Đo lưu lượng nguyên lý vortex cho ứng dụng lò hơi

Đo lưu lượng nguyên lý dòng xoáy (vortex) cho ứng dụng đo lưu lượng hơi (steam)

Đo lưu lượng bằng nguyên lý đo dòng xoáy gọi tắt là thiết bị đo lưu lượng vortex, hoạt động dựa trên hiệu ứng Karman, tên của một nhà vật lý người Mỹ gốc Hungary. Ông quan sát thấy rằng các dòng xoáy vortices) được sinh ra sau khi lưu chất đi qua 1 vật chắn ngang. Cảm biến trong thiết bị đo lưu lượng vortex sẽ đếm số lượng các dòng xoáy hoặc dòng rối, kết hợp với việc đo mức độ nhanh chậm của chúng để suy ra vận tốc của dòng chảy qua thiết bị đo lưu lượng vortex. Các thông số về số lượng vòng xoáy và độ nhanh chậm được cảm biến chuyển sang tín hiệu điện, truyền về transmitter dưới dạng xung có 1 giá trị tần số. Bộ xử lý của transmitter từ đó tính toán ra lưu lượng thể tích (volumetric flowrate) trên cơ sở có tính đến giá trị K-factor (là giá trị duy nhất được hiệu chuẩn của thiết bị lúc xuất xưởng).

Bàn về hiệu ứng Karman, về việc dòng xoáy sinh ra khi có vật chắn trên đường đi, người viết hay có ví von về việc thả diều trong khu chung cư cao tầng là không thể được, vì theo cách nói bình dân là gió quẩn nhiều quá, diều không thể bay lên được, hay khi đi qua cầu luôn thấy các dòng xoáy quanh mố cầu. Khi quan sát những việc như vậy, thì người viết hay có liên tưởng đến thiết bị đo lưu lượng vortex.

Đo lưu lượng vortex được ra mắt từ những năm 1960, và chúng ngày càng được sử dụng cho nhiều ứng dụng hơn trong đó có ứng dụng đo hơi trong lò hơi công nghiệp. Ở ứng dụng đo lưu lượng hơi trong lò hơi, vortex cũng dần thay thế các thiết bị đo lưu lượng bằng theo nguyên lý chênh áp (dP) do khả năng đo chính xác và ổn định trong cả điều kiện đo có tồn tại 2 pha lỏng và khí hay thậm chí có ngưng tụ, mà trong điều kiện hoạt động như vậy, đo lưu lượng dạng chênh áp có yếu điểm là các giọt nước có thể đi vào các đường ống chống sốc nhiệt (impulse line) làm nghẹt ống. Đo lưu lượng hơi chính xác và ổn định đồng nghĩa với việc tối ưu hóa chi phí vận hành. Với những đơn vị cấp hơi và mua hơi cho sản xuất, đo chính xác bằng vortex sẽ giúp tránh được các tranh cãi về độ chính xác của phép đo.

Ứng dụng đo hơi:

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có những nguy hiểm cố hữu liên quan đến việc sử dụng hơi nước, đặc biệt khi có nguy cơ rò rỉ hơi. Hơi quá nhiệt hoặc hơi bão hòa có thể thoát ra khỏi hệ thống và làm tổn thương công nhân hoặc làm hỏng thiết bị. Tuy nhiên, hơi nước được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp do tính chất vật lý độc đáo của nó (ở nhiệt độ sôi, nước hóa hơi và không tăng nhiệt, vì vậy tất cả các năng lượng đều được tích lũy dưới dạng thế năng, cho nên hơi là 1 dạng mang năng lượng rất tốt). Các ngành công nghiệp mà hơi nước được sử dụng rất phổ biến từ hóa chất, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, và sản xuất điện.

Có hai loại hơi thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, bão hòa và quá nhiệt. Trong các ứng dụng này, đều đòi hỏi các thông số đo lường có độ chính xác và tin cậy cao để đảm bảo hơi nước được duy trì ở đúng điều kiện áp suất, nhiệt độ, lưu lượng trong suốt quy trình công nghệ có sử dụng hơi nước.
Hơi bão hòa được tạo ra khi nước được làm nóng đến trạng thái khí nhưng giữ ngay dưới điểm sôi với áp suất tương ứng. Hai ứng dụng phổ biến cho hơi nước bão hòa là sưởi ấm và khử trùng. Trong các ứng dụng này, nếu có sự thay đổi mật độ hơi, áp suất hoặc nhiệt độ có thể được bù vào để giữ cho trạng thái hơi luôn bão hòa, ổn định chất lượng nước của hơi.

Nói thêm 1 chút về hơi bão hòa, sở dĩ nó được sử dụng rộng rãi là vì các lý do sau:

• Hệ số cấp nhiệt lớn do đó bề mặt truyền nhiệt nhỏ, nên kích thước thiết bị truyền nhiệt nhỏ gọn
• Lượng nhiệt cung cấp lớn vì đó là lượng nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ hơi
• Dễ điều chỉnh nhiệt độ đun nóng bằng cách điều chỉnh áp suất của hơi
• Vận chuyển xa dễ dàng bằng đường ống

Hơi quá nhiệt là hơi bão hòa được làm nóng trên điểm sôi với áp suất tương ứng. Hơi quá nhiệt không phù hợp với các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt hay dùng để khử trùng, vì khi hơi quá nhiệt, hệ số truyền nhiệt kém đi. Tuy nhiên, hơi quá nhiệt mang các đặc tính năng lượng cao, khả năng ngưng tụ thấp, hơi khô hoàn toàn nên được dùng để sản sinh ra năng lượng ví dụ như các ứng dụng liên quan đến turbine.

Với hơi quá nhiệt, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng hơi nước không ngưng tụ tại bất kỳ điểm nào trong quy trình, bởi vì các giọt nước có thể gây nguy hiểm cho cả nhà máy và nhân viên do làm tăng hao mòn trên các bộ phận máy móc, nếu không được phát hiện theo thời gian, có thể khiến máy móc hoặc đường ống bị hỏng.

Độ chính xác của phép đo
Như đã nói ở trên, lưu lượng đo chênh áp rất phổ biến với ứng dụng đo lưu lượng của hơi, tuy nhiên, các đường dẫn truyền áp suất (impulse line) dễ bị chắn bởi các giọt nước ngưng tụ, làm ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Ở phía ngược lại, đo lưu lượng vortex không cần phụ kiện impulse line, thiết bị được lắp trực tiếp vào đường ống, và hơi nước đi quathanh chắn, tạo ra các vòng xoáy có thể đo được. Các dữ liệu đo này sẽ gửi đến transmitter và cho người vận hành biết các đặc tính của lưu lượng.

Tái sử dụng và tái tuần hoàn hơi nước

Một trong những lợi ích quan trọng của việc sử dụng hệ thống truyền nhiệt bằng hơi, là trong hệ thống chỉ cần có hơi nước. Nước được đun sôi và gia nhiệt ở lò hơi, sau đó hơi được vận chuyển qua các đường ống qua các quy trình công nghệ có sử dụng hơi. Tại cuối hệ thống, hơi nước ngưng tụ thành nước và quay về lò hơi một các tuần hoàn.

Trên thực tế, hơi nước luôn bị thất thoát chứ không tuần hoàn hoàn toàn. Lý do chính là trong quá trình gia nhiệt, hơi nước sẽ được thoát ra ngoài qua các hệ thống xả áp do quá áp. Nhờ vào tính chất đo tức thời của nguyên lý vortex, mà sự thay đổi về áp suất được phát hiện gần như ngay lập tức, giúp cho người vận hành điều chính các thông số hệ thống sản xuất kịp thời, chất lượng điều khiển tăng.

 Nguồn: https://www.isa.org/intech/201912basics/?utm_content=118739988&utm_medium=social&utm_source=linkedin&hss_channel=lcp-164473