Nhận file word miễn phí nhắn tin zalo 0777.149.703 nhé. Tiểu luận kỹ thuật.

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
TALENTS FOR DEVELOPMENT
BÀI TIỂU LUẬN
Đề Tài: KỸ THUẬT PHÁT HIỆN RÒ RỈ KHÍ
HYDROCACBON
Giảng viên: TS. Nguyễn Trung Khương Môn Học: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
Nhóm: Nhóm 2 - Lọc Hóa Dầu
Danh sách thành viên
1. Nguyễn Lương Thùy Dương
2. Nguyễn Thị Hồng Hoa
3. Trần Trung Hiếu
4. Đinh Văn Lục
5. Nguyễn Nhật Sang
Bà Rịa, tháng 11 năm 2014

2. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 2
Lời Nói Đầu
rong nhà máy chế biến dầu mỏ và khí đốt, hệ thống an toàn đóng vai trò quan
trọng trong việc đảm bảo giới hạn an toàn cho con người và các thiết bị hoạt động
ổn định. Hệ thống an toàn bao gồm nhiều hệ thống cảnh báo sớm trong đó có hệ
thống phát hiện rò rỉ khí, đặc biệt là các khí dễ cháy như khí hydrocarbon. Các khí này bị
rò rỉ không chỉ gây ô nhiễm môi trường làm việc mà còn là nguyên nhân chính gây ra cháy
nổ trong nhà máy. Khi có sự cố cháy nổ xảy ra trong nhà máy, nó có thể gây ra những thiệt
hại vô cùng to lớn đối với nhà máy, gây tổn thất nặng nề về người và của. Việc xác định
các nguy cơ tiềm ẩn thông qua xác định nồng độ các khí trên có trong không khí thông qua
các cảm biến khí được lắp đặt tại các vị trí khác nhau trong nhà máy.
Trong bài tiểu luận này, chúng em xin trình bày về hệ thống phát hiện rò rỉ khí
Hydrocarbon điển hình được sử dụng phổ biến trong các nhà máy, đặt biệt là các nhà máy
chế biến khí. Trong quá trình thực hiện, dù đã rất cố gắng tuy nhiên sẽ vẫn còn có những
sai sót. Mong thầy và các bạn sẽ đóng góp ý kiến sửa chữa để bài tiểu luận có thể đạt kết
quả tốt nhất.
Chúng em cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình về cả tài liệu và phương hướng
làm đề tài của thầy đã giúp chúng em hoàn thành bài tiểu luận này.
Nhóm sinh viên thực hiện
Bà Rịa, tháng 11 năm 2014
T

3. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 3
Mục Lục
Chương I. TỔNG QUAN.................................................................................................5
1. Tầm quan trọng của hệ thống phát hiện rò rỉ khí .........................................................5
2. Các tai nạn do rò rỉ khí dễ cháy nổ gây nên: [1]...........................................................5
3. Các đặc trưng của khí và hơi dễ cháy nổ......................................................................7
3.1 Các thuật ngữ liên quan [2]....................................................................................7
3.2 Đặc trưng cơ bản cho khí và hơi dễ cháy nổ [3]....................................................8
Chương II. ĐẦU DÒ XÚC TÁC LOẠI PELLISTOR [4], [5]..........................................9
1. Giới thiệu chung ...........................................................................................................9
2. Cấu tạo..........................................................................................................................9
3. Nguyên tắc hoạt động.................................................................................................11
4. Độ nhạy tương đối......................................................................................................13
5. Đặc điểm của đầu dò xúc tác......................................................................................14
Chương III. CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI.........................................................................15
1. Lịch sử phát triển [6] ..................................................................................................16
2. Cơ sở lý thuyết [3]......................................................................................................17
3. Phân loại đầu dò hồng ngoại dựa trên vật liệu bán dẫn sử dụng [6] ..........................19
4. Cấu tạo và cơ chế hoạt động của đầu dò hồng ngoại .................................................20
4.1 Cảm biến điểm (Point IR detector) [7] ................................................................21
4.2 Cảm biến đường truyền rộng (open path IR detector) [7]...................................24
5. Camera hồng ngoại (Gas detection camera) [8].........................................................27
6. Đặc điểm của đầu dò hồng ngoại [9]..........................................................................28
Chương IV. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN [4], [10]...........................................................29
1. Khả năng phát hiện rò rỉ. ............................................................................................29
2. Thích ứng với môi trường làm việc............................................................................29
3. Giới hạn làm việc của đầu dò. ....................................................................................30
4. Bảo trì và sửa chữa. ....................................................................................................30
5. Tuổi thọ thiết bị ..........................................................................................................31

4. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 4
Chương V. XỬ LÝ TÍN HIỆU [7] ..................................................................................32
TỔNG KẾT 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................36

5. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 5
Chương I. TỔNG QUAN
1. Tầm quan trọng của hệ thống phát hiện rò rỉ khí
Khí hydrocarbon là những khí dễ cháy nỗ khi tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ
cao. Trong nhà máy chế biến khí, các khí hydrocarbon bị rò rỉ chính là các mối nguy chính
gây ra ô nhiễm môi trường xung quanh cũng như gây ra cháy nổ trong nhà máy. Khi có sự
cố cháy nổ xảy ra trong nhà máy, nó có thể gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn đối với
nhà máy, gây tổn thất nặng nề về người và của. Do đó, công tác phòng cháy chữa cháy
luôn được chú trọng. Để phát hiện các nguy cơ cháy nổ trong nhà máy, nhà máy chế biến
khí Dinh Cố sử dụng các đầu dò cảm biến: cảm biến khí, cảm biến nhiệt, cảm biến lửa và
cảm biến khói. Các bộ cảm biến khí để phát hiện rò rỉ khí hydrocarbon trong nhà máy
thường được lắp đặt ở những nơi tồn chứa sản phẩm, xung quanh đường ống, xung quanh
các thiết bị công nghệ để xác định nguy cơ cháy nổ trong vùng đó.
Các tín hiệu thu được từ các đầu dò cảm biến được truyền về và được hiển thị trên
các panel điều khiển của hệ thống phòng chống cháy nổ trong phòng điều khiển trung tâm.
Các pane điều khiển tự động xử lý các tín hiệu cảm biến để xác định vùng có nguy cơ cháy
nổ, đồng thời:
 Đóng van cô lập vùng cháy nổ và xả khí ra đuốc đốt.
 Kích hoạt máy bơm chữa cháy
 Mở van xả nước, CO2 vào vùng có cháy nổ
 Báo động bằng còi, đèn chớp ở vùng có cháy nổ và phòng điều khiển
Các khí hydrocarbon có thể bị rò rỉ do vỡ, nứt hệ thống ống dẫn, thiết bị hay do hở các
mối nối giữa các chi tiết cơ khí, hoặc bồn chứa.
2. Các tai nạn do rò rỉ khí dễ cháy nổ gây nên: [1]
Dưới đây là bảng thống kê của Wiki về các tai nạn nghiêm trọng trên thế giới mà
nguyên nhân là do rò rỉ khí cháy nổ gây nên từ năm 2000 đến nay, bao gồm cả khu vực
công nghiệp và khu vực dân sinh.

6. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 6
Thời gian Địa điểm Thiệt hại
19/8/2000 Carlsbad, New Mexico
Một đường ống dẫn khí tự nhiên bị vỡ và ngọn
lửa lan ra đã giết chết 12 người cắm trại gần đó.
17/1/2001 Hutchinson, Kansas, Mỹ
Khí tự nhiên được lưu trữ dưới lòng đất bị rò rỉ
vào các hang động rỗng gây ra hai vụ nổ. Một
phá hủy hai doanh nghiệp và làm bị thương 26
người. Một vụ nổ khác phá hủy một công viên
và giết chết hai người. Hố sụt và các đám mây
khí được hình thành xung quanh thành phố và
khí dần dần bị đốt cháy.
16/3/2004 Arkhangelsk, Nga
Một vụ nổ khí trong một căn hộ làm 58 người
chết.
11/5/2004
Nhà máy nhựa Stockline,
Maryhill, Glasgow
Khí rò ra từ một đường ống bị vỡ đã đánh lửa
làm 9 người thiệt mạng và 37 người bị thương.
2009 Versilia
Tàu Viareggio trật bánh, GPL được chứa trong
một toa xe lửa đã phát nổ, làm 33 người chết.
9/9/2010
San Bruno, California và
một vùng ngoại ô của San
Francisco
Khí bị rò rỉ và phát nổ, giết chết 4 người, làm 53
ngôi nhà bị đốt cháy và hơn 120 ngôi nhà bị hư
hại.
10/2/2011 Allentown, Pennsylvania
Một vụ nổ khí đã giết chết 5 người và san bằng
tòa nhà trong thành phố.
14/8/2012 Brentwood, New York
Một vụ nổ khí đã san bằng 1 ngôi nhà, giết chết
1 đứa trẻ và làm bị thương 17 người.
23/11/2012
Springfield,
Massachusetts
Một vụ rò rỉ và nổ khí tự nhiên đã phá hủy 2 tòa
nhà, gây thiệt hại cho 42 tòa nhà khác và làm bị
thương 21 người.
18/12/2012 Reynosa, Mexico
Nổ nhà máy khí của hãng Pemex, làm 26 người
chết
6/8/2013 Rosario, Argentina Vụ nổ khí làm 21 người chết.
12/3/2014
Khu căn hộ East Harlem,
Manhattan, New York
Vụ nổ khí làm ít nhất 8 người chết và hơn 70
người bị thương.
31/7/2014 Cao Hùng, Đài Loan
Rò rỉ khí trên đường ống dẫn khí dưới những
con đường công cộng gây thiệt hại đáng kể cho
thành phố.

7. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 7
Hình 1: Quang cảnh sau vụ nổ tại nhà máy khí của hãng Pemex, Mexico
3. Các đặc trưng của khí và hơi dễ cháy nổ
3.1 Các thuật ngữ liên quan [2]
 Khí dễ cháy (flammable gas) là khí dễ dàng bắt cháy khi tiếp xúc với nhiệt và
ngọn lửa. Các Hydrocarbon đều là các khí dễ cháy.
 Giới hạn cháy/nổ dưới (Lower flammable limit – LFL/Lower explosion limit
– LEL) là nồng độ thấp nhất của khí/hơi hoặc hỗn hợp khí/hơi có thể bắt cháy và duy trì sự
cháy ở điều kiện xác định, thường cho bởi % về thể tích. Ở khoảng nồng độ thấp hơn giới
hạn nổ dưới, khí/hơi không đủ để duy trì sự cháy.
 Giới hạn cháy/nổ trên (Upper flammable limit –UFL /Upper explosion limit
– UEL) là nồng độ cao nhất của khí/hơi hoặc hỗn hợp khí/hơi còn duy trì sự cháy ở điều
kiện xác định. Ở khoảng nồng độ cao hơn giới hạn nổ trên, oxi không đủ để duy trì sự
cháy.
 Khoảng cháy/nổ (flammable range/ explosive range) là khoảng nồng độ từ
giới hạn dưới đến giới hạn trên.

8. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 8
 Điểm bốc cháy (flash point) là nhiệt độ thấp nhất mà chất lỏng tạo ra trên bề
mặt nó một lượng hơi đủ để tạo thành hỗn hợp cháy/nổ. Điểm bốc cháy phụ thuộc vào áp
suất hơi và giới hạn cháy/nổ dưới.
3.2 Đặc trưng cơ bản cho khí và hơi dễ cháy nổ [3]
Trước hết, cần phân biệt rõ ràng 2 thuật ngữ khí và hơi:
 Khí là dạng vật chất tồn tại trên khoảng nhiệt độ sôi, khả năng gây cháy nổ
của khí được đặc trưng bởi giới hạn nổ dưới, giới hạn này càng thấp, khả năng gây cháy nổ
càng cao.Ở khí không tồn tại điểm bốc cháy.Như vậy, để đảm bảo an toàn trong công
nghiệp, cần kiểm soát nồng độ khí rò rỉ thấp hơn giới hạn nổ dưới để phòng ngừa khả năng
cháy nổ.
Giới hạn nổ dưới thường nằm từ 0,5 – 15% về thể tích.
 Hơi là dạng vật chất thuộc thể khí tồn tại dưới khoảng nhiệt độ sôi, thường
nằm trong cân bằng với pha lỏng hoặc rắn và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, áp suất. Khả
năng gây cháy nổ của hơi phụ thuộc vào điểm bốc cháy (Ký hiệu F), nhiệt độ bốc cháy
càng thấp, khả năng gây cháy nổ càng cao.
Gas LEL in Vol - % LEL in g/m3 Ignition Temp in
o
C
Acetylene 2.3 24.9 305
Ammonia 15.4 109.1 630
1,3-butadien 1.4 31.6 415
i-butane 1.5 36.3 460
n-butane 1.4 33.9 365
n-butene 1.2 28.1 360
Dimethylether 2.7 51.9 240
Ethene 2.4 28.1 440
Ethylene oxide 2.6 47.8 435
Hydrogen 4.0 3.3 560
Methane 4.4 29.3 595
Methyl chloride 7.6 159.9 625
Propane 1.7 31.2 470
Propene 1.8 31.6 485
Bảng 1: Một số đặc trưng của một số loại khí dễ cháy nổ

9. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 9
Chương II. ĐẦU DÒ XÚC TÁC LOẠI PELLISTOR [4], [5]
1. Giới thiệu chung
Đầu dò xúc tác loại pellistor đã được sử rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp,
trong các thiết bị phát hiện khí dễ cháy đơn điểm trong khoảng hơn 50 năm, bắt đầu từ
khoảng những năm 1960.
2. Cấu tạo
Đầu dò có cấu tạo tương đối đơn giản và dễ dàng để sản xuất. Cấu tạo phụ thuộc
vào các nhà sản xuất khác nhau nhưng cơ bản đề gồm những thành phần cơ bản sau:
 1 sợi platin hình xoắn ốc được phủ xúc tác nhạy khí, có vai trò là cảm biến.
 1 sợi dây platin khác phủ vật liệu trơ không có hoạt tính xúc tác (như vàng)
đóng vai trò bù lại sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm của môi trường khi cảm biến hoạt động,
đóng vai trò là bộ tham chiếu.
 Cả 2 sợi dây được cố định bằng cách quấn quanh 1 lõi sứ kim loại, thường là
nhôm oxit và được treo độc lập bằng mỗi 2 chấu bằng niken.
 Chúng được đặt bên trong lớp nilon chịu nhiệt và lớp lưới bằng thép để bảo
vệ đầu dò khỏi các tác động từ bên ngoài.
Hình 2: Đầu dò (nhìn từ trên xuống) Hình 3:Sensor nhìn từ cạnh bên

10. Kỹ thuật phát hiện khí Hydrocacbon Kỹ Thuật Đo Lường
PVU
Nhóm 2 – Lọc Hóa Dầu 10
Hình 4: Cảm biến khí xúc tác Hình 5: Hình ảnh thực tế đầu dò xúc tác
 Người ta sử dụng platin là do các nguyên nhân sau:
 Ở điều kiện thường các khí dễ cháy sẽ không cháy cho tới khi đạt được nhiệt
độ bốc cháy (ignition temperature). Tuy nhiên, trong điều kiện hoạt động hóa học chúng có
thể bắt cháy ở nhiệt độ thấp hơn. Hiện tượng này gọi là xúc tác cháy. Hầu hết các oxit kim
loại và hợp chất của chúng có đặc tính xúc tác. Paladi, palatin, thori và các hợp chất của
chúng là những chất xúc tác có hoạt tính cao nhất.
 Platin có hệ số trở nhiệt lớn so với các kim loại khác. Hệ số trở nhiệt của Pt
tuyến tính trong khoảng nhiệt độ từ 5000
C – 10000
C, khoảng nhiệt độ cần thiết để cảm biến
có thể hoạt động.
 Tính chất vật lý của Pt cho phép chế tạo thành dạng sợi xoắn và kích thước
nhỏ. Dây Pt có đường kính nhỏ không chỉ nhằm mục đích làm giảm kích thước của đầu dò
mà còn làm tăng tín hiệu nhờ tăng điện trở, giảm công suất tiêu thụ.