Tiêu chuẩn TCVN 8618:2010 về Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG)-Hệ thống phân phối và đo lường LNG cho phương tiện giao thông đường bộ-Xe tải và xe khách

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8618:2010

KHÍ THIÊN NHIÊN HÓA LỎNG (LNG) - HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ ĐO LƯỜNG LNG CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - XE TẢI VÀ XE KHÁCH

Liquefied natural gas (LNG) - LNG vehicle metering and dispensing systems - Truck and bus

Lời nói đầu

TCVN 8618:2010 là tiêu chuẩn chấp nhận tương đương có sửa đổi với SAE J2645:2009.

TCVN 8618:2010 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 58 Chai chứa khí phối hợp với Viện Dầu khí Việt Nam biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

KHÍ THIÊN NHIÊN HÓA LỎNG (LNG) - HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ ĐO LƯỜNG LNG CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - XE TẢI VÀ XE KHÁCH

Liquefied natural gas (LNG) - LNG vehicle metering and dispensing systems - Truck and bus

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này cung cấp những khuyến cáo về yêu cầu kỹ thuật áp dụng cho phương tiện giao thông đường bộ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng (liquefied natural gas - LNG). Mục đích của tài liệu này nhằm cung cấp những thông tin quan trọng đáng lưu ý về hệ thống phân phối và đo lường LNG cho phương tiện giao thông vận tải.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là 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 bản sửa đổi (nếu có).

TCVN 8616 (NFPA 59A), Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) - Yêu cầu trong sản xuất, tồn chứa và vận chuyển.

NIST Handbook 44, Specifications, Tolerances, and other Techical Requirements for Weighing and Measuring Devices (Điều kiện kỹ thuật, dung sai và những yêu cầu kỹ thuật khác đối với thiết bị đo lường).

NFPA 52, Vehicular Fuel Systems Code (Tiêu chuẩn cho nhiên liệu sử dụng trong phương tiện vận tải).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1. Cơ quan có thẩm quyền (Authority having jurisdiction)

Tổ chức chịu trách nhiệm phê duyệt thiết bị, việc lắp đặt hoặc quy trình.

3.2. Hợp đồng mua bán (Contract sale)

Văn bản ký thỏa thuận mua bán, trong đó có nêu rõ mức giá khởi điểm cũng như mức giá cố định, mức giá trên chi phí hoặc mức giá được điều chỉnh từ một giá đã công bố.

3.3. Chất lỏng siêu lạnh( Cryogenic liquid)

Chất lỏng có điểm sôi thường thấp hơn - 153 ^oC.

3.4. Đơn vị khối lượng quy đổi (Derived mass unit)

Để thuận tiện trong giao dịch với khách hàng, đơn vị tính được sử dụng dựa trên đơn vị khối lượng chính xác như:

3.4.1. "Một gallon diesel quy đổi: (Diesel gallon equivalent - DGE) tương đương với 2,1 kg khí thiên nhiên.

3.4.2. "Một lít diesel quy đổi" (Diesel liter equivalent - DLE) tương đương với 0,716 kg khí thiên nhiên.

CHÚ THÍCH: Giá trị quy đổi này được tính toán dựa trên nhiệt trị thấp (lower heating value - LHV) của LNG là 50 MJ/kg với giả thiết trong thành phần gồm 98 % metan và 2 % etan với LHV của diesel là 35,80 MJ/L.

3.4.3. "Một gallon xăng quy đổi" (Gasoline gallon equivalent - GGE) tương đương với 2,567 kg khí thiên nhiên nén.

3.4.4. "Một lít xăng quy đổi" (Gasoline liter equivalent - GLE) tương đương với 0,678 kg khí thiên nhiên nén.

CHÚ THÍCH: Xem thêm Sổ tay kỹ thuật số 44 của NIST.

3.5. Giao dịch trực tiếp (Direct sale)

Cả hai bên giao dịch đều có mặt khi kiểm tra số lượng hàng.

3.6. Trạm phân phối (Dispenser)

Thiết bị được thiết kế sử dụng trong đo lường và giao nhận nhiên liệu lỏng.

3.7. Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied natural gas, LNG)

Khí chuyển thể lỏng được làm lạnh sâu bằng cách giảm nhiệt độ của khí thiên nhiên xuống - 162 ^oC tại điều kiện áp suất khí quyển.

3.8. Thiết bị đo lưu lượng (Mass flow meter)

Thiết bị dùng để đo lưu lượng sản phẩm khi qua hệ thống. Lưu lượng có thể được xác định trực tiếp từ tác động của khối lượng lên cảm biến ghi nhận hoặc có thể suy ra thông qua việc đo các tính chất của sản phẩm, chẳng hạn như thể tích, tỷ khối, nhiệt độ, áp suất và hiển thị giá trị dưới đơn vị khối lượng.

3.9. Điểm sôi thường (Normal boiling point, NBP)

Điểm sôi thường của chất lỏng được làm sạch sâu ở áp suất 101,325 kPa.

3.10. Nhiệt độ và áp suất thường (Normal temperature and pressure)

Nhiệt độ ở 21 ^oC và áp suất tương ứng 101,325 kPa.

3.11. Hệ thống giao bán hàng (Point of sale system)

Tập hợp các thiết bị bao gồm thiết bị đo lường, máy hiển thị, máy chỉ báo, máy ghi (cũng có thể dùng cả máy quét) được sử dụng trong giao dịch mua bán trao đổi hàng hóa.

3.12. Thiết bị bán lẻ (Retail device)

Thiết bị sử dụng đối với:

- Giao hàng nhỏ lẻ ít hơn 378 L; hoặc

- Trạm nạp nhiên liệu động cơ cho từng phương tiện giao thông.

3.13. Áp suất bão hòa (Saturation pressure)

Áp suất mà tại đó chất lỏng sẽ tự sôi.

3.14. Dòng hai pha (Two-phase flow)

Trạng thái tồn tại cả chất lỏng và chất khí bay hơi từ chất lỏng.

3.15. Thiết bị bán buôn (Wholesale device)

Gồm bất cứ thiết bị giao bán nào khác ngoài thiết bị bán lẻ (Xem 3.12).

4. Các thông số vật lý của chất lỏng được làm lạnh

Việc xác định chính xác các thông số của LNG gặp nhiều khó khăn. Các thông số chủ yếu được nêu dưới đây. Cần lưu ý các thông số này có liên hệ chặt chẽ với nhau.

4.1. Nhiệt

Chất lỏng được làm lạnh sâu dưới điều kiện áp suất sẽ thu nhiệt trừ khi nhiệt độ được giữ ở trạng thái cân bằng. Sự trao đổi nhiệt chỉ có thể được giảm thiểu chứ không thể loại bỏ. Việc thu hay tỏa nhiệt sẽ ảnh hưởng tới tỉ khối chất lỏng.

4.2. Áp suất bão hòa

Kiểm soát chặt chẽ áp suất bão hòa khi phân phối LNG khá quan trọng vì hệ thống phương tiện giao thông hiện tại sử dụng áp suất này trong quá trình phân phối nhiên liệu cho động cơ. Rất khó để xác định được chính xác áp suất bão hòa đối với dòng chảy LNG.

4.3. Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của LNG thay đổi theo áp suất bão hòa. Tại giá trị áp suất bão hòa cao hơn (điểm sôi cao hơn) LNG có khối lượng riêng thấp hơn. Điều đó có nghĩa là 3,79 L LNG tại - 154 ^oC có khối lượng 1,56 kg (sôi ở áp suất 170,3 kPa) và tại 129 ^oC có khối lượng 1,40 kg (sôi ở áp suất 790,8 kPa). Tùy thuộc và công nghệ, hệ thống phân phối phải có khả năng hiệu chỉnh sự thay đổi về khối lượng riêng liên quan đến nhiệt độ, áp suất và/hoặc thành phần của LNG.

4.4. Thành phần của LNG

Tùy thuộc vào sự thay đổi trong nguyên liệu đầu vào, phương pháp hóa lỏng và tồn chứa LNG mà thành phần hóa học của LNG có thể thay đổi. Sự thay đổi thành phần của LNG kéo theo sự thay đổi về khối lượng riêng và do đó có thể gây sai số trong quá trình đo lường.

4.5. Trạng thái siêu lạnh

Chất lỏng được làm lạnh sâu được chứa trong các bồn chịu áp. Có thể tạo thêm áp suất lên bề mặt chất lỏng này mà không thay đổi nhiệt độ hay độ bão hòa của nó bằng cách bổ sung thêm lượng hơi vào phần trên của bồn chứa. Dưới những điều kiện này, chất lỏng được coi như bị rơi vào trạng thái "siêu lạnh" (quá lạnh). Khi bơm chất lỏng ở điều kiện áp suất cao cũng tạo ra hiệu ứng tương tự. Đây cũng là phương thức ngăn ngừa chất lỏng sôi.

5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống phân phối

Có rất nhiều vấn đề bên ngoài liên quan tới độ cảm biến đo lường có thể gây ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo. Sau đây là nhưng vấn đề chính cần xem xét để tránh sai số khi đo.

5.1. Hiệu chỉnh thể tích ống

Khi thiết kế cần xem xét tính toán lượng chất lỏng và hơi nằm lại trong hệ thống sau khi đi qua điểm lắp thiết bị đo. Thiết bị phân phối có thể được thiết kế để kết hợp các đặc tính của dòng lỏng tuần hoàn, hệ thống tiêu nước đọng hoặc các phương pháp khác để đạt được điều kiện vận hành theo yêu cầu.

5.2. Dòng hai pha

Dòng LNG được làm nóng hoặc giảm áp trong suốt quãng đường di chuyển từ bồn chứa tới hệ thống nhiên liệu của xe. Tùy thuộc vào hình dạng đường đi của tuyến ống mà có thể tồn tại cả hơi và chất lỏng trong hệ thống. Đây là một thực tế xảy ra trong giai đoạn khởi đầu của quá trình phân phối. Hầu hết các đồng hồ đo đều bị sai lệch do hiện tượng hai pha này. Hệ thống phân phối chính xác LNG yêu cầu các biện pháp nhận biết và hiệu chỉnh khi có sự xuất hiện của dòng hai pha.

5.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ thay đổi có thể gây ảnh hưởng tới kích thước, đặc điểm vật liệu của hệ thống phân phối và thiết bị đo. Nhiệt độ cũng có tác động tới tỷ khối của LNG. Khi thiết kế hệ thống phân phối cần xét đến những ảnh hưởng này, cân chỉnh hoặc sửa chữa kỹ thuật nếu cần thiết.

5.4. Ảnh hưởng của áp suất

Trong hệ thống phân phối khi áp suất tự thay đổi (hiện tượng giảm áp) có thể là nguyên nhân tạo ra dòng hai pha, cũng giống như thay đổi về tỷ khối. Khi thiết kế hệ thống phân phối cần xem xét tới những ảnh hưởng này, căn chỉnh hoặc hiệu chỉnh kỹ thuật nếu cần thiết.

5.5. Thành phần cấu tạo

LNG là hỗn hợp chủ yếu gồm metan và một tỷ lệ nhỏ etan, propan, butan và nitơ. Thành phần này tùy thuộc vào nguyên liệu khí thiên nhiên đầu vào và phương thức hóa lỏng. Như vậy, tỷ khối của LNG có thể khác nhau tùy thuộc và thành phần. Khi thiết kế hệ thống đo cần xem xét việc hiệu chỉnh theo thành phần hóa học.

5.6. Sai lệch dòng đo

Trong hệ thống đang được kiểm soát đo lường hoặc đang được theo dõi, không được có thao tác gì làm cho chất lỏng đi chệch khỏi buồng đo hoặc xả chất lỏng ra ngoài, nhưng khi đầu ra có thể kiểm soát được thì cho phép mở để làm sạch hoặc xả bẩn. Phải có các biện pháp hữu hiệu để ngăn ngừa chất lỏng thoát ra qua các đầu ra đó khi vận hành bình thường các thiết bị, và để chỉ thị rõ ràng, tin cậy khi các biện pháp kiểm soát bằng van được cài đặt để cho phép chất lỏng thoát qua các đầu ra đó (xem thêm NIST Handbook 44, Phần 3.34, S.3.1).

5.7. Đường ống cân bằng hơi

Đường ống cần bằng hơi không được sử dụng trong quá trình đo lường phân phối trừ khi đã tính toán đến lượng hơi chuyển từ bồn chứa của trạm phân phối đến bồn chứa của xe (xem thêm Sổ tay NIST 44, mục 3.38, UR.2.3).

6. Lựa chọn hệ thống phân phối

Khi lựa chọn hệ thống phân phối LNG, cần xem xét tới những loại phương tiện sử dụng hệ thống đó. Người sử dụng nên quan tâm tới các thông số như tần suất nạp liệu, độ chính xác và những yêu cầu về đo lường.

6.1. Trạm phân phối riêng hay chuyên dụng (Private stations)

Ở những trạm này, sự đo lường tính toán dùng với mục đích mang tính chất nội bộ, yêu cầu về độ chính xác trong việc phân phối nhiên liệu cho mỗi phương tiện là không cao, có thể sử dụng hệ thống đo lường tương đối đơn giản. Điển hình là những hệ thống đo lường có độ chính xác dao động trong khoảng ± 2,5 % nhưng cũng có thể điều chỉnh sao cho phù hợp với từng yêu cầu của người sử dụng. Những trạm này thông thường không đáp ứng yêu cầu sử dụng để đo tải trọng hoặc đo đạc chuẩn.

6.2. Trạm phân phối công cộng (Bán lẻ) (Public (retail) station)

Nếu trạm phân phối dùng cho cộng đồng, đội xe, xe vận chuyển của chính phủ hoặc người dùng LNG khác, nhiên liệu được phân phối như bán lẻ cho đội xe hoặc phân phối theo giá cả hợp đồng, hệ thống phân phối phải được giám sát quá trình đo lường. Độ chính xác và những yêu cầu đo của hệ thống điều khiển đo lường được yêu cầu khá nghiêm ngặt. Những hệ thống này thường có độ chính xác yêu cầu tối thiểu là ± 1,5 %

6.3. Tần suất nạp nhiên liệu

6.3.1. Nạp liệu cho loạt xe có cùng thời gian nạp

Người điều hành tổ xe cho tất cả phương tiện quay trở lại các trạm tiếp nhiên liệu vào cùng một thời điểm. Trong trường hợp này, hệ thống phân phối có thể không yêu cầu việc làm lạnh bổ sung giữa các lần nạp liệu. Các vấn đề thời gian và hao hụt sản phẩm liên quan tới sự ổn định của hệ thống đo lường trở nên không quá quan trọng.

6.3.2. Nạp liệu gián đoạn

Hệ thống này sẽ được sử dụng ngẫu nhiên trong suốt cả ngày; ống phân phối phải được điều chỉnh sau mỗi lần sử dụng đảm bảo độ chính xác khi vận hành. Vấn đề mất mát thời gian và hao hụt sản phẩm nhằm ổn định các điều kiện vận hành trong ngày có thể ảnh hưởng đến vấn đề kinh tế của trạm.

7. Các loại thiết bị đo lường

Có rất nhiều loại thiết bị sử dụng để đo lường. Tiêu chuẩn này không liệt kê hết tất cả các loại thiết bị và do đó cũng không giới hạn các thiết bị đo lường LNG theo như mục 7.1 đến 7.3.

7.1. Dung tích

Những thiết bị này đo thể tích (lít, gallon,…) dòng chảy qua ống. Có rất nhiều công nghệ sẵn có khác nhau, các kỹ thuật đo lường khác nhau được sử dụng để xác định thể tích dòng chảy qua ống dẫn. Các công nghệ này là các lưu lượng kế kiểu tua-bin, dòng xoáy và tiết lưu.

7.2. Khối lượng

Các thiết bị này trực tiếp đo khối lượng (kg, pound,…) dòng chảy qua ống dẫn. Hai kỹ thuật phổ biến là hệ thống đo khối lượng kiểu Coriolis và ống thẳng.

7.3. Khối lượng tính toán

Các phương pháp này sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để xác định khối lượng dòng chảy qua ống dẫn. Khối lượng tính toán có nghĩa tỷ khối được tính toán thông qua sử dụng các thiết bị phụ trợ như cảm biến nhiệt độ và/hoặc áp suất, tỉ trọng kế,v.v… Các thiết bị này thường đo lưu lượng thể tích, và sử dụng các nhân tố hiệu chỉnh dựa trên mật độ dòng hoặc thành phần để xác định khối lượng dòng chảy qua ống. Các phương pháp này thường được gọi là phương pháp không đo lường khối lượng trực tiếp.

8. Thiết bị phân phối/đo LNG

Bảng 1 đưa ra những hướng dẫn bao quát về loại hệ thống đo lường có thể đáp ứng yêu cầu cho các ứng dụng cụ thể. Đối với mục đích sử dụng để so sánh, đồng hồ đo có thể được phân chia thành ba loại theo chức năng công dụng và độ chính xác. Ba loại đó được xác định như sau:

- C: Không có thiết bị đo;

- B: Thiết bị đo - Không điều khiển đo lường;

- A: Thiết bị đo - Có điều khiển đo lường.

CHÚ THÍCH: Bất kỳ cơ sở nào cũng có thể nâng cấp thiết bị đo lên mức cao hơn.

Bảng 1 - Hướng dẫn về hệ thống đo lường và phân phối

9. An toàn vận hành

9.1. Yêu cầu chung

Quy trình vận hành an toàn hệ thống phân phối phải đặt ở vị trí dễ nhìn trong trạm. Những hướng dẫn này nên bao gồm tham khảo thích hợp để bảo vệ an toàn cho cá nhân khi phân phối LNG. Phải có biển báo "CẤM LỬA" và thông báo dễ cháy treo tại những nơi cần thiết. Mã số báo hiệu các khu vực dễ cháy nên đặt tại nơi dễ quan sát. Xem thêm TCVN 8616 (NFPA 59A) và NFPA 52 để biết về những yêu cầu an toàn liên quan. Những biển cảnh báo và hướng dẫn sử dụng thiết bị phân phối được khuyến khích viết bằng hai thứ tiếng (tiếng Việt Nam và tiếng Anh). Những chỉ dẫn cung ứng nhiên liệu LNG liên quan đến vấn đề an toàn nên có mối liên hệ mật thiết với các cơ quan có thẩm quyền.

9.2. Phá hủy ống

Ống phân phối cần được bảo vệ khỏi sự cố chảy tràn không kiểm soát trong trường hợp xe bị trôi và chưa ngắt kết nối với hệ thống của trạm.

9.3. Ống nối

Ống nối phải thích hợp với áp suất tự nhiên của nhiên liệu và nhiệt độ lạnh sâu của sản phẩm.

9.4. Sự nối đất

Khi các ống nối và đường ống liên quan không được nối đất thích hợp, cần cung cấp kẹp tĩnh điện nối đất. Kẹp tĩnh điện nối đất nên đặt ở tất cả các vị trí thực hiện quá trình xuất nhập LNG nếu sự nối đất của các đầu nồi nhiên liệu và đường ống liên quan không xác định được.

9.5. Xả khí

Việc xả khí cho bồn chứa của xe nên được hợp nhất vào các trạm cung cấp có khả năng phân phối. Khí xả ra nên được dẫn đến một địa điểm an toàn (phù hợp với NFPA 52, Bảng 12.2.2.2) hoặc tuần hoàn trở lại bể tồn chứa chung. Kẹp nối đất cần được cung cấp tại các vị trí dừng của xe khi xả khí nếu các đầu nối và đường ống liên quan không xác định được điểm nối đất tĩnh điện. Những xe không liên kết xả khí luôn luôn phải nối đất trước khi tiến hành xả.

10. Hiển thị trên thiết bị phân phối

Việc đo lường kiểm nghiệm LNG hiện nay được thực hiện theo đơn vị khối lượng, do đó các đơn vị này sẽ hiển thị trong suốt quá trình kiểm nghiệm và hiệu chỉnh. Ngoài ra, thiết bị phân phối có thể hiển thị dưới dạng đơn vị khối lượng quy đổi (xem 3.4) hoặc đơn vị thể tích (như galon hoặc lít) tại điểm sôi thường.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] NFPA 30, Flammable and Combustible Liquids Code.

[2] NFPA 30A, Code for Motor Fuel Dispensing Facilities and Repair Garages.

[3] NFPA 70, National Electrical Code.

[4] NFPA 72, National Fire Alarm Code.

[5] NFPA 79, Electrical Standard for Industrial Machiner.

[6] NFPA 497, Classification of Flammable Liquids, Gasses, or Vapors and of Hazadous Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas.

[7] California Code of Regulations (CCR), Title 8, Industrial Regulations, Article 7, Compressed and Liquefied Natural Gas System.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Thuật ngữ và định nghĩa

4. Các thông số vật lý của chất lỏng được làm lạnh

4.1. Nhiệt

4.2. Áp suất bão hòa

4.3. Khối lượng riêng

4.4. Thành phần của LNG

4.5. Trạng thái siêu lạnh

5. Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống phân phối

5.1. Hiệu chỉnh thể tích ống

5.2. Dòng hai pha

5.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ

5.4. Ảnh hưởng của áp suất

5.5. Thành phần cấu tạo

5.6. Sai lệch dòng đo

5.7. Đường ống cân bằng hơi

6. Lựa chọn hệ thống phân phối

6.1. Trạm phân phối riêng hay chuyên dụng (Private stations)

6.2. Trạm phân phối công cộng (Bán lẻ) (Public (retail) station)

6.3. Tần suất nạp nhiên liệu

7. Các loại thiết bị đo lường

7.1. Dung tích

7.2. Khối lượng

7.3. Khối lượng tính toán

8. Thiết bị phân phối/đo LNG

9. An toàn vận hành

9.1. Yêu cầu chung

9.2. Phá hủy ống

9.3. Ống nối

9.4. Sự nối đất

9.5. Xả khí

10. Hiển thị trên thiết bị phân phối

Thư mục tài liệu tham khảo