Làm thế nào bộ lọc khí nhiên liệu với đồng hồ đo áp suất chênh lệch có thể nâng cao độ tin cậy của hệ thống khí tự nhiên và LPG?

Bối cảnh và nguyên tắc cơ bản

Trong các hệ thống cung cấp khí, việc đảm bảo khí được cung cấp không có các hạt, bụi, chất ngưng tụ hoặc các tạp chất khác là rất quan trọng để bảo vệ thiết bị hạ lưu. Bộ lọc khí nhiên liệu được đặt ở phía trước bộ điều chỉnh, van hoặc đầu đốt đóng vai trò quan trọng này bằng cách thu giữ các chất gây ô nhiễm rắn. Tuy nhiên, khi bộ lọc thu thập các mảnh vụn theo thời gian, điện trở trong của nó tăng dần, dẫn đến giảm áp suất giữa đầu vào và đầu ra. Đó là nơi một đồng hồ đo chênh lệch áp suất phát huy tác dụng: nó đo chênh lệch áp suất trên bộ lọc và cung cấp chỉ báo về mức độ tắc hoặc làm sạch bộ lọc. Bằng cách liên tục theo dõi chênh lệch áp suất đó, người vận hành có thể đánh giá khi nào cần bảo trì hoặc thay thế bộ lọc, ngăn ngừa sự cố đột ngột hoặc ô nhiễm.

Nguyên lý đằng sau phép đo chênh lệch áp suất rất tinh tế nhưng hiệu quả. Hai cổng áp suất—một cổng ngược dòng (phía cao) và một cổng xuôi dòng (phía thấp)—được kết nối với máy đo. Bên trong, một bộ phận cảm biến như màng ngăn, pít-tông hoặc ống thổi phản ứng với sự chênh lệch áp suất và dịch chuyển theo tỷ lệ, điều khiển một con trỏ hoặc màn hình hiển thị. Độ lớn của chênh lệch áp suất tương quan với điện trở do bộ lọc đưa vào, do đó, khi tình trạng tắc nghẽn trở nên trầm trọng hơn, số đọc chênh lệch sẽ tăng lên. Thông qua hiệu chuẩn và ngưỡng chấp nhận đã biết, giá trị đó trở thành tín hiệu trực tiếp cho tình trạng bộ lọc.

Những cân nhắc thiết kế chính và tiêu chí lựa chọn

Khi lựa chọn bộ lọc khí nhiên liệu có đồng hồ đo chênh lệch áp suất cho hệ thống LPG hoặc khí tự nhiên, một số thông số kỹ thuật cần được xem xét kỹ lưỡng. Đầu tiên, độ chính xác và độ phân giải của phép đo rất quan trọng: máy đo phải giải quyết những chênh lệch áp suất nhỏ (thường từ hàng chục đến hàng trăm pascal hoặc inch nước) để có thể phát hiện được sự gia tăng áp suất ở giai đoạn đầu trước khi bộ lọc bị tắc hoàn toàn. Thứ hai, phạm vi và nhịp của thang đo chênh lệch áp suất phải bao gồm cả điều kiện sạch và bị tắc mà không làm bão hòa máy đo. Thứ ba, các loại kết nối và kích cỡ phải phù hợp với đường ống (ví dụ: phụ kiện có ren, mặt bích hoặc nén) và tránh gây thêm xáo trộn dòng chảy. Thứ tư, khả năng tương thích vật liệu các vấn đề, vì LPG và khí tự nhiên có thể mang theo chất gây ô nhiễm hoặc hơi ẩm; do đó, các bộ phận bị ướt phải chống lại sự ăn mòn, tấn công hóa học hoặc xuống cấp theo thời gian. Cuối cùng, khả năng tiếp cận bảo trì và tính di động ảnh hưởng đến thiết kế: khả năng đưa máy đo về 0, khả năng hiệu chuẩn và không gian để bảo trì mà không cần tháo rời đường ống chính là những cân nhắc thực tế có thể tạo nên hoặc phá vỡ một thiết kế trong cài đặt thực tế.

Một khía cạnh quan trọng khác là khả năng tương thích giữa các loại khí —LPG, khí tự nhiên hoặc khí nhiên liệu hỗn hợp. Mật độ, đặc tính dòng chảy và loại chất gây ô nhiễm của chúng có thể khác nhau. Một hệ thống lọc được tối ưu hóa cho LPG (nặng hơn, dễ ngưng tụ hơn) có thể yêu cầu các kích thước lỗ hoặc vật liệu lọc khác với hệ thống lọc cho khí tự nhiên nghèo. Ngoài ra, cần tính đến hành vi chênh lệch áp suất trong các điều kiện nhiệt độ hoặc áp suất thay đổi, đảm bảo số đọc chính xác trên đường bao vận hành.

Thực tiễn tốt nhất về triển khai và cài đặt

Việc lắp đặt đúng cách là điều cần thiết để đảm bảo đồng hồ đo chênh lệch áp suất tạo ra dữ liệu có ý nghĩa. Các vòi áp suất ở thượng nguồn và hạ lưu của bộ lọc phải được đặt ở những điểm mà dòng chảy phát triển đầy đủ và không có vật cản như uốn cong đột ngột, van hoặc các yếu tố gây xáo trộn dòng chảy khác. Lý tưởng nhất là các vòi được đặt cách một vài đường kính ống ngược dòng và xuôi dòng để cho phép số đọc ổn định. Bản thân máy đo phải được lắp đặt ở vị trí không bị rung, sốc hoặc thay đổi nhiệt độ quá cao và nơi người vận hành có thể dễ dàng đọc hoặc bảo trì nó. Việc đảm bảo máy đo được lắp ở hướng thích hợp để trọng lực không làm lệch phần tử cảm biến là điều quan trọng—một số máy đo cho phép định hướng linh hoạt, nhưng việc zeroing hoặc hiệu chuẩn phải tính đến điều đó.

Trước khi vận hành, một hiệu chuẩn điểm 0 (hoặc điều chỉnh mức 0) phải được thực hiện khi bộ lọc mới và sạch, để đảm bảo rằng chênh lệch cơ sở được đặt về 0 hoặc gần bằng 0. Kiểm tra định kỳ cũng cần thiết, đặc biệt là sau khi bảo trì hoặc thay thế các bộ phận lọc. Việc cài đặt cũng phải cho phép đủ khoảng trống xung quanh máy đo để truy cập trong tương lai, các công cụ hiệu chuẩn và khả năng thay thế mà không cần phải tháo bỏ đường ống. Đối với các hệ thống có nhiều bộ lọc song song, sắp xếp đa dạng hoặc bỏ qua có thể được bao gồm để cho phép thay thế bộ lọc mà không cần tắt hệ thống và chỉ số đo của máy đo có thể quyết định bộ lọc nào đang hoạt động.

Giám sát hiệu suất và dự đoán lỗi

Sau khi được cài đặt, đồng hồ đo áp suất chênh lệch sẽ trở thành cửa sổ thời gian thực về tình trạng bộ lọc. Khi khí đi qua bộ lọc, áp suất chênh lệch thấp ở trạng thái sạch. Theo thời gian, khi các mảnh vụn tích tụ, chênh lệch áp suất tăng dần. Bằng cách quan sát xu hướng gia tăng này, người vận hành có thể lên lịch bảo trì trước khi bộ lọc bị tắc hoàn toàn và gây giảm áp suất quá mức hoặc cho phép chất gây ô nhiễm lọt qua. Sự chênh lệch áp suất tăng vọt đột ngột có thể cho thấy sự xâm nhập hoặc hư hỏng của các hạt bất thường. Cài đặt ngưỡng báo động là thông lệ tiêu chuẩn: ví dụ: mức cảnh báo ở mức 50% toàn thang đo và mức tới hạn gần 80 – 90% toàn thang đo, kích hoạt cảnh báo hoặc thậm chí kích hoạt van tự động để cách ly hoặc bỏ qua bộ lọc.

Trong các hệ thống phức tạp hơn, đầu ra của máy đo có thể đưa vào hệ thống điều khiển để kích hoạt tự động bỏ qua hoặc chuyển đổi bộ lọc trong các sắp xếp đa bộ lọc. Điều đó đảm bảo tính liên tục của việc cung cấp khí đốt trong khi bảo trì diễn ra. Máy đo cũng có thể giao tiếp với các hệ thống giám sát từ xa hoặc SCADA để ghi lại xu hướng chênh lệch áp suất lịch sử, giúp dự đoán bảo trì và ước tính tuổi thọ của phương tiện lọc. Bằng cách chẩn đoán sự gia tăng chênh lệch áp suất nhanh chóng, các kỹ sư có thể suy ra những thay đổi về mức độ ô nhiễm ở thượng nguồn, sự suy giảm chất lượng khí hoặc sai lệch của quy trình ở thượng nguồn.

Nghiên cứu điển hình: Trạm điều tiết khí trung áp

Hãy xem xét một trạm đo và điều chỉnh khí áp suất trung bình phục vụ một cơ sở công nghiệp. Trong một trạm như vậy, khí đầu dòng được làm sạch bằng bộ lọc được trang bị đồng hồ đo áp suất chênh lệch trước khi đi vào hệ thống giảm áp. Bộ lọc nằm phía trước bộ điều chỉnh và van an toàn. Với máy đo tại chỗ, người vận hành trạm sẽ theo dõi chênh lệch áp suất trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng. Khi nhu cầu của cơ sở tăng lên, lưu lượng khí tăng lên sẽ khiến các chất gây ô nhiễm tích tụ nhanh hơn một chút và sự gia tăng chênh lệch áp suất trở nên đáng chú ý. Khi chỉ số đo đạt đến ngưỡng cảnh báo, một khoảng thời gian bảo trì sẽ được lên lịch để thay đổi thành phần bộ lọc. Nếu không có máy đo, người vận hành có thể đoán được khoảng thời gian bảo trì (có nguy cơ tắc nghẽn sớm hoặc vi phạm ô nhiễm) hoặc thay thế bộ lọc quá thường xuyên (lãng phí phương tiện). Trong thực tế, máy đo ngăn chặn thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến ​​và bảo vệ các bộ điều chỉnh đắt tiền ở hạ lưu.

Trong một kịch bản khác, trong ứng dụng nồi hơi đốt khí trong nhà máy hóa chất, đường cung cấp khí đốt sử dụng bộ lọc này cộng với bố trí đồng hồ đo áp suất chênh lệch. Trong quá trình ngược dòng, chất gây ô nhiễm tăng vọt tạm thời và chỉ số đo cho thấy sự gia tăng nhanh chóng. Hệ thống điều khiển cảm nhận được điều này và chuyển sang hệ thống lọc song song trong khi nhân viên thay thế bộ phận bị tắc. Nhờ giám sát thời gian thực, hiệu suất nồi hơi vẫn ổn định mà không cần can thiệp hoặc tắt thủ công.

Xu hướng và định hướng đổi mới

Trong tương lai, sự phát triển của bộ lọc khí nhiên liệu với đồng hồ đo chênh lệch áp suất đang hướng tới thiết bị thông minh . Điều đó bao gồm việc tích hợp các cảm biến kỹ thuật số cung cấp đầu ra bus kỹ thuật số hoặc 4-20 mA (ví dụ: HART, Modbus) thay vì các con trỏ tương tự, cho phép giám sát, chẩn đoán và tích hợp từ xa vào hệ thống IoT. Điều này cho phép ghi dữ liệu liên tục, phân tích xu hướng và cảnh báo từ các phòng điều khiển tập trung. Một xu hướng khác liên quan đến phương tiện lọc tự làm sạch hoặc hệ thống rửa ngược trong đó số đọc của đồng hồ đo chủ động thúc đẩy chu trình làm sạch, giảm việc bảo trì thủ công. Về mặt vật liệu, lớp phủ tiên tiến, hợp kim chống ăn mòn và khả năng bịt kín chắc chắn hơn có thể cải thiện tuổi thọ trong các dòng khí khắc nghiệt hoặc ăn mòn.

Cuối cùng, nhu cầu về thiết kế mô-đun thu nhỏ và nhỏ gọn đang được yêu cầu—dấu chân nhỏ hơn, thể tích chết ít hơn và bảo trì đơn giản là điều mong muốn trong các hệ thống lắp đặt chật hẹp. Kết hợp với các thuật toán cảm biến tốt hơn và khả năng tự chẩn đoán (ví dụ: phát hiện sự trôi dạt hoặc rò rỉ cảm biến), thế hệ bộ lọc tiếp theo có đồng hồ đo chênh lệch áp suất sẽ mang lại độ tin cậy cao hơn, tổng chi phí sở hữu thấp hơn và độ an toàn vận hành cao hơn trong lắp đặt LPG và khí tự nhiên.