiện để nhận được mẫu từ hỗn hợp không đồng nhất, phải xác minh sự thích hợp của kỹ thuật trộn, và thời gian cần thiết để thu được một mẫu đã trộn phù hợp.

12.3.2. Nếu mẫu giữ được đồng nhất và ổn định sau khi trộn (khi các thành phần được trộn lẫn hoàn toàn, như pha chế các phụ gia dầu bôi trơn), liên tục trộn đến khi mẫu lấy ra từ bể chính có kết quả phân tích không đổi. Điều đó xác lập được thời gian trộn tối thiểu.

CHÚ THÍCH: Vì mẫu đã đồng nhất sau thời gian trộn tối thiểu và sẽ được giữ nguyên như thế nên có thể lấy mẫu ra khỏi cả khối chính mà không cần khuấy tiếp.

12.3.3. Nếu mẫu chỉ duy trì được tính đồng nhất một khoảng thời gian ngắn sau khi trộn (ví dụ khi nước và cặn là thành phần đáng kể của hỗn hợp), thì dùng phương pháp riêng để xác minh sự trộn như mô tả trong 12.3.4.

CHÚ THÍCH: Do đặc điểm của hydrocacbon có thể lấy mẫu con ngay trong lúc trộn, nếu cần.

12.3.4. Phải đảm bảo là khi lấy mẫu thì thùng chứa chỉ được nạp đầy đến 3/4 và mẫu phải đồng nhất trong một khoảng thời gian qui định, ghi lại khoảng thời gian này. Trong giai đoạn đó, lấy những lượng nhỏ mẫu sau những khoảng thời gian nhất định, và kiểm tra ngay lập tức hàm lượng nước bằng phương pháp tiêu chuẩn (xem 12.3.5). Nếu các kết quả kiểm tra không đổi thì ghi lại giá trị thu được là hàm lượng nước của mẫu trắng.

Cho thêm một lượng nước đo chính xác khoảng giữa 1% và 2% và làm đồng nhất trong khoảng thời gian như đối với mẫu trắng và lấy mẫu theo qui định. Nếu có sự phù hợp giữa hàm lượng nước đã xác định, có tính đến hàm lượng nước trắng và nước cho thêm, thì lặp lại việc cho thêm một lượng nước chính xác, khoảng 1% đến 2%. Nếu các kết quả tiếp tục phù hợp thì thừa nhận thời gian trộn là thích hợp.

...

...

...

12.3.5. Để xác minh, không xác định hàm lượng nước bằng phương pháp li tâm (ISO 3734), vì phương pháp không thể tin cậy đối với hàm lượng nước toàn phần.

12.4. Vận chuyển mẫu

12.4.1. Nếu các thùng chứa mẫu không xách tay được, hoặc không thuận tiện để lấy mẫu trực tiếp từ thùng chứa đưa đến các thiết bị kiểm tra ở phòng thí nghiệm, thì cho mẫu đại diện vào thùng chứa xách tay để chuyên chở tới phòng thí nghiệm.

12.4.2. Tại từng giai đoạn vận chuyển mẫu, điểm chủ yếu là làm đồng nhất lượng trong thùng chứa rồi lấy mẫu theo một trong các phương pháp nêu ở 12.2.

12.4.3. Xác minh thời gian trộn mỗi khi đổ dồn nhiều thùng chứa làm một và trộn bằng một trong số các phương pháp nêu ở 12.3.

12.4.4. Phải hoàn thành việc chuyển mẫu trong khoảng thời gian biết chắc hỗn hợp đồng nhất và ổn định. Giai đoạn này ngắn, phải kết thúc việc chuyển trước 20 min.

13. Các chú ý về an toàn

13.1. Điều cơ bản là phải áp dụng các chú ý an toàn qui định trong điều này một cách nghiêm túc, coi là sự cần thiết tối thiểu để làm việc an toàn. Các chú ý này được áp dụng gắn với các qui định an toàn tương ứng trong nước và quốc tế. Các qui định địa phương luôn luôn được kèm theo, nhưng khi nó có ít yêu cầu hơn những điều chú ý trong điều này thì điều 13.1 phải được coi trọng (xem ISO 3165).

13.2. Thiết bị lấy mẫu, các bình thu mẫu và các thùng chứa mẫu phải được thiết kế thích hợp đối với áp suất mà chúng phải chịu đựng trong khi sử dụng hoặc trong các công việc tiếp theo. Trước khi đưa vào sử dụng, cần phải thử áp suất thiết bị, bình thu và thùng chứa mẫu ở áp suất ít nhất bằng 1,5 lần áp suất làm việc lớn nhất, và sau đó ở những khoảng thời gian qui định lại ghi tính chất của thiết bị và vùng áp suất làm việc. Trên từng bình phải ghi ngày thử áp suất gần nhất, áp suất làm việc lớn nhất cho phép ở nhiệt độ môi trường và khối lượng bì. Nhãn được gắn vào bình hoặc có thẻ gắn vào bình.

...

...

...

13.4. Khi nạp mẫu vào các bình thu hoặc các thùng chứa phải để một khoảng trống cần thiết để đề phòng giãn nở. Nên dùng một thiết bị an toàn để báo đạt giới hạn nạp an toàn. Phải áp dụng các chú ý sau:

a) Bình thu phải có thiết bị xả áp, để giữ áp suất trong bình nằm trong vùng áp suất làm việc;

b) Các bình thu hoặc là các thùng chứa phải được cấu tạo để đảm bảo chịu được ít nhất 1,5 lần áp suất lớn nhất và chịu được ở các nhiệt độ đặc biệt bất kỳ có thể có khi xử lý tiếp.

13.5. Mọi vật liệu dùng để chế tạo bình thu, khi tiếp xúc với chất lỏng lấy mẫu phải không bị bất cứ thành phần nào của chất lỏng đó tấn công.

13.6. Khi xử lý các bình thu và các thùng chứa, điều quan trọng phải bảo đảm là không thải ra các chất độc và chất dễ cháy.

13.7. Phải chú ý tránh hít phải hơi dầu mỏ trong quá trình lấy mẫu. Phải mang găng bảo vệ bằng các vật liệu không hòa tan trong hydrocacbon. Phải mang kính hoặc các tấm chắn che mặt chống bắn tóe. Các chú ý bổ sung là rất cần khi xử lý dầu thô chứa hydrosunfua.

13.8. Tất cả các bộ phận điện nối với dụng cụ lấy mẫu tự động trong vùng đã được phân loại, phải tuân theo các qui định an toàn hiện hành.

13.9. Khi xử lý các nhiên liệu có chì, phải tuân thủ các qui định an toàn tương ứng hiện hành.

13.10. Khi vận chuyển mẫu, phải chú ý đến sự nguy hiểm của việc chuyên chở các bình thu và các thùng chứa vận chuyển, đặc biệt là bằng đường không. Khi cần thiết, phải tham khảo các qui định an toàn thích hợp hiện hành về chuyên chở đường biển, đường bộ và đường không đối với các mẫu dễ cháy và các thùng chứa mẫu áp suất cao.

...

...

...

14. Qui trình vận hành

14.1. Các điểm lưu ý chung

14.1.1. Điều quan trọng là dụng cụ lấy mẫu tự động đã chọn phải đáp ứng các nguyên tắc thiết kế tiêu chuẩn qui định, được lắp đặt đúng, và hoạt động chính xác.

14.1.2. Mẫu không được chứa bất kỳ chất nào khác với chất được lấy mẫu và khi cần chuyển mẫu từ bình thu đến thùng chứa phải giữ tính nguyên vẹn của mẫu. Quá trình lấy mẫu không được gây bất kỳ sự thay đổi nào trong mẫu, ví dụ do bay hơi, do oxy hóa hoặc do có các chất lạ thêm vào.

14.1.3. Khi vận hành hoặc tái vận hành hệ thống, hoặc khi nghi có sự nhiễm bẩn, thì dụng cụ lấy mẫu tự động và những ống nối phải được phun rửa cẩn thận trước khi bắt đầu lấy mẫu. Dùng chính chất sẽ lấy mẫu để rửa và thải vào bình chứa chất thải, hoặc thải vào hệ thống thải an toàn. Phải đặc biệt chú ý, không thải các chất độc vào môi trường hoặc vào hệ thống thải hở.

14.1.4. Việc làm sạch các thùng chứa được đơn giản hóa rất nhiều, nếu các thùng chứa được dành riêng và bảo quản tách biệt cho từng loại sản phẩm khác nhau.

14.1.5. Trong khi lấy mẫu, chất được lấy mẫu phải được bảo vệ để không bị ảnh hưởng của các điều kiện khí quyển, và trong thực tế khi cho phép dùng một thùng chứa hở, thì sau khi lấy mẫu phải đóng chặt các thùng chứa ngay.

14.1.6. Phải chú ý trong việc xử lý tiếp sau đó để tránh tăng nhiệt độ quá mức.

14.2. Nguyên tắc vận hành

...

...

...

14.2.1.1. Qui định chung

Khi xem xét nguyên tắc vận hành của dụng cụ lấy mẫu thể tích gầu cố định hoạt động gián đoạn phải tính đến các yếu tố sau:

a) Để sát với điều kiện thực tế, thì thể tích mẫu phải nằm giữa 5 lít và 20 lít, nhưng cuối cùng thì khối lượng này tùy thuộc vào từng mục đích cụ thể (xem 11.3.5);

b) Đối với việc vận chuyển liên tục, hoạt động phải kéo dài nhiều ngày thì có thể phân chia việc lấy mẫu thành nhiều giai đoạn theo tính toán và lấy một mẫu từ 5 lít đến 20 lít trong mỗi giai đoạn. Thực tế phải dùng bình thu mẫu lớn hơn và lấy mẫu con từ đó, khi lấy phải chú ý các phương pháp trộn thích hợp như nêu trong điều 12.

14.2.1.2. Những điều cần lưu ý trong thực tế

Để minh họa trong phạm vi ví dụ của Bảng 2, chỉ sử dụng các tham số làm việc sau cho một hệ thống lấy mẫu thể tích gầu cố định hoạt động gián đoạn:

a) Thể tích mẫu yêu cầu từ 5 lít đến 10 lít;

b) Thể tích gầu mẫu từ 1ml đến 1,5ml;

c) Tần số làm việc lớn nhất 30 gầu/min.

...

...

...

Bảng 2 - Các tham số làm việc đặc trưng cho các dụng cụ lấy mẫu gián đoạn có thể tích gầu cố định

Lĩnh vực áp dụng

Chu kì vận chuyển

Tổng số gầu

Thể tích gầu, ml

Thể tích mẫu, l

Khoảng thời gian lấy mẫu trung bình, s

Tỷ lệ lấy mẫu trung bình (theo chiều dài ống), m/gầu

Tốc độ dòng chảy trong ống (tuyến tính), m/s

...

...

...

30d

10000

1

10

260

260

1

CP và tàu thủy

7d

...

...

...

1

10

60

60

13

CP và tàu thủy

24h

10000

1

...

...

...

8,6

25

3

Tàu thủy

6h

10000

1

10

2,15

...

...

...

3

Tàu thủy

3h

5000

1

5

2,15

6,45

3

...

...

...

11/2h

2500

1

2,5

2,15

6,45

3

CHÚ THÍCH:

1) Có thể giảm tốc độ bơm đối với đường ống dài.

...

...

...

3) Số gầu phải là lớn nhất đối với mỗi một lần lấy mẫu, nằm trong giới hạn thực tế của tần số gầu lớn nhất và kích thước bình thu.

14.2.2. Các dụng cụ lấy mẫu gián đoạn thể tích gầu thay đổi

Điều kiện làm việc đối với dụng cụ lấy mẫu có thể tích gầu thay đổi, khác với điều kiện của dụng cụ lấy mẫu thể tích gầu cố định, mặc dù thể tích toàn phần của mẫu thu thập là gần như nhau. Các dụng cụ lấy mẫu thể tích gầu thay đổi lấy các mẫu ở tốc độ theo thời gian cố định, nhưng thể tích của mỗi gầu tỉ lệ với tốc độ dòng chảy trong đường ống. Phải tính toán và kiểm tra để đảm bảo:

a) Tần số làm việc lớn nhất của dụng cụ lấy mẫu không bị vượt quá qui định;

b) Thể tích mẫu cần thiết trên một gầu, không vượt quá vùng hoạt động có thể của dụng cụ lấy mẫu ở các vận tốc chảy lớn nhất và nhỏ nhất;

c) Thể tích mẫu toàn phần thu được không vượt quá thể tích bình thu mẫu.

14.2.3. Các dụng cụ lấy mẫu liên tục

Mặc dù các dụng cụ lấy mẫu liên tục được cải thiện nhưng chưa được dùng rộng rãi, do đó các điều kiện làm việc còn chưa được qui định.

14.3. Kiểm tra hoạt động của thiết bị lấy mẫu

...

...

...

14.3.1. Tại thiết bị điều khiển kiểm tra:

a) máy đo lưu lượng đang vận hành;

b) máy đếm mẫu đang vận hành;

c) thiết bị báo động lưu lượng thấp trong đường ống chính không được kích hoạt;

d) thiết bị báo động mức cao trong bình chứa không được kích hoạt;

e) tồn tại tỉ lệ giữa thể tích mẫu đã lấy và lượng mẫu tổng cộng đi qua đường ống chính.

14.3.2. Tại thiết bị lẫy mẫu kiểm tra:

a) mẫu đã được cho vào bình thu;

b) hệ thống không bị hở;

...

...

...

d) khi cần thì có dòng chảy đầy trong nhánh tuần hoàn.

14.4. Phiếu ghi

Phiếu ghi phải được điền đầy đủ cho mỗi một hoạt động lấy mẫu và Bảng 3 nêu một ví dụ điển hình. Nếu một mẻ được tách ra, thì phải lập tài liệu cho từng mẫu dầu thô. Các bảng sao phiếu ghi được gửi tới phòng thí nghiệm và đến những bộ phận có trách nhiệm vận hành đường ống. Phiếu ghi bao gồm các thông tin sau:

a) Vị trí và thời gian;

b) Đặc điểm của chuyến hàng hoặc loại hình vận chuyển;

c) Loại dầu thô và kích thước mẻ;

d) Bản ghi tốc độ chảy trong quá trình lấy mẫu;

e) Số và thể tích gầu (nếu thích hợp);

f) Thể tích mẫu theo tính toán;

...

...

...

h) Mọi hỏng hóc của dụng cụ lấy mẫu tự động trong quá trình lấy mẫu;

j) Bằng chứng về tỉ lệ giữa tốc độ lấy mẫu và tốc độ chảy trong đường ống chính.

Bảng 3 - Bảo dưỡng dụng cụ lấy mẫu và báo cáo tính năng dụng cụ lấy mẫu gầu gián đoạn

Đặc điểm thiết bị lấy mẫu:

Vị trí:

Ngày

1) Tính thể tích lấy mẫu:

...

...

...

 lít

b) Đối với một mẫu tốc độ cố định:

 lít

trong đó:

b thể tích gầu mẫu, được xác định từ phép thử chuẩn, tính bằng mililit;

f tần số lấy mẫu, tính bằng gầu trên giây;

t tổng thời gian lấy mẫu, tính bằng giây

2) Lấy mẫu "không hỏng"

Hệ số đặc tính (PF) nằm trong vùng 0,9 đến 1,1 và tất cả các phần cơ học của hệ thống lấy mẫu dầu thô (lưu lượng kế, bộ điều khiển, van lấy mẫu, máy đếm,…) đã hoạt động không có hỏng hóc cơ khí. Có tỉ lệ giữa tốc độ lấy và tốc độ chảy của đường ống chính.

...

...

...

Hệ đặc tính (PF) nằm ngoài vùng 0,9 đến 1,1 hay một bộ phận cơ khí nào đó của hệ thống lấy mẫu dầu thô bị hỏng. Không có tỉ lệ giữa tốc độ lấy mẫu và tốc độ chảy trong đường ống chính.

Đặc điểm của dầu thô

Loại dầu thô

Kích thước mẻ hoặc thùng, m^3

V

...

...

...

Tốc độ nạp dầu lớn nhất, m^3/h

Q_max

Tỉ số lấy mẫu, m^3/gầu

B

Số gầu

N

...

...

...

C

Thể tích mẫu thu thập (II)

A

Hệ số tính năng, A/C

PF

Không hỏng ^2)

...

...

...

Có hỏng ^3)

F

Cho nguyên nhân tại sao:

- không có khả năng

- không dùng

- hỏng

...

...

...

Bảo dưỡng

Ngăn ngừa

P

Khắc phục

C

14.5. Bảo dưỡng thiết bị lấy mẫu

14.5.1. Định kỳ các thiết bị lấy mẫu tự động phải tách khỏi nguồn, và các ống lấy mẫu phải được tháo khỏi đường ống, sau đó rửa sạch thiết bị và kiểm tra sự ăn mòn hoặc các chỗ hỏng. Chú ý kiểm tra dụng cụ lấy mẫu tự động khi thể tích của mẫu thu được không phù hợp với thể tích dự kiến.

...

...

...

14.5.3. Phải làm sạch bằng dung môi các đường dẫn mẫu từ dụng cụ lấy mẫu tự động đến bình thu hoặc thùng chứa mẫu, sau đó phải rửa hoặc phun rửa bằng chính chất cần lấy mẫu.

14.5.4. Lưu giữ tất cả các bản ghi về hỏng hóc của lưu lượng kế, dụng cụ lấy mẫu và các thiết bị kèm theo khác, những nguyên nhân và các công việc đã tiến hành để có các biện pháp điều chỉnh tần số bảo dưỡng và nhận biết các trục trặc cơ bản.

14.6. Kiểm tra khả năng chấp nhận mẫu

14.6.1. Để xác định khả năng chấp nhận mẫu thu được trong quá trình lấy mẫu, ví dụ việc dỡ một lô hàng hoặc vận chuyển một mẻ ở đường ống, thì phải đáp ứng các yêu cầu sau:

a) Hệ số tính năng dụng cụ lấy mẫu (3.22) phải nằm trong vùng 0,9 đến 1,1;

b) Phải kiểm tra và xác định tỉ lệ của tỉ số lấy mẫu và vận tốc chảy trong ống dẫn chính, như đã ghi trong quá trình lấy mẫu;

c) Không được dừng lâu trong quá trình lấy mẫu, vì có thể làm cho hệ số tính năng vượt ra ngoài các giới hạn qui định tại a).

14.6.2. Nếu đáp ứng tất cả các yêu cầu trong 14.6.1, thì mẫu chỉ được chấp nhận khi sự sai lệch được giải thích thỏa đáng.

Nếu mẫu không chấp nhận, thì lấy mẫu lại bằng phương pháp thủ công.

...

...

...

15.1. Giới thiệu

Việc kiểm tra hiện trường để thử một hệ thống lấy mẫu được tiến hành sau khi một dụng cụ lấy mẫu tự động mới được lắp đặt. Qui trình sau đây nhằm để thử toàn bộ hệ thống lấy mẫu, bằng cách phun một thể tích nước trong một khoảng thời gian, và xác minh xem mẫu được lấy có đại diện toàn bộ thể tích nước được phun cộng với nước có sẵn không. Qui trình này là phép thử cân bằng thể tích.

15.2. Các phương tiện phun nước

Các phương tiện phun nước được sắp xếp như sau:

a) Các van nối, lọc, các đồng hồ đo áp suất, đường ống, bơm và lưu lượng kế cần dùng để phun một lượng nước vào đường ống trước dụng cụ lấy mẫu trong khi kiểm tra vận chuyển;

b) Bố trí điểm phun nước ngược dòng và càng xa các bộ phận ống càng tốt để tạo ra sự trộn đều;

c) Tốc độ dòng nước phun là giữa 1,0% và 5,0% tốc độ dòng dầu thô trong khi thử.

CHÚ THÍCH: Nếu vì nguyên nhân thao tác mà các vận tốc dòng phun phải nhỏ hơn 1%, thì phép đo lượng nước phun và độ chính xác của phương pháp phân tích của phòng thử nghiệm cần được thảo luận trong việc đánh giá khả năng chấp nhận hệ thống lấy mẫu.

d) Nước được phun trước ít nhất 1h, hoặc trước một khoảng thời gian đủ để thu thập được một thể tích mẫu đã trộn đều;

...

...

...

g) Phải đo thể tích của nước được phun với độ chính xác cao hơn ±2%.

15.3. Qui trình thử nghiệm

CHÚ THÍCH: Thường phải thử nghiệm hệ thống lấy mẫu ở những điều kiện của trường hợp xấu nhất, nhưng thực tế điều đó phải xét đến tầm quan trọng (tức là giá trị tổng) của chất đang được vận chuyển. Trong một số tình huống rất khó xác định trường hợp xấu nhất, lúc đó phải làm thêm phép thử nữa, để chứng tỏ hệ thống phun là thích hợp với các điều kiện làm việc của toàn vùng.

Qui trình sau đây được khuyến nghị:

a) Chọn giai đoạn thử lúc điều kiện trong đường ống có thể giữ được ổn định;

b) Chọn loại dầu có độ nhớt thấp nhất và khối lượng riêng thấp nhất ở điều kiện làm việc từ vùng của các loại dầu được lấy mẫu bình thường;

c) Điều chỉnh tốc độ dòng chảy của dầu để vận tốc bé nhất được sử dụng trong đường ống. Phải đo thể tích dầu trong giai đoạn thử với độ chính xác tốt hơn ±2%;

d) Thu thập ba mẫu riêng biệt có nghĩa là "trước", "trong" và "sau" khi kiểm tra. Để sự đồng nhất có hiệu quả, dùng các bình thu kiểm tra có dung tích nhỏ và tăng tần số lấy mẫu, để có một thể tích thích hợp. Chạy dụng cụ lấy mẫu ít nhất 1 h, để thu thập mẫu "trước", đổi bình thu và sau đó phun nước như mô tả trong 15.2 ít nhất 1 h. Nếu tất cả nước được phun đi qua thiết bị lấy mẫu, lại đổi bình thu và thu thập mẫu "sau" trong 1 h tiếp. Xác định hàm lượng nước của các mẫu đã thu thập "trước" và "sau" (xem Hình 6). Sự khác nhau giữa hàm lượng nước của mẫu "trước" và "sau" phải không vượt quá 0,1%.

e) Chạy thiết bị lấy mẫu, để lấy mẫu thử nghiệm trong toàn bộ thời gian nước được phun đi qua. Bù sự trễ về thời gian giữa phun nước và nước đi tới điểm lấy mẫu (xem Hình 6), ở những vận tốc chảy thấp, thì nước được phun có thể chuyển động với vận tốc thấp hơn vận tốc dầu thô, do đó tiếp tục lấy mẫu vào bình thu để thử nghiệm thêm một ít thời gian, sau thời điểm dự kiến nước phun không đi qua nữa. Khi kết thúc lấy mẫu, dùng các qui trình bình thường để xử lý mẫu trộn và phân tích nước;

...

...

...

1) Đối với các dụng cụ lấy mẫu gầu cố định, do kích thước của mẫu được cấp bởi 100 gầu ở cả hai tần số lấy mẫu bé nhất và lớn nhất.

2) Đối với các dụng cụ lấy mẫu thể tích gầu thay đổi, đo tỉ số thể tích mẫu so với thể tích mẻ ở cả hai tốc độ chảy lớn nhất và bé nhất.

Đối với cả 1) và 2), các giá trị thu được ở các điều kiện lớn nhất và bé nhất phải nằm trong khoảng ±5 % giá trị tính toán.

15.4. Tính toán

Chênh lệch giữa hàm lượng nước trung bình trong mẫu thử trừ đi hàm lượng nước cơ sở và nước trung bình đã được phun được tính theo công thức:

W_dev = (W_test - W_base) - W_inj                                    (1)

và

W_inj =                          (2)

Trong đó

...

...

...

V₂ tổng thể tích của dầu và nước đi qua vị trí lấy mẫu, trong giai đoạn dụng cụ lấy mẫu vận hành để thu thập mẫu "thử nghiệm", tính bằng mét khối;

W_dev chênh lệch phần trăm nước trong mẫu "thử nghiệm" so với nước trung bình phun vào và nước nền;

W_test phần trăm của nước trong mẫu thử (xem 15.3e);

W_base phần trăm trung bình của nước trong các mẫu đường ống cơ sở "trước" (W_bef) và "sau" (W_aft) phép "thử nghiệm" (xem 15.3d) nhưng điều chỉnh đối với điều kiện "thử nghiệm" theo công thức:

W_inj phần trăm của nước được phun vào trong dầu.

Tính tỉ số

và thu được sự đánh giá hệ thống lấy mẫu theo điều kiện thử từ Bảng 4.

...

...

...

Đánh giá

A

Không lớn hơn ±0,05

B

Lớn hơn ±0,05 nhưng không lớn hơn ±0,10

C

Lớn hơn ±0,10 nhưng không lớn hơn ±0,15

D

...

...

...

15.5. Đánh giá kết quả

Các hệ thống lấy mẫu thực hiện theo đánh giá A trong Bảng 4 đáp ứng các yêu cầu cao nhất của tiêu chuẩn này. Nếu tính năng được đánh giá thấp hơn B, C và D thì phải xét xem những cải thiện đối với thiết kế, và đối với các yêu cầu vận hành, để tăng sự đánh giá lên một mức cao hơn. Nếu không có khả năng, hoặc không thỏa đáng vì lý do kinh tế, thì hệ thống lấy mẫu có thể thích hợp tùy thuộc vào các tình huống hoặc sự áp dụng.

15.6. Hành động khắc phục

Nếu hệ thống lấy mẫu cần phải tăng cấp, thì việc hiệu chỉnh đầu tiên là luôn luôn kiểm tra qui trình thử và thẩm tra lại quá trình lấy mẫu, trộn mẫu, xử lý mẫu và qui trình phòng thí nghiệm.

Nếu tất cả thỏa đáng, thì phải làm các bước tiếp theo, để kiểm tra lại profile và hệ số tính năng, cũng như lưu lượng kế và tất cả các bộ phận của hệ thống lấy mẫu.

16. Đánh giá tính không đảm bảo chung của hệ thống lấy mẫu

16.1. Giới thiệu

Điều này qui định qui trình toán học để đánh giá sự không đảm bảo chung của hệ thống lấy mẫu, phải chú ý đến sự không đảm bảo của mỗi yếu tố trong việc lấy mẫu và phân tích. Qui trình này dùng một công thức gần đúng đã được áp dụng cho hầu hết các trường hợp.

Ở giai đoạn đầu tiên các kỹ sư thiết kế đã dùng các công thức này để thu thập thông tin về tính không đảm bảo chung của hệ thống lấy mẫu, và ảnh hưởng của mỗi yếu tố lên kết quả cuối cùng. Như thế có cơ hội cho việc tối ưu hóa về mặt kỹ thuật và kinh tế.

...

...

...

CHÚ THÍCH

1) Cần phải lưu ý sự khác nhau cơ bản giữa sai số và tính không đảm bảo, sai số là sự định rõ phần chưa biết, còn tính không đảm bảo là ước lượng.

2) ISO/tr 9494 cho thông tin chi tiết về cách nhận được công thức.

16.2. Đặc tính của các hệ thống lấy mẫu

Tính đại diện của mẫu thu được khi sử dụng dụng cụ lấy mẫu tự động trong quá trình vận chuyển phụ thuộc vào sự sắp xếp và các đặc điểm của các bộ phận khác nhau đã dùng ở những giai đoạn khác nhau trong việc lấy mẫu.

16.3. Công thức để tính toán độ không đảm bảo

Dựa vào 16.1 có công thức gần đúng như sau:

Trong đó

...

...

...

D độ không đảm bảo tổng hợp liên quan các sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống trong w (độ tin cậy 95%);

n số phép phân tích;

N số gầu;

S,R, L và P các hệ số đã thu được (xem 16.3.1).

16.3.1. Các hệ số đã thu được như sau:

Việc lấy mẫu

(độ không đảm bảo tương đối, hệ thống)

(độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên)

Phòng thí nghiệm

...

...

...

P = ) (độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên)

Trong đó

a_s, b_s ... g_s, h_s độ không đảm bảo tương đối có tính hệ thống trong các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo w (xem 16.3.2);

không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên trong các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo w.

CHÚ THÍCH: Độ không đảm bảo tương đối của x là

16.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo w là:

a) Sự không đồng nhất của hàm lượng nước như nêu tại điều 5 và Phụ lục A (ví dụ sự phát tán kém)

độ không đảm bảo tương đối, hệ thống, ;

độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên, ;

...

...

...

độ không đảm bảo tương đối, hệ thống, ;

độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên,

c) Độ không đảm bảo trong thể tích mỗi gầu:

độ không đảm bảo tương đối, hệ thống, (không dùng, nhưng xem 16.4);

độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên, ;

d) Độ không đảm bảo của tốc độ chảy do lưu lượng kế (độ chia không tỉ lệ) như mô tả trong điều 10 (ví dụ những thay đổi hệ số máy đo tua bin);

độ không đảm bảo tương đối, hệ thống c_s (không dùng, nhưng xem 16.4)

độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên, c_r;

e) Những thay đổi hàm lượng nước trong khi lấy mẫu như đã mô tả trong điều 11 (ví dụ sự nhiễm bẩn hay sự mất hơi nước):

...

...

...

độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên, h_r;

f) Những thay đổi hàm lượng nước do cách xử lý mẫu hay cách trộn như nêu trong điều 12 (ví dụ tính đồng nhất kém trong phòng thí nghiệm):

độ không đảm bảo tương đối, hệ thống, f_s;

độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên, f_r;

g) Những thay đổi hàm lượng nước, gây ra do vận chuyển đến các bình thủy tinh phòng thí nghiệm và phân tích (ví dụ sai số của ống ly tâm):

độ không đảm bảo tương đối, hệ thống, g_s;

độ không đảm bảo tương đối, ngẫu nhiên, g_r;

16.4. Những giới hạn của công thức

Điều chủ yếu là các điều kiện sau đây áp dụng cho công thức phải đúng:

...

...

...

b) Độ không đảm bảo tương đối, hệ thống c_s của lưu lượng kế trong vùng làm việc là nhỏ hơn ±0,1 (tức là nhỏ hơn 10%);

c) Độ không đảm bảo tương đối, hệ thống về thể tích của gầu là nhỏ hơn ±0,1 (tức là nhỏ hơn 10%).

16.1. Các ví dụ

Các ví dụ sau đây được xây dựng để đánh giá việc áp dụng công thức. Các giá trị sử dụng là những giá trị tiêu biểu lấy từ thực tế công nghiệp thông thường.

16.5.1. Ví dụ 1

a) Các giá trị được dùng

N

= 10.000

C_s

...

...

...

w

= 1% = 0,01

c_r

= 2%

n

= 2

= 0,02

a_s

...

...

...

h_s

= 2% = 0,02

a_r

= 5% = 0,05

h_r

= 2% = 0,02

b_s

= 1% = 0,01

f_s

...

...

...

b_r

= 2% = 0,02

f_r

= 1% = 0,01

d_s

= 10% = 0,10

g_s

= 1% = 0,01

d_r

...

...

...

g_r

= 8% = 0,08

b) Tính toán

S = a_s + b_s + h_s = 0,01 + 0,01 + 0,02 = 0,04

=

P = ) =

L = = 0,01 + 0,01 = 0,02

D =

D =

...

...

...

16.5.2. Ví dụ 2

a) Các giá trị được dùng

N

= 20.000

C_s

= 10% = 0,10

w

= 2% = 0,02

_cr

...

...

...

n

= 2

= 0,04

a_s

= 1% = 0,01

h_s

= 1% = 0,01

a_r

...

...

...

h_r

= 1% = 0,01

b_s

= 1% = 0,01

f_s

= 0,5% = 0,005

b_r

= 4% = 0,04

f_r

...

...

...

d_s

= 10% = 0,10

g_s

= 0,5% = 0,005

d_r

= 10% = 0,10

g_r

= 4% = 0,04

b) Tính toán

...

...

...

=

P = ) =

L = = 0,005 + 0,005 = 0,01

D =

D =

D =

D =                         D = 0,15 %

Suy ra: W = (2 ± 0,15)%.

16.5.3. Ví dụ 3

...

...

...

N

= 1.000 (giá trị biên với N)

c_s

= 10% = 0,10

w

= 0,5% = 0,005

c_r

= 1% = 0,01

n

...

...

...

h_s

= 1% = 0,01

a_s

= 1% = 0,01

h_r

= 1% = 0,01

a_r

= 5% = 0,05

f_s

...

...

...

b_s

= 1% = 0,01

f_r

= 1% = 0,01

b_r

= 2% = 0,02

g_s

= 0,5% = 0,005

d_s

...

...

...

g_r

= 4% = 0,04

d_r

= 5% = 0,05

b) Tính toán

S = a_s + b_s + h_s = 0,01 + 0,01 + 0,01 = 0,03

=

...

...

...

L = = 0,005 + 0,005 = 0,01

D =

D =

D =

Suy ra: W = (0,5 ± 0,21)%.

Hình 1 - Đánh giá ban đầu và đánh giá định kỳ hệ thống lấy mẫu

CHÚ THÍCH:

...

...

...

2 Nồng độ nước tăng lên dọc theo trục hoành song song với đường trung tâm của ống. Trục hoành lại xuất phát từ 0 đối với mỗi loại profile.

Hình 2 - Đồ thị biểu thị nồng độ profile nồng độ trong ống nằm ngang

Hình 3 - Vị trí điểm lấy mẫu

Hình 4 - Ống lấy mẫu nhiều điểm để lấy mẫu profile

Kích thước tính bằng milimét

Hình 5 - Bố trí ống lấy mẫu nhiều điểm trong đường ống ngang có đường kính ống bằng và lớn hơn 300mm (xem 6.4.1.1)

...

...

...

^1) Mỗi giai đoạn lấy mẫu thử ít nhất là một giờ. Mỗi giai đoạn lấy mẫu thử gồm cả hai đầu của giai đoạn “nước đến”

Hình 6 - Sơ đồ thời gian điển hình để kiểm tra hệ thống lấy mẫu

Hình 7 - Đồ thị dạng thanh của phép thử profile tự động tại ba vị trí

CHÚ THÍCH: Tỷ số C/C₀ là tỷ số của nồng độ nước tại một điểm trên nồng độ nước trung bình tại vị trí lấy mẫu.

Các profile P₃, P₄ và P₃ không được chấp nhận vì tỷ số C/C₀ nằm ngoài vùng 0,95 đến 1,05 cho phần bé nhất của vùng khuyến nghị điểm hút mẫu (xem Hình 2, 3).

Hình 8 - Kết quả của các phép thử profile

...

...

...

Phụ lục A

(quy định)

Đánh giá sự phát tán nước trong dầu

A.1. Giới thiệu

Phụ lục này qui định các phương pháp tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết đơn giản để cho một số chỉ dẫn về sự phát tán của nước trong dầu ở các vị trí đề xuất hoặc vị trí đang lấy mẫu. Khi sử dụng những phương pháp này phải đặc biệt chú ý trong áp dụng thực tế.

Cơ sở lý thuyết của những qui trình này nêu tại A.3, theo cách đơn giản hóa ^1)

Kết quả các tính toán có thể sai lệch lớn với một số giá trị thực nghiệm vì các nguyên nhân sau:

a) các giá trị của một số hằng số rất khó xác định, vì thiếu số liệu thực nghiệm. Đặc biệt giá trị trong nhiều trường hợp là chưa biết. (công thức 12 và công thức khác).

...

...

...

Hơn nữa, khi đánh giá các giới hạn chấp nhận được đối với sự phát tán nên theo phép gần đúng.

A.2. Qui định chung

Sự phát tán của dầu và nước ở vị trí lấy mẫu phải đủ để việc lấy mẫu là đại diện, tức là nồng độ nước ở cửa vào ống lấy mẫu phải nằm trong giới hạn chấp nhận đã nêu trong 4.4.

A.2.1. Ống nằm ngang

A.2.1.1. Việc trộn dầu và nước thỏa đáng để lấy mẫu đại diện, được đặc trưng bởi sự phát tán đồng nhất (C₁=C₂ trong A.2.1.2). Sự phát tán của dầu trong nước được tăng thêm nhờ tốc độ chảy cao, độ nhớt dầu cao, khối lượng riêng dầu cao, đường kính ống nhỏ và trộn ngược dòng.

Sự phân tầng dầu và nước đặc trưng bởi sự phát tán không tốt, tức là giọt nước đường kính lớn có vận tốc lắng w tương đối cao, gây ra sự tăng nồng độ nước ở phía đáy và giảm về phía đỉnh. Điều kiện này tăng lên, qua việc trộn ngược dòng cực tiểu, tốc độ chảy thấp, độ nhớt dầu nhờn thấp, khối lượng riêng dầu thấp và đường kính ống lớn.

A.2.1.2. Độ phát tán trong các ống nằm ngang có thể được đánh giá theo công thức

Trong đó

...

...

...

W Tốc độ lắng của các giọt nước;

đặc tính dòng rối, trong đó  là độ khuyếch tán xoáy và D là đường kính ống.

Tỉ số C₁/C₂ từ 0,9 đến 1,0 chứng tỏ sự phân tán rất tốt. Tỉ số 0,4 hoặc nhỏ hơn chứng tỏ sự phát tán kém và khả năng phân lớp nước cao.

A.2.1.3. Bốn qui trình tính được đưa ra là:

Qui trình 1: Cho biết liệu sự phát tán có thể thích hợp cho việc lấy mẫu không (xem A.4);

Qui trình 2: Cho biết liệu có đủ năng lượng cho việc lấy mẫu thỏa đáng không (xem A.5);

Qui trình 3: Chọn một vị trí lấy mẫu thích hợp (xem A.6);

Qui trình 4: Xác định hằng số hệ thống từ số liệu kiểm tra profile (xem A.7).

A.2.1.4. Ngoài các giả thiết và các giới hạn nêu trong A.3, phải chú ý:

...

...

...

b) Việc phun nước trong những phép thử profile và những phép thử tăng cường, có thể tạo ra sự trộn phụ và do đó hệ thống sẽ phát tán tốt hơn những trường hợp khác. Năng lượng trộn tạo ra bởi tia phun, phải nhỏ hơn một nửa năng lượng trộn tạo ra do chi tiết trộn ngược dòng ở vị trí lấy mẫu (xem A.3 và phương pháp 1 trong A.4, công thức (12) đến (26);

c) Nồng độ nước trong dầu thô có một số ảnh hưởng tới profile. Nếu nồng độ này thay đổi theo thời gian, và khi đạt từ 10% đến 20 % thì phương pháp không dùng được;

d) Mục đích chính của qui trình tính toán, là chọn các vị trí có khả năng lấy mẫu, để đánh giá liệu có những thay đổi trong các điều kiện làm việc có ảnh hưởng bất lợi đến sự phát tán, cũng như đánh giá độ lớn của năng lượng trộn bổ sung nhằm tăng độ phát tán, như một công cụ chẩn đoán trong việc đánh giá đặc tính cần xem xét và trong việc phân tích số liệu kiểm tra profile;

e) Việc thử dụng cụ lấy mẫu và việc kiểm tra profile, nên dùng để chấp nhận hoặc bác bỏ vị trí của một hệ thống lấy mẫu. Các tính toán giúp cho việc đánh giá những cải thiện cần thiết ở các hệ thống không được chấp nhận (xem qui trình 2 trong A.5);

f) Khi đánh giá liệu sự phát tán có thích hợp hay không trong hệ thống đã cho, nên dùng các điều kiện trường hợp dự đoán xấu nhất, ví dụ tốc độ dòng chảy thấp nhất và độ nhớt dầu hoặc khối lượng riêng thấp nhất;

g) Khi tính toán tốc độ phát tán năng lượng E, phải nhấn mạnh là sự phát tán năng lượng của các bộ phận ống khác nhau, không đóng góp đáng kể cho độ phát tán, tức là khi có mặt một dãy chi tiết, thì một chi tiết sẽ được quan tâm là chi tiết có độ phát tán năng lượng lớn nhất. Một qui trình để xác định xem chi tiết ống nào là quan trọng nhất được nêu trong qui trình 3 (xem A.6)

A.2.2. Ống thẳng đứng

Trong những ống thẳng đứng, sự phát tán thường tốt hơn so với những ống nằm ngang, vì trọng trường không làm tăng sự lắng đọng như trong ống nằm ngang. Tuy nhiên, nếu tốc độ lắng giọt nước lớn hơn 5% tốc độ chảy của dầu thô, thì nồng độ nước trong dòng chảy hướng lên trên cao hơn đáng kể, còn trong dòng chảy hướng xuống thấp hơn đáng kể so với nồng độ nước trung bình.

CHÚ THÍCH: Tốc độ lắng giọt W có thể xác định từ Hình 11 hoặc công thức (8).

...

...

...

A.2.3. Đơn vị

Các thông số nêu trong phụ lục này nói chung được biểu thị theo đơn vị SI. Tuy nhiên, khi dùng những đơn vị khác thì phải nhấn mạnh riêng theo sau các công thức liên quan.

A.2.4. Danh pháp

Bảng 5 tập hợp các ký hiệu và các đơn vị được dùng cho các thuật ngữ trong Phụ lục này.

Bảng 5 - Các ký hiệu

Ký hiệu

Thuật ngữ

Đơn vị

C

...

...

...

Không thứ nguyên

D

Đường kính ống

m

d

Đường kính trung bình của giọt nước

m

E

Tốc độ phát tán năng lượng

...

...

...

Ea

Phát tán năng lượng từ yếu tố tới hạn

W/kg

Eo

Phát tán năng lượng trong ống thẳng

W/kg

Er

Sự phát tán năng lượng cần thiết

W/kg

...

...

...

Hệ số ma sát Fanning

Không thứ nguyên

G

Tham số, được định nghĩa trong công thức (27)

Không thứ nguyên

g

Gia tốc trọng trường (=9,81)

m/s^2

k

...

...

...

Không thứ nguyên

Dp

Sự tụt áp

Pa ^1)

Q

Vận tốc chảy theo thể tích

m^3/s

R

Bán kính ống

...

...

...

Re

Số Reynolds

Không thứ nguyên

U*

Vận tốc ma sát

m/s

V

Vận tốc chảy (tuyến tính)

m/s

...

...

...

Thể tích

m^3

W

Tốc độ lắng của các giọt nước

m/s

DX

Khoảng cách Phát tán

m

Y

...

...

...

m

b

Thông số, định nghĩa theo công thức (21)

Không thứ nguyên

g

Tỉ số giữa đường kính nhỏ và lớn khi đường kính ống thay đổi

Không thứ nguyên

l

Hệ số ma sát Bladius (= 4f)

...

...

...

Độ khuyếch tán xoáy lốc

m^2/s

z

Hằng số khuyếch tán xoáy lốc

Không thứ nguyên

u

Độ nhớt động học

m^2/s^2)

...

...

...

Khối lượng riêng của dầu thô

kg/m^3

ρd

Khối lượng riêng của nước

kg/m^3

a

Sức căng bề mặt

N/m^3)

t

...

...

...

m^-1

1) 1 Pa = 10^-5 bar

2) 1 m^2/s = 10^6 cSt = 10^6 mm^2/s

3) 1 N/m = 10^3 dyn/cm

A.3. Nguyên tắc

Một số công thức sau không có khả năng áp dụng chính xác đối với các tình huống nêu, nhưng rất hữu ích vì chúng cho một cách tiếp cận đơn giản đối với một vấn đề phức tạp.

Như đã qui định trong A.2.1.2 mối quan hệ giữa nồng độ nước ở đỉnh của ống nằm ngang C₁ với nồng độ nước ở đáy C₂ được tính theo công thức:

                                 (3)

Công thức này chỉ đúng với

...

...

...

trong đó

W tốc độ lắng của một giọt nước có đường kính d;

D đường kính ống;

Độ khuyếch tán xoáy ốc của hạt. Điều này đặc trưng cho sự nhiễu loạn của ống và được tính theo công thức:

= z R U*                                            (4)

Trong đó

z hằng số không thứ nguyên;

R bán kính của ống;

U* vận tốc ma sát ống.

...

...

...

U* = V                                      (5)

Hệ số ma sát Fanning đối với ống nhẵn tính theo công thức:

f =                                             (6)

Trong đó Re là chỉ số Reynon của dòng chảy

Hệ số ma sát Blasius liên quan đến f bởi tương quan l = 4 f và được dùng tương đương trong các công thức sau:

Thay công thức (5) và (6) vào công thức (4) với z = 0,36 có

    (7)

Trong đó

V tốc độ chảy ở tiết diện lấy mẫu, tính bằng mét trên giây

...

...

...

Công thức này có thể được giải bằng số hoặc là dùng đồ thị trong Hình 12.

Thông số quan trọng khác trong công thức (3) là tốc độ lắng của các hạt kích thước trung bình. Theo định luật Stock, tốc độ lắng được tính theo công thức:

                          (8)

trong đó

G gia tốc trọng trường;

ρd và ρ khối lượng riêng của nước và dầu thô, tương ứng;

d đường kính trung bình của các giọt nước tính theo:

                       (9)

hoặc tra E, ρ, d trong Hình 10,

...

...

...

sức căng bề mặt nhỏ giọt giữa nước và dầu thô;

E tốc độ phát tán năng lượng trong dòng chảy;

Thay công thức (9) vào công thức (8) và giả thiết là = 0,025 N/m, có:

                       (10)

Trong đó  tính bằng milimet vuông trên giây (centistock)

Công thức này có thể giải bằng số hoặc dùng đồ thị trong Hình 11 (xem chú thích 1)

Năng lượng phát tán E liên quan đến sự giảm áp suất Dp theo công thức:

                                            (11)

Trong đó

...

...

...

thể tích chất lỏng chịu tác động phát tán.

Như vậy:

                                           (12)

Trong đó

V tốc độ chảy ở phần ống mà năng lượng bị phát tán;

chiều dài đặc trưng biểu thị khoảng cách trong đó năng lượng bị phát tán, tức là khoảng cách trên đó pha nước trong dầu thô bị phá vỡ thành những viên nhỏ.

Trong đa số trường hợp  là không biết; khi có thể dùng giá trị này, phải chứng minh được bằng số liệu thực nghiệm. Đối với những máy trộn tĩnh, hiệu quả cao, được thiết kế riêng, giá trị là nhỏ và sẽ do nhà thiết kế qui định.

Đối với một số bộ phận của ống (như van, bơm…) sự giảm áp suất thường đã biết và có thể áp dụng công thức (12). Đối với những trường hợp mà là không biết, nó có thể được tính theo công thức:

                                       (13)

...

...

...

Như vậy công thức (12) sẽ là:

                                            (14)

Đối với việc phân tích thông số profile (xem quy trình 4 trong A.7, để thuận tiện hơn, có thể viết công thức (14) ở dạng

                                              (15)

Trong đó là hằng số hệ thống, được xác định là:

                                             (16)

Trong trường hợp đặc biệt của một ống có kết cấu thẳng dài, gradien áp suất được tính bằng công thức:

                                     (17)

Trong đó f được tính theo công thức (6)

...

...

...

                                         (18)

Hoặc qua việc thế công thức (6) đối với f

                   (19)

Trong đó  tính bằng milimet bình phương trên giây (centistoc).

Từ công thức (17) và (18) E cũng có thể biểu thị là:

                                              (20)

Trong đó

                                          (21)

Sự biểu thị có tính lựa chọn này rất có lợi khi xây dựng một phương pháp đơn giản, và nhanh hơn để tính E (xem qui trình 1 phương pháp b trong A.4) (xem chú thích 2).

...

...

...

1) Các giá trị sức căng bề mặt, có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi các phụ gia và sự nhiễm bẩn. Nếu đã biết sức căng bề mặt có giá trị khác 0,025N/m, thì tương quan tốc độ lắng cho công thức (10) phải thay đổi. Nhân vế phải của công thức (10) với công thức:

2) Các tính toán nêu trên chỉ được áp dụng, khi kích thước phân bổ các hạt nước gần với giá trị trung bình (trung bình sauter). Nếu kích thước phân bố của giọt thực tế là rộng, thì tỷ số nồng độ đã dự toán sai lệch với tỷ số thực tế. Điều đó là do các giọt nhỏ hơn kích thước bình, sẽ bị phát tán dễ dàng hơn trong khi các giọt lớn hơn kích thước trung bình sẽ lắng nhanh hơn. Như vậy, các profile thực tế đã tìm được bởi các phép thử, có thể không phù hợp với tỷ số nồng độ đã dự đoán, vì các thông số không có khả năng đo được như  và f. Vì nguyên nhân đó, hằng số hệ thống và thông số đặc trưng của yếu tố trộn b đã được cho, để đoán nhận các tỉ số nồng độ ở điều kiện chảy khác nhau (V, ρ, u) đối với một hệ thống cho trước.

A.4. Qui trình 1

A.4.1. Mục đích

Để chỉ ra sự phát tán có thích hợp cho việc lấy mẫu trong một hệ thống có bộ phận ống cho trước.

A.4.2. Bước 1

Đánh giá năng lượng có thể đối với sự phát tán, E, trong bộ phận ống có chú ý tới phương pháp đã cho trong A.4.2.1 hoặc trong A.4.2.2.

A.4.2.1. Phương pháp a)

...

...

...

                                           (12)

Trong đó

Sự giảm áp suất đi qua một bộ phận của ống;

chiều dài đặc trưng, biểu thị khoảng cách trong đó năng lượng đã bị phát tán.

CHÚ THÍCH:

1) Nếu không biết, một giá trị thay thế = 10D có thể được dùng như một giá trị gần đúng thô, cho những thiết bị trộn hiệu quả thấp như trong Bảng 6.

2) Nếu không biết, để tính toán ta dùng công thức:

                                       (13)

Trong đó K là hệ số độ bền của ống đang xét, giá trị K đối với các đường ống khác nhau được nêu tại Bảng 6.

...

...

...

                                              (15)

Trong đó là hằng số hệ thống được đánh giá cho hệ thống đã cho trong qui trình 4 và qui trình ở điều A.7 nếu một tập hợp các thông số profile thử là chấp nhận được.

A.4.2.2. Phương pháp b)

Có phương pháp khác để tính E, đơn giản hơn và nhanh hơn nhưng kém chính xác hơn phương pháp a). Phương pháp này dựa trên công thức:

                                              (20)

Trong đó

b thông số đặc trưng của chi tiết trộn;

E₀ tốc độ phát tán năng lượng trong ống thẳng, được tính từ Hình 10 hoặc từ công thức:

                   (19)

...

...

...

CHÚ THÍCH: Đối với các chi tiết ống cụ thể, các mối tương quan sau đây đối với E được kiến nghị:

1. Các chỗ uốn

                                              (20)

Trong đó b được cho trong Bảng 7.

Khoảng không gian giữa các chỗ uốn có thể ảnh hưởng đến độ phát tán. Để cho các giá trị trong Bảng 7 vẫn đúng thì khoảng cách giữa hai chỗ uốn không vượt quá 30 lần đường kính.

2. Sự thay đổi đường kính

                                              (21)

- Sự co lại: b - 2,5 (1 - g^2)                                                            (22)

- Mở rộng: b = 5 (1 - g^2)^2                                                             (23)

...

...

...

Bảng 6 - Các hệ số độ bền khuyến nghị ^1)

Độ co

K = 0,5 (1 - g^2)^2

0 ≤ K ≤ 0,5

Độ giãn rộng

K = (1 - g^2)^2

0 ≤ K ≤ 1,0

Lỗ

K = 2,8 (1 - g^2)[(1/g)^4 -1]

...

...

...

Các chỗ uốn vòng

K = 1,2 (1 - cos)

Trong đó, = góc quay

0 ≤ K ≤ 1,2

Van xoay kiểm tra

K = 2

Van góc

K = 2

...

...

...

Van cầu

K = 6

Van cửa

K = 0,15

1) g là tỷ số đường kính nhỏ/ đường kính lớn và K tính theo vận tốc trong ống nhỏ hơn.

Bảng 7 - Các giá trị của b đối với các chỗ uốn

r/D

...

...

...

1,5

2

3

4

5

10

n^1) = 1

1,27

1,25

...

...

...

1,22

1,18

1,15

1,07

n = 2

1,55

1,50

1,48

1,45

...

...

...

1,30

1,13

n = 3

1,90

1,80

1,75

1,70

1,56

1,44

...

...

...

n = 4

2,20

2,10

2,00

1,93

1,72

1,56

1,23

n = 5

...

...

...

2,40

2,30

2,20

1,90

1,70

1,28

1) n số chỗ uốn có bán kính trong đường ống có đường kính D.

3) Bơm ly tâm

                                (24)

...

...

...

Q vận tốc thể tích chảy

D đường kính ống xả của bơm.

4) Van tiết lưu

                                          (25)

5) Vòi chảy

                                       (26)

Trong đó

Ф đường kính vòi;

Vj tốc độ chảy tại chỗ đi ra của vòi

...

...

...

Tính tốc độ lắng đối với giọt kích thước trung bình từ Hình 11 hoặc từ công thức:

                       (10)

Trong đó

E giá trị cao nhất trong các số nhận được ở bước 1;

ρ_d khối lượng riêng của nước. Đối với nước muối (từ các giếng hoặc các thùng chứa), nếu không có giá trị thực thì lấy giá trị đề nghị là 1025 kg/m^3.

Nếu trung bình của C₁ và C₂ lớn hơn 5% thì nhận W với 1,2.

A.4.4. Bước 3

Tính đặc trưng rối loạn từ Hình 12 hoặc dùng công thức:

...

...

...

Tính giá trị của thông số G dùng công thức:

                                            (27)

Từ thông số này tỉ số nồng độ dự kiến được xác định theo Bảng 8

CHÚ THÍCH: Vì sự không đảm bảo của các tính toán có thể gây ra các sai số đối với G lớn hơn 20%. Các sai số lớn này xảy ra ở các giá trị thấp của G và do đó khi các giá trị của G trong công thức (27) nhận được nhỏ hơn 2, thì không nên lấy mẫu.

Bảng 8 - Tỉ số nồng độ dự kiến

G

C₁/C₂

C₂/C₁

10

...

...

...

1,11

8

0,88

1,14

6

0,85

1,18

4

0,78

...

...

...

3

0,71

1,41

2

0,61

1,64

1,5

0,51

1,96

...

...

...

0,37

2,70

A.5. Qui trình 2

A.5.1. Mục đích

Để chỉ ra trong một chi tiết ống đã cho đối với những điều kiện chảy cho trước, có thể có năng lượng E_r đủ cho việc lấy mẫu chấp nhận được không.

A.5.2. Bước 1

Xác định giá trị của G từ Bảng 8 đối với profile yêu cầu. Ví dụ: Nếu yêu cầu một profile có tỉ số C₁/C₂ là 0,90 thì giá trị tương ứng của G là 10.

A.5.3. Bước 2

Tính đặc trưng nhiễu loạn từ Hình 12 hoặc dùng công thức:

...

...

...

A.5.4. Bước 3

Tính tốc độ lắng yêu cầu theo công thức

                                           (28)

A.5.5. Bước 4

Tính năng lượng cần cho một profile chấp nhận được từ Hình (11) hoặc dùng công thức:

                    (29)

A.5.6. Bước 5

Tính năng lượng E_a có thể có cho sự phát tán theo bước 1 của qui trình 1 trong A.4. Nếu E_a < E_r thì năng lượng có thể là không đủ để lấy mẫu chấp nhận được.

A.5.7. Bước 6

...

...

...

a) Thêm một bộ phận trộn bổ sung ngược dòng;

b) Giảm đường kính ống ngược dòng (tức là tăng tốc độ chảy);

c) Tìm một vị trí thích hợp cho ống lấy mẫu (xem qui trình 3 cho trong A.6).

A.6. Qui trình 3

A.6.1. Mục đích

Để chọn một vị trí lấy mẫu thích hợp

A.6.2. Bước 1

Chọn các điều kiện của trường hợp xấu nhất. Ngoài ra để xác định tỉ số nồng độ mong muốn C₁/C₂ và từ Bảng 8 tìm giá trị tương ứng của G.

A.6.3. Bước 2

...

...

...

            (7)

A.6.4. Bước 3

Tính W theo công thức:

                                           (28)

A.6.5. Bước 4

Tính năng lượng cần thiết đối với profile mong muốn từ Hình 11, hoặc dùng công thức:

                    (29)

A.6.6. Bước 5

Tính toán năng lượng phát tán E_a đối với mỗi một chi tiết ống trong hệ thống theo bước 1 trong qui trình 1 của điều A.4, và xác định chi tiết nào có tốc độ phát tán năng lượng lớn nhất. Chi tiết này là chi tiết chủ yếu và năng lượng ở bộ phận này gồm các năng lượng phát tán E_a.

...

...

...

So sánh E_a với E_r, và từ Bảng 9 có thể nhận được profile thích hợp

Bảng 9 - Khả năng chấp nhận của profile

Điều kiện

Kết luận

Tác động

E_a > E_r

Profile thỏa mãn yêu cầu

Không có tác động cần thiết.

E_a < E_r

...

...

...

Tăng tốc độ chảy (bằng cách giảm ít nhất 10 lần đường kính ống ngược dòng của vị trí lấy mẫu) hoặc đưa vào một chi tiết trộn mới. Tiếp theo bước 7.

A.6.8. Bước 7

Nếu vận tốc chảy đã tăng do giảm đường kính ống, lặp lại bước 2 đến 6 và xác định xem liệu E_a có lớn hơn giá trị mới của E_r không.

Nếu một chi tiết trộn mới đã đưa vào hệ thống mà không thay đổi tốc độ chảy, thì kiểm tra theo bước 1 trong qui trình 1, nếu tại A.4, xem năng lượng phát tán E có lớn hơn E_a không. Nếu lớn hơn (E ≥ E_a) thì thay E_a bằng giá trị E và làm tiếp bước 6. Nếu nhỏ hơn (E < E_a), lặp lại bước 7 đối với chi tiết ống khác.

A.7. Qui trình 4

A.7.1. Mục đích

Để xác định một hằng số hệ thống t từ số liệu phép thử profile.

A.7.2. Bước 1

Xác định nồng độ nước ở vị trí đỉnh ống lấy mẫu (= C_A) và ở đáy vị trí ống lấy mẫu (= C_B). Xác định khoảng cách giữa hai vị trí ống lấy mẫu này (= Y) và các giá trị u, V và D được dùng trong phép thử profile.

...

...

...

Tính đặc trưng nhiễu loạn từ Hình 12 hoặc dùng công thức:

            (7)

A.7.4. Bước 3

Tính tốc độ lắng từ công thức:                  (30)

CHÚ THÍCH: >

A.7.5. Bước 4

Tính E từ Hình 11 hoặc dùng công thức:

A.7.6. Bước 5

...

...

...

CHÚ THÍCH: Như thế giá trị được tính đối với một hệ thống đã cho, chỉ đúng với hệ đặc biệt và nói chung không áp dụng cho cấu hình ống khác.

A.8. Các ví dụ tính toán

A.8.1. Ví dụ của qui trình 1

Khi dùng những chỉ dẫn kèm theo tham số G (xem Bảng 8), xác định sự phát tán thích hợp cho việc lấy mẫu trong một hệ thống thu gọn, từ một ống 1,0m rút xuống ống 0,5m. Sử dụng thêm thông tin sau:

V = 1,0 m/s (trong ống nhỏ)

ρ = 840 kg/m^3

u = 12mm^2/s (12 cSt)

ρ_d = 1 025 kg/m^3

A.8.1.1. Bước 1

...

...

...

A.8.1.1.1. Phương pháp a)

a) Giá trị sai lệch đối với DX là 10D.

b) Tính K (xem Bảng 6)

K = 0,5 (1 - g^2) = 0,5 {1 - (0,5/1,0)^2} = 0,375.

c) Tính Dp

 Pa

d) Tính E

W/kg

A.8.1.1.2. Phương pháp b)

...

...

...

W/kg

b) Tính b

b = 2,5 (1 - g^2) = 2,5 [1 - (0,5/1,0)^2] = 1,875.

c) Tính E

W/kg

A.8.1.2. Bước 2

Khi dùng giá trị đối với E đã được tính bằng phương pháp a) (vì là phương pháp chính xác hơn) tính tốc độ lắng:

                  (10)

= 0,672 m/s (xem ví dụ 1 trong Hình 11)

...

...

...

                 (9)

= 2,59 mm (xem ví dụ 1 trong Hình 10)

A.8.1.3. Bước 3

Tính đặc trưng nhiễu loạn (xem ví dụ trong Hình 12)

m/s

A.8.1.4. Bước 4

Tính giá trị G:

Giá trị này chỉ ra là tỷ số nồng độ C₁/C₂ là nhỏ hơn 0,30 (Bảng 8) và do đó sự phát tán trong các điều kiện đã cho là không thích hợp cho việc lấy mẫu.

...

...

...

Xác định năng lượng phụ cần cho việc lấy mẫu đúng, trong các điều kiện nêu tại A.8.1.

A.8.2.1. Bước 1

Từ Bảng 8, xác định giá trị G. Ví dụ, yêu cầu một tỷ số C₁/C₂ = 0,90 và do đó G = 10.

A.8.2.2. Bước 2

m/s

A.8.2.3. Bước 3

Tính tốc độ lắng yêu cầu:

m/s

A.8.2.4. Bước 4

...

...

...

W/kg

Tính toán đường kính giọt như trong A.8.1.2: d = 0,3 mm (xem ví dụ 2 trong Hình 10).

A.8.2.5. Bước 5

Theo A.8.1, năng lượng có sẵn E_a = 0,0375 W/kg. Do E_a < E_r nên năng lượng trộn có sẵn tăng.

A.8.2.6. Bước 6

Nếu đường kính ống giảm đến 0,25m, thì tỷ lệ dòng chảy là 4,0 m/s và kết quả tính theo công thức:

 m/s

m/s

Theo các điều kiện mới này, năng lượng yêu cầu là:

...

...

...

k = 0,5 (1 - g^2) = 0,469

 P_a

 W/kg

Như vậy E_a > E_r (6,00 > 1,54) điều đó chỉ ra rằng sự phát tán thích hợp (nghĩa là C₁/C₂ > 0,90) có tồn tại trong hệ thống mới.

A.8.3. Ví dụ qui trình 3

Chọn vị trí lấy mẫu thích hợp trong hệ thống ống bao gồm: nhánh cong 4 (r/D = 2), van cầu, van tiết lưu có sự giảm áp suất là 20 kPa (0,2 bar) và bơm ly tâm {DP = 80 kPa (0,8 bar)}. Điều kiện chảy nghiêm ngặt nhất dự kiến là:

V = 2,0 m/s

ρ = 840 kg/m^3

u = 12 mm^2/s (12 St)

...

...

...

D = 0,5 m

A.8.3.1. Bước 1

Ví dụ, nếu giá trị được chọn cho C₁/C₂ = 0,90 thì chọn theo Bảng 8 ta có: G = 10

A.8.3.2. Bước 2

Tính e/D

m/s

A.8.3.3. Bước 3

Tính W:  m/s

A.8.3.4. Bước 4

...

...

...

 W/kg

A.8.3.5. Bước 5

Tính năng lượng phát tán E đối với từng chi tiết ống trong hệ thống, theo bước 1, qui trình 1 (xem A.4.2)

A.8.3.5.1. Ống thẳng

Theo công thức (19)

 W/kg

A.8.3.5.2. Nhánh cong - 4

Theo công thức (20):

Trong đó: b được tính từ Bảng 7 (n = 4; r/D = 2); và b = 2,00

...

...

...

A.8.3.5.3. Van cầu

Theo công thức (12) và (13) lấy DX = 10D và K = 6

 Pa

 W/kg

A.8.3.5.4. Van tiết lưu

Theo công thức (25):

 W/kg

A.8.3.5.5. Bơm ly tâm

Theo công thức (24):

...

...

...

Vì vậy: W/kg

A.8.3.5.6. Tóm tắt

Năng lượng đã tính toán (tính bằng wat/kilogam) là:

- ống thẳng                   0,149

- nhánh cong - 4            0,298

- Van cầu                      4,8

- Van tiết lưu                 4,76

- Bơm ly tâm                 3,74

Như vậy, chi tiết tới hạn nhất là van cầu và năng lượng sẵn có cho phát tán là E_a = 4,8 W/kg.

...

...

...

E_a > E_r (4,8 > 3,67) chứng tỏ sự phát tán là đủ cho việc lấy mẫu xuôi dòng của van cầu.

CHÚ THÍCH: Trong hệ thống đã cho, năng lượng cung cấp bởi van cầu là bơm li tâm vượt năng lượng cần thiết, và do đó các chi tiết này cũng có thể dùng làm thiết bị trộn thích hợp.

A.8.4. Ví dụ qui trình 4

Các phép thử profile đã thu được kết quả trong một profile khi nồng độ nước ở đỉnh là 2,0% và nồng độ nước ở đáy là 2,5%. Khoảng cách giữa các ống lấy mẫu ở đỉnh và đáy là 0,45 m. Các điều kiện chảy trong các phép thử profile là:

V = 2 m/s

ρ = 840 kg/m^3

u = 12 mm^2/s (12 cSt)

ρ_d = 1025 kg/m^3

D = 0,5 m

...

...

...

A.8.4.1. Bước 1

C_A = 2,0

C_B = 2,5

Y = 0,45

A.8.4.2. Bước 2

Tính e/D

m/s

A.8.4.3. Bước 3

Tính vận tốc lắng:

...

...

...

A.8.4.4. Bước 4

Tính E: 

 W/kg

A.8.4.5. Bước 5

Tính t:    

A.8.4.6. Bước 6

Tính giá trị G đối với độ nhớt tăng, và vận tốc chảy giảm dùng các bước tiếp theo ở qui trình 1.

a) Tính E

 W/kg

...

...

...

 m/s

c) Tính đặc trưng nhiễu loạn

 m/s

d) Tính giá trị G

Do đó, ở điều kiện làm việc mới, theo Bảng 8, C₁/C₂ trở thành 0,87 so với tỷ số CA/CB là 0,8 đối với các điều kiện ban đầu.

A.8.5. Ví dụ áp dụng số liệu thử

Các số liệu thử được lấy từ Bảng 10a và 10b, trong Phụ lục B đối với các phép thử profile các số từ 7 đến 12 (loạt 1) và các số 13 đến 18 (loạt 2).

Các điều kiện trộn ngược dòng chưa biết, do đó profile thu được từ các phép thử không thể đoán trước bằng tính toán, nhưng một profile trong các loạt này có thể dự đoán từ profile khác, bằng cách dùng những tính toán từ qui trình 1 và 4.

...

...

...

So sánh các năng lượng phát tán E dùng công thức (15) đã cho:

V₁ = 1,84 m/s (loạt 1)

và V₂ = 2,38 m/s (loạt 2)

A.8.5.2. Bước 2

So sánh độ lắng dùng công thức (10), trong đó tất cả các thay đổi, trừ E, đều giống nhau cho loạt 1 và 2.

A.8.5.3. Bước 3

Tính tỉ số  cho loạt 1:

...

...

...

Trong đó

 nồng độ nước biểu thị giá trị trung bình ở đỉnh ống lấy mẫu, so với giá trị trung bình của loạt 1.

nồng độ nước biểu thị giá trị trung bình ở đáy của ống lấy mẫu (và ký hiệu H trong Hình 13a) so với giá trị trung bình của loạt 1.

Tỉ số tương ứng với  trong A.7.2 và A.7.4 có thể dùng trong công thức (30) để có:

Sau đó, đối với loạt 2, có thể đánh giá bằng cách dùng tỉ số đã tính trong bước 2 là:

Do đó, khi dùng công thức (3) đối với các điều kiện của loạt 2 thì:

...

...

...

Việc dự đoán  trong A.8.5.3 so với giá trị tương ứng thu được từ các nồng độ nước đã đo:

Trong đó:

nồng độ nước biểu thị giá trị trung bình điểm ở đỉnh ống lấy mẫu theo giá trị trung bình đối với loạt 2.

nồng độ nước biểu thị giá trị trung bình điểm ở đáy ống lấy mẫu (và ký hiệu H trong Hình 13b) theo giá trị trung bình đối với loạt 2.

Hình 10 - Tỷ lệ năng lượng và kích thước giọt (xem công thức 9 và 19)

Hình 11 - Tốc độ lắng (xem công thức 10)

...

...

...

Hình 12 - Nhiễu loạn (độ khuyếch tán) (xem công thức 7)

Phụ lục B

(Qui định)

Ví dụ về các phép thử profile nồng độ nước ở phần cuối đường ống dẫn dầu thô

B.1. Các số liệu này liên quan đến 6.4.3 và đưa ra ví dụ về phương pháp có thể lập bảng và vẽ đồ thị các kết quả của các phép thử profile (xem Bảng 10a và 10b và Hình 13a và 13b).

B.2. Đã thu được hai loạt số liệu thử tại đầu cuối của ống dẫn dầu thô có đường kính trong bằng 747 mm. Dầu thô là phần nhẹ của dầu Ả rập có khối lượng riêng 840 kg/m^3 và độ nhớt 12,3 mm^2/s (12,3 cSt) ở 15^0C. Nhiệt độ bơm khi thử là 13^0C

Trong loạt đầu tiên của các phép thử, các số từ 7 đến 12, lưu lượng thể tích chảy là 29000 m^3/h, tương ứng với tốc độ chảy 1,84 m/s, và trong loạt thứ hai của các phép thử, các số 13 đến 18, lưu lượng chảy 3700 m^3/h, tương ứng với lưu lượng thể tích chảy 2,38 m/s

B.3. Vận tốc nước phun thay đổi từ 0 đến 7,24 thể tích trong loạt thử đầu tiên, và 0% thể tích đến 5,11% thể tích trong loạt thử thứ hai. Cần nhấn mạnh là, mặc dù các số liệu được ghi đối với phần trăm của nước được phun, điều này không được dùng trong các tính toán tiếp. Như vậy, theo qui định là các profile có hàm lượng nước dưới 1% thể tích bị bỏ qua, các số liệu từ profile số 7 và 13 không được dùng.

...

...

...

Sau đó các trung bình điểm của trung bình toàn bộ được tính và là 4,70% thể tích trong loạt thứ nhất và 4,23% thể tích trong loạt thứ hai.

Chú ý là các trung bình profile cũng có thể tính được, nhưng chỉ cho phép kiểm tra giá trị trung bình profile của trung bình toàn bộ tương đương với trung bình điểm của trung bình toàn bộ. Các trung bình profile không được dùng tiếp.

B.5. Tính được sai lệch của mỗi trung bình điểm khỏi trung bình điểm trung bình toàn bộ và đặc biệt chúng là -13,6% cho điểm A trong loạt thứ nhất và -3,1% cho điểm A trong loạt thứ hai.

B.6. Sau đó chấm từng điểm trung bình theo vị trí ống lấy mẫu tương ứng như trong các hình 13a và 13b, và so với các giới hạn chính xác được chấp nhận.

Trong loạt thứ nhất, các điểm A,B,G và H là ở ngoài các giới hạn và trong loạt thứ hai các điểm B và H nằm ngoài giới hạn.

B.7. Đối với hai loạt phép thử, các profile là tương tự với các profile chỉ ra trong P1 và P2 của Hình 8. Do đó chúng được chấp nhận, nếu ống lấy mẫu được bố trí theo các yêu cầu của 5.4.1 và các phép thử là đại diện các điều kiện của trường hợp xấu nhất.

B.8. Cần phải chú ý đối với việc sử dụng thiết bị trộn thích hợp, sao cho các profile tương tự với P₀ của Hình 8. Đó là điều đặc biệt nên làm, nếu tốc độ chảy của dầu thô nhỏ hơn 2900 m^3/h như đã thử, hoặc là nếu khối lượng riêng và độ nhớt có thể thay đổi so với các giá trị đã được ghi trong những phép thử profile.

CHÚ THÍCH: Mặc dù các số liệu này được thu thập từ các dụng cụ lấy mẫu trong ống nằm ngang đã không thừa nhận là độ trộn ở vị trí thử có thể tạo ra chỉ bởi bản chất của sự nhiễu loạn tự nhiên trong ống này. Các chi tiết đường ống khác ngược dòng trong đường ống nằm ngang, có thể đóng góp vào việc trộn ở các vị trí thử.

Bảng 10a - Phép thử profile nồng độ nước tại phần cuối đường ống dẫn dầu thô (loại 1)

...

...

...

Khối lượng riêng: 839,8 kg/m^3

Độ nhớt ở 15^0C: 12,3 mm^2/s

Nhiệt độ thử: 13^0C                                             Đường kính trong của ống: 747 mm

Tốc độ dòng chảy dầu thô: 2900m^3/h                 Tốc độ thử trong đường ống: 1,84 m/s

Bố trí đường ống

Điểm tham khảo

7

8

Số thử profile

...

...

...

12

Điểm trung bình

% sai lệch so với giá trị trung bình

9

10

Nồng độ nước

Đỉnh

A

0,10

...

...

...

3,2

3,6

4,6

5,3

4,06

-13,6

ống nằm ngang

B

0,15

...

...

...

3,7

3,8

5,0

5,7

4,32

-8,1

C

0,05

3,8

...

...

...

3,8

5,4

6,1

4,58

-8,1

D

0,10

3,2

3,8

...

...

...

5,3

6,6

4,58

-2,6

E

0,15

3,8

3,8

3,8

...

...

...

6,7

4,80

+2,1

F

0,15

3,4

3,8

4,4

5,7

...

...

...

4,86

+3,4

G

0,10

3,8

3,8

4,4

5,9

6,8

...

...

...

+5,1

Đáy

H

0,10

4,4

4,5

4,4

6,4

7,2

...

...

...

+14,5

profile trung bình

0,11

3,68

3,80

4,03

5,53

6,50

4,70 tổng giá trị trung bình

...

...

...

0

3,1

3,1

5,17

5,17

7,24

Hình 13a - Phép thử profile nồng độ nước tại phần cuối đường ống dẫn dầu thô (loại 1)

...

...

...

Tốc độ dòng chảy dầu thô: 3700m^3/h                 Tốc độ thử trong đường ống: 2,38m/s

(Các thông số khác giống như loạt 1)

Xếp đặt đường ống

Điểm tham khảo

13

14

Số thử profile

15

16

...

...

...

18

Điểm trung bình

% sai lệch so với giá trị trung bình

Nồng độ nước

Đỉnh

A

0,15

3,4

3,6

...

...

...

5,2

5,0

4,10

-3,1

ống nằm ngang

B

0,10

2,9

3,0

...

...

...

5,2

5,3

3,92

-7,3

C

0,15

3,4

3,6

3,3

...

...

...

5,4

4,28

+1,2

D

0,05

3,0

3,0

3,4

5,4

...

...

...

4,04

-4,5

E

0,10

3,4

3,6

3,4

5,7

5,5

...

...

...

+2,1

F

0,10

3,2

3,2

3,4

5,4

5,8

4,20

...

...

...

G

0,10

3,6

3,6

3,5

5,7

5,6

4,40

+4,0

...

...

...

H

0,15

3,6

3,3

3,4

6,4

6,2

4,38

+8,3

...

...

...

0,11

3,31

3,36

3,36

5,59

5,51

4,23 giá trị trung bình toàn bộ

Nước được phun

0

...

...

...

3,2

3,2

5,11

5,11

Hình 13b - Phép thử profile nồng độ nước tại phần cuối đường ống dẫn dầu thô (loại 2)

Phụ lục C

...

...

...

Chỉ dẫn về sự xác định đầu tiên các vị trí lấy mẫu triển vọng

C.1. Mở đầu

Bảng 11 nêu chỉ dẫn hữu ích về việc xác định đầu tiên các vị trí lấy mẫu triển vọng. Cần lưu ý rằng bảng này dựa trên tốc độ chảy và không tính đến các tham số như độ nhớt, kích thước ống, khối lượng riêng và nồng độ nước, bất kỳ tham số nào trong đó cũng có thể ảnh hưởng đến những dự đoán của bảng. Do đó, khi một vị trí lấy mẫu có triển vọng đã được chọn, người ta khuyên là nên dùng các quy trình tính toán trong Phụ lục A để đánh giá độ phát tán của nước, và do đó chấp nhận hoặc là bác bỏ sự lựa chọn vị trí này.

CHÚ THÍCH: Bảng 11, các chú ý trong điều C.2 và ví dụ trong điều C.3 đã được phỏng theo hướng dẫn đo đạc dầu mỏ API chương 8, phần 2.

C.2. Quy định chung

a) Khi thêm các chi tiết trộn (như các máy trộn tĩnh) nên xem xét sự giảm áp suất ở tốc độ chảy bé nhất và lớn nhất.

b) Cần có số liệu về tính năng máy trộn mạnh dùng cho dầu thô và những đường ống lớn.

c) Tùy thuộc vào cấu tạo và vị trí bơm, các bơm li tâm có thể tăng cường sự phát tán hoặc chúng có thể gây ra sự phân tầng.

d) Các chi tiết ống nhất định, như các chữ T, chỗ góc 90^0, các ống đo, có khả năng trộn đáng kể. Các chi tiết khác như chỗ góc 45^0 và các van cửa mở hết cỡ có khả năng trộn ít.

...

...

...

Các loạt khác của phép thử hiện trường đã chỉ ra là, có sự không đảm bảo trong việc dự đoán độ phát tán trên 2,4m/s, đặc biệt trong các ống nằm ngang với sự trộn ngược dòng cực tiểu. Một số phép thử có các profile chấp nhận được, thể hiện sự phát tán tốt, trong khi các phép thử khác có các profile không đồng nhất, biểu hiện sự phát tán yếu. Các profile không đồng nhất, chỉ ra có sự tăng nồng độ nước về phía đáy của ống nằm ngang, hoặc là có điểm dao động vượt ngoài các tiêu chuẩn cho sự phát tán tốt. Trường hợp sau phải chú ý vì sự phát tán kém có thể làm cho việc lấy mẫu không đại diện.

Một loạt khác của các phép thử hiện trường trong một đường ống nằm ngang, đường kính lớn, với khối lượng riêng dầu thô sắp xếp từ khoảng 875 kg/m^3 đến 849 kg/m^3 ở 15^0C, đã chỉ ra rằng với một tốc độ dòng thích hợp, không phải luôn luôn loại trừ được sự khác nhau về nồng độ giữa đáy và đỉnh ống, nó có thể cho một nồng độ trung bình ở điểm lấy mẫu giữa ống, nồng độ này đại diện cho dòng toàn bộ phần ở vị trí lấy mẫu đó.

Bảng 11 - Các vận tốc chảy bé nhất đề nghị đối với các chi tiết trộn ngược

Chi tiết trộn

ống

Vận tốc chảy bé nhất trong ống m/s

0

0,3

0,6

...

...

...

1,2

1,5

1,8

2,1

2,4

Trộn lực

Nằm ngang hoặc thẳng đứng

Thích hợp ở tốc độ chảy bất kỳ

Trộn tĩnh

...

...

...

Phân tầng

Không đoán trước được

Phát tán thích hợp

Trộn tĩnh

Nằm ngang

Phân tầng

Không đoán trước được

Phát tán thích hợp

...

...

...

Thẳng đứng

Phân tầng

Không đoán trước được

Phát tán thích hợp

Các chi tiết ống

Nằm ngang

Phân tầng

Không đoán trước được

Phát tán thích hợp

...

...

...

Nằm ngang hoặc thẳng đứng

Phân tầng hoặc không đoán trước được

Xem C.2e)

C.3. Ví dụ

Nhà thiết kế phải đối mặt với các yếu tố sau đây trong lúc thiết kế một hệ thống lấy mẫu cho phần cuối đường ống dẫn dầu thô từ tầu thủy.

a) lấy mẫu từ một ống nằm ngang 610 mm (24 in);

b) tốc độ chảy theo thể tích trong đường ống bé nhất bằng 442 l/s;

c) tốc độ chảy bé nhất bằng 1,6 m/s;

d) sự trộn ngược dòng do các bơm tăng cường và một ống góp tức là một ống ngang cộng với những chi tiết ống.

...

...

...

a) lắp đặt một dụng cụ lấy mẫu vào đường nằm ngang và thử hiện trường để xác định, nếu độ phát tán thích hợp;

b) lắp đặt một máy trộn; 1,6 m/s là ở trên vùng tới hạn 0,6 m/s đến 1,2 m/s cho đường ống nằm ngang cộng với một máy trộn. Cặn và sự phát tán nước sẽ thích hợp;

c) lắp đặt một ống nhánh thẳng đứng.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

ISO 3534 Thống kê - Từ vựng và các ký hiệu.

TCVN 2692 (ISO 3733) Sản phẩm dầu mỏ và vật liệu bi tum - Xác định nước - Phương pháp cất.

ISO 3734 Dầu mỏ thô và nhiên liệu - Phép xác định nước và cặn - Phương pháp ly tâm.

ISO 3735 Dầu mỏ thô và nhiên liệu - Xác định cặn - Phương pháp chiết.

...

...

...

ISO/TR 9494 Chất lỏng dầu mỏ - Lấy mẫu tự động đường ống - Nghiên cứu thống kê về đặc tính của các dụng cụ lấy mẫu tự động.