Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8113-3:2010 (hoàn toàn tương đương với ISO 5167-3:2003) quy định các yêu cầu kỹ thuật chi tiết về cấu tạo, lắp đặt và điều kiện sử dụng đối với vòi phun và vòi phun Venturi. Đây là các thiết bị sơ cấp được gắn vào ống dẫn có mặt cắt ngang tròn chảy đầy nhằm đo lưu lượng dòng lưu chất thông qua việc xác định độ chênh lệch áp suất.

Dưới đây là tóm tắt chuyên sâu và chi tiết toàn bộ các nội dung, chính sách kỹ thuật cốt lõi của tiêu chuẩn này:

• Hình dạng chung: Vòi phun Venturi là thiết bị đối xứng trục, bao gồm ba phần chính nối tiếp nhau: phần hội tụ có biên dạng vê tròn, cổ đo hình trụ và phần phân kỳ. Phần nằm trong đường ống phải đảm bảo độ tròn tuyệt đối (trừ các lỗ lấy áp).
• Biên dạng dòng vào: Mặt phía dòng vào tương ứng với biên dạng của vòi phun ISA 1932. Đầu vào phẳng (phần A) bị giới hạn bởi tâm đường tròn trong trục xoay với đường kính 1,5d và vòng tròn bên trong đường ống có đường kính D. Khi tỷ số đường kính d = 2D/3, độ rộng hướng kính của phần mặt phẳng này bằng không. Khi d > 2D/3, mặt phẳng đầu vào được chế tạo sao cho đường kính lớn nhất của biên dạng hội tụ bằng D.
• Các cung tròn chuyển tiếp: Cung tròn B tiếp tuyến với đầu vào phẳng A (khi d < 2D/3) có bán kính R1 bằng 0,2d ± 0,02d (với b < 0,5) hoặc 0,2d ± 0,006d (với b > 0,5). Cung tròn C tiếp tuyến với cung B và cổ đo E có bán kính R2 bằng d/3 ± 0,033d (với b < 0,5) hoặc d/3 ± 0,01d (với b > 0,5).
• Cổ đo hình trụ (Phần E): Có đường kính d và chiều dài bn = 0,3d. Đường kính d được xác định bằng giá trị trung bình của ít nhất bốn phép đo tại các góc phân bố đều nhau. Đường kính của các mặt cắt ngang không được chênh lệch quá 0,05% so với giá trị trung bình này để đảm bảo độ trụ tuyệt đối.
• Phần phân kỳ: Được nối trực tiếp với phần F của cổ đo. Các cạnh sắc tại điểm nối phải được loại bỏ hoàn toàn nhưng không được vê tròn. Góc phân kỳ (j) phải nhỏ hơn hoặc bằng 30°. Chiều dài của phần phân kỳ không ảnh hưởng đến hệ số xả C nhưng có ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất áp suất.
• Phân loại vòi phun: Thiết bị được gọi là "cụt" (truncated) khi đường kính đầu ra của phần phân kỳ nhỏ hơn đường kính D của đường ống, và "không cụt" khi đường kính đầu ra bằng D. Phần phân kỳ có thể được rút ngắn hoặc cắt cụt khoảng 35% chiều dài tiêu chuẩn mà không làm thay đổi tổn thất áp suất của hệ thống.
• Độ nhám bề mặt: Bề mặt bên trong của vòi phun Venturi phải có độ nhám bề mặt Ra cực nhỏ, đáp ứng điều kiện Ra ≤ 10^-4 d.

• Vòi phun Venturi có thể được chế tạo từ bất kỳ vật liệu nào, miễn là đảm bảo tính ổn định kích thước hình học trong suốt quá trình vận hành và chịu được sự ăn mòn hóa học của lưu chất đo.
• Thiết bị thường được làm bằng kim loại và phải được làm sạch định kỳ để tránh sai số đo do bám bẩn.

• Vị trí góc: Đường tâm của lỗ lấy áp có thể bố trí ở bất kỳ phần trục nào của đường ống. Tuy nhiên, để tránh ảnh hưởng của chất bẩn, bọt khí hoặc hiện tượng nhỏ giọt chất lỏng, cần tránh bố trí lỗ lấy áp ở mặt trên cùng và mặt dưới cùng của đường ống.
• Lỗ lấy áp phía dòng vào: Phải sử dụng lỗ lấy áp kiểu góc (corner tapping), có thể đặt trực tiếp trên đường ống, trên mặt bích hoặc tại vòng đỡ áp suất.
• Lỗ lấy áp tại cổ đo: Phải bao gồm ít nhất bốn lỗ lấy áp đơn hướng vào khoang hình khuyên hoặc vòng đỡ đo áp (hoặc bố trí kiểu "3 chữ T"). Nghiêm cấm sử dụng khe hình khuyên hoặc rãnh ngắt quãng tại cổ đo.
• Kích thước lỗ lấy áp cổ đo: Đường kính d2 của từng lỗ lấy áp riêng biệt phải nằm trong khoảng từ 2 mm đến 10 mm và đồng thời phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,04d. Lỗ lấy áp phải đảm bảo độ tròn và độ trụ trên chiều dài tối thiểu bằng 2,5 lần đường kính lỗ (tính từ thành trong vòi phun).
• Góc lệch và độ sắc nét: Đường tâm lỗ lấy áp phải vuông góc với trục đường ống (sai lệch tối đa cho phép là 3°). Tại điểm xuyên vào thành ống, cạnh lỗ phải sắc nét, phẳng đều với bề mặt trong, không được có ba-via hoặc các khuyết tật lồi lõm.

• Điều kiện áp dụng tiêu chuẩn: Vòi phun Venturi chỉ được áp dụng các công thức tính toán của tiêu chuẩn này khi thỏa mãn đồng thời các giới hạn sau:
  • Đường kính trong của ống: 65 mm ≤ D ≤ 500 mm.
  • Đường kính cổ đo: d ≥ 50 mm.
  • Tỷ số đường kính: 0,316 ≤ b ≤ 0,775.
  • Số Reynolds: 1,5 x 10^5 < ReD ≤ 2 x 10^6.
  • Độ nhám tương đối của đường ống phía dòng vào: Ra/D ≤ 1,2 x 10^-4. Nếu đường ống có độ nhám cao hơn, phải đảm bảo đoạn ống thẳng dài tối thiểu 10D phía dòng vào nằm trong giới hạn nhám quy định.
• Hệ số xả (C): Được xác định theo công thức thực nghiệm: C = 0,9858 - 0,196b^4,5. Trong giới hạn quy định, hệ số C hoàn toàn độc lập với số Reynolds và đường kính đường ống D. Không được phép ngoại suy hoặc nội suy tùy tiện ngoài các giá trị quy định trong bảng tra cứu.
• Hệ số giãn nở (e): Áp dụng tương tự như đối với vòi phun bán kính dài, tuân thủ các giới hạn nghiêm ngặt về tỷ số áp suất đầu ra và đầu vào.

• Độ không đảm bảo đo của hệ số xả C: Khi tỷ số đường kính b không có sai số, độ không đảm bảo đo tương đối của C được tính bằng công thức: (1,2 + 1,5b^4)%.
• Tổn thất áp suất tương đối (x): Là tỷ số giữa tổn thất áp suất thực tế và độ chênh áp đo được. Khi góc phân kỳ không lớn hơn 15°, tổn thất áp suất tương đối thường dao động trong khoảng từ 5% đến 20%. Tổn thất này phụ thuộc vào tỷ số đường kính b, số Reynolds ReD, độ nhám bề mặt và độ thẳng hàng khi lắp đặt.

• Nguyên tắc chung: Việc lắp đặt phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu về chiều dài đoạn ống thẳng phía dòng vào và dòng ra nhằm đảm bảo dòng chảy ổn định, không bị xoáy hoặc biến dạng biên dạng vận tốc.
• Sử dụng Bảng 3 để xác định chiều dài: Chiều dài đoạn ống thẳng được tính bằng bội số của đường kính trong D, phụ thuộc vào loại đầu nối phía trước (khuỷu cong, côn thu, côn mở, van, v.v.) và tỷ số đường kính b:
  • Cột A (Độ không đảm bảo đo bổ sung bằng "không"): Áp dụng khi chiều dài đoạn thẳng thực tế lớn hơn hoặc bằng giá trị quy định tại cột này.
  • Cột B (Độ không đảm bảo đo bổ sung bằng 0,5%): Áp dụng khi chiều dài đoạn thẳng ngắn hơn giá trị Cột A nhưng vẫn lớn hơn hoặc bằng giá trị Cột B. Khi đó, phải cộng số học 0,5% vào độ không đảm bảo đo của hệ số xả.
• Quy định về van điều khiển: Các van lắp đặt phía dòng vào phải được mở hoàn toàn trong suốt quá trình đo và phải có đường kính lỗ khoan danh định phù hợp. Khuyến cáo nên đặt van điều tiết lưu lượng ở phía dòng ra của thiết bị sơ cấp.
• Lắp đặt nhiều đầu nối liên tiếp: Tiêu chuẩn quy định chi tiết phương pháp tính toán khoảng cách khi có nhiều đầu nối lắp liên tiếp phía dòng vào (ví dụ: tổ hợp khuỷu cong 90° trên các mặt phẳng khác nhau kết hợp với côn mở hoặc van). Khoảng cách giữa các thiết bị phải được đo dọc theo đường tâm trục ống.

• Đoạn ống sát thiết bị (chiều dài 2D): Phần đường ống phía dòng vào sát với vòi phun phải được chế tạo đặc biệt. Đường kính tại bất kỳ mặt cắt nào không được sai lệch quá 0,3% so với đường kính trung bình D.
• Xác định đường kính trung bình D: Được tính bằng trung bình số học của ít nhất 12 phép đo đường kính, phân bố đều tại tối thiểu 3 mặt cắt ngang trên chiều dài 0,5D phía dòng vào.
• Giới hạn bước đường kính (sự không thẳng hàng):
  • Trong khoảng từ 2D đến 10D: Bước đường kính giữa các mặt cắt không được vượt quá 0,3% D.
  • Ngoài khoảng 10D: Bước đường kính không được vượt quá 2% D. Nếu đường kính phía dòng vào lớn hơn phía dòng ra, cho phép bước đường kính thực tế tăng lên đến 6% D.
  • Nếu bước đường kính vượt quá giới hạn trên nhưng vẫn nằm trong phạm vi cho phép của công thức hiệu chỉnh, phải cộng số học 0,2% độ không đảm bảo đo bổ sung vào hệ số xả.
• Đoạn ống phía dòng ra: Phải có chiều dài tối thiểu 2D với đường kính không sai lệch quá 0,3% so với đường kính phía dòng vào (đối với vòi phun ISA 1932 và vòi phun bán kính dài). Đối với vòi phun Venturi, đường kính ống ra không được nhỏ hơn 90% đường kính cuối của phần phân kỳ.
• Định vị thiết bị sơ cấp: Thiết bị phải được lắp vuông góc với đường tâm ống dẫn trong phạm vi sai lệch 1°. Độ lệch tâm giữa đường tâm cổ đo và đường tâm ống dẫn phải cực nhỏ, tuân thủ công thức giới hạn quy định để tránh phát sinh sai số đo không thể dự báo.

• Phương pháp kẹp chặt thiết bị giữa các mặt bích phải đảm bảo cho phép giãn nở nhiệt tự do, tránh gây ra ứng suất cơ học làm biến dạng hoặc thắt hẹp thiết bị sơ cấp.
• Các vòng đệm làm kín (gasket) phải được cắt và lắp đặt chính xác sao cho không có bất kỳ phần nào nhô vào bên trong đường ống, không được che khuất hoặc lọt vào các lỗ lấy áp kiểu góc hoặc khoang hình khuyên.