Thiết bị đo nồng độ khí: cách chọn đầu dò khí độc, khí cháy nổ
Thiết bị đo nồng độ khí (đầu dò khí, máy dò khí) là lớp bảo vệ đầu tiên trước các sự cố rò rỉ khí độc, khí cháy nổ hay thiếu oxy trong nhà máy. Chọn sai loại cảm biến hoặc lắp sai vị trí có thể khiến hệ thống không báo động đúng lúc. Bài viết này giúp kỹ sư an toàn, bảo trì và thiết kế chọn đúng thiết bị cho từng khu vực.
Ba nhóm nguy cơ cần giám sát khí
| Nhóm khí | Ví dụ | Đơn vị đo thường dùng | Nguy cơ |
|---|---|---|---|
| Khí cháy nổ | CH₄, LPG, H₂, hơi dung môi | %LEL | Cháy, nổ khi đạt giới hạn nổ dưới |
| Khí độc | CO, H₂S, NH₃, Cl₂, SO₂, NO₂ | ppm | Ngộ độc, tử vong khi vượt ngưỡng |
| Oxy | O₂ thiếu hoặc dư | %Vol | Ngạt (dưới 19,5%), tăng nguy cơ cháy (trên 23,5%) |
LEL (Lower Explosive Limit) là nồng độ thấp nhất mà hỗn hợp khí với không khí có thể bắt cháy. Ví dụ, LEL của metan khoảng 5% thể tích, nên 100% LEL tương ứng 5% metan trong không khí. Thiết bị đo khí cháy hiển thị theo %LEL để cảnh báo từ rất sớm, trước khi đạt mức nguy hiểm.
Các loại cảm biến khí và cách chọn
| Loại cảm biến | Dùng cho | Ưu điểm | Lưu ý |
|---|---|---|---|
| Điện hóa | Khí độc (CO, H₂S, NH₃, Cl₂…), O₂ | Chọn lọc tốt, đo ppm chính xác | Tuổi thọ cảm biến thường 2–3 năm |
| Xúc tác | Khí cháy %LEL | Đo được hầu hết khí cháy, giá hợp lý | Cần có oxy; bị “ngộ độc” bởi silicone, H₂S |
| Hồng ngoại (NDIR) | Khí cháy (CH₄, LPG…), CO₂ | Không bị ngộ độc, ổn định, ít hiệu chuẩn | Không đo được H₂ |
| Bán dẫn (MOS) | Khí cháy, một số khí độc | Giá thấp, nhạy | Kém chọn lọc, dễ báo nhầm |
Nguyên tắc chung: khí độc và oxy dùng cảm biến điện hóa; khí cháy hydrocacbon ở khu vực có thể thiếu oxy hoặc có chất gây ngộ độc nên dùng hồng ngoại; khí hydro dùng cảm biến xúc tác hoặc điện hóa chuyên dụng.
Vị trí lắp đầu dò khí theo tỷ trọng khí
Vị trí lắp quan trọng không kém loại cảm biến. Khí nhẹ hơn không khí bay lên cao, khí nặng hơn đọng xuống thấp, vì vậy đầu dò phải đặt ở nơi khí tích tụ đầu tiên.
| Khí | Tỷ trọng so với không khí | Vị trí lắp đầu dò |
|---|---|---|
| H₂, CH₄, NH₃ | Nhẹ hơn | Gần trần, phía trên điểm có thể rò rỉ |
| CO | Xấp xỉ không khí | Vùng thở, cao khoảng 1,5 m |
| LPG, H₂S, Cl₂, CO₂ | Nặng hơn | Gần sàn, cách sàn khoảng 30 cm; chú ý hố, rãnh |
- Đặt đầu dò gần nguồn có thể rò rỉ: mặt bích, van, máy nén, trạm giảm áp, bồn chứa.
- Tránh vị trí có luồng gió mạnh thổi loãng khí, nơi rung động lớn hoặc nhiệt độ vượt giới hạn của thiết bị.
- Chừa không gian để thao tác hiệu chuẩn, thay cảm biến.
Hệ thống cảnh báo khí hoàn chỉnh gồm những gì?
- Đầu dò khí cố định tại hiện trường, có màn hình hiển thị nồng độ.
- Bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu 4–20 mA hoặc RS‑485 Modbus từ nhiều đầu dò.
- Còi, đèn cảnh báo theo hai mức (cảnh báo và báo động).
- Liên động: rơ-le điều khiển quạt hút, đóng van điện từ cấp khí, gửi tín hiệu về PLC/DCS hoặc hệ thống giám sát từ xa.
Mức cảnh báo khí cháy thường đặt mức 1 ở 10–20% LEL và mức 2 ở 20–40% LEL; khí độc đặt theo ngưỡng tiếp xúc cho phép của từng khí. Giá trị cụ thể cần theo quy định an toàn của nhà máy và tiêu chuẩn áp dụng.
Dữ liệu nồng độ khí có thể đưa về hệ thống giám sát từ xa IIoT để xem xu hướng, nhận cảnh báo trên điện thoại và lưu lịch sử phục vụ điều tra sự cố.
Khu vực nguy hiểm cháy nổ: chọn thiết bị chống cháy nổ
Tại khu vực có thể xuất hiện khí cháy (trạm gas, kho nhiên liệu, khu sơn, lò cốc, khí lò cao trong nhà máy thép), đầu dò phải có chứng nhận chống cháy nổ phù hợp như ATEX hoặc IECEx, kiểu bảo vệ vỏ chống cháy (Ex d) hoặc an toàn tia lửa (Ex i), tương ứng với vùng nguy hiểm (Zone 1, Zone 2) và nhóm khí.
Ứng dụng tiêu biểu trong nhà máy
- Nhà máy thép: giám sát CO quanh lò cao, lò thổi, đường ống khí than; O₂ trong khu vực dùng khí trơ. Xem thêm giải pháp cho ngành thép.
- Lò hơi, trạm gas: khí cháy CH₄, LPG.
- Xử lý nước thải, kho lạnh: giám sát H₂S, NH₃.
- Hóa chất, xử lý nước: Cl₂, SO₂.
- Hầm, bồn kín: thiếu oxy, khí độc tích tụ – nên dùng máy đo khí cầm tay trước khi vào.
Thiết bị đo nồng độ khí Gastron do TMP cung cấp
Tăng Minh Phát (TMP) cung cấp thiết bị đo nồng độ khí của Gastron (Hàn Quốc) – hãng chuyên về thiết bị phát hiện khí cho công nghiệp, gồm:
- Đầu dò khí độc và oxy GTD‑2000Tx: cảm biến điện hóa, vỏ chống cháy nổ, dùng cho khu vực sản xuất, kho khí độc.
- Đầu dò khí hồng ngoại GIR‑3000: đo hydrocacbon (%LEL), CO₂, CO tại khu vực nguy hiểm cháy nổ, ngõ ra 4–20 mA, RS‑485 Modbus.
- Các dòng đầu dò GTD khác cho khí cháy, khí độc và phiên bản chống cháy nổ, cùng bộ điều khiển trung tâm.
- Máy đo khí cầm tay GFM400 cho kiểm tra trước khi vào không gian kín và đi kiểm tra định kỳ.
Ngoài phát hiện khí rò rỉ, TMP cung cấp thiết bị đo lưu lượng khí và khí nén – xem bài đo lưu lượng khí nén để phát hiện rò rỉ. Xem tổng quan tại trang đo lường và phân tích khí và quan trắc môi trường.
Bảo trì và hiệu chuẩn định kỳ
- Bump test (thử bằng khí mẫu) định kỳ để chắc chắn đầu dò còn phản ứng và còi đèn hoạt động.
- Hiệu chuẩn theo khuyến cáo của hãng, thường 6–12 tháng một lần, dùng khí chuẩn có chứng nhận.
- Thay cảm biến khi hết tuổi thọ hoặc không đạt khi hiệu chuẩn.
- Ghi lại kết quả kiểm tra để phục vụ đánh giá an toàn.
Câu hỏi thường gặp
Một đầu dò có đo được nhiều loại khí không?
Đầu dò cố định thường đo một khí (hoặc một nhóm khí cháy). Muốn đo nhiều khí tại một điểm, cần lắp nhiều đầu dò hoặc dùng thiết bị đa khí. Máy cầm tay thường đo đồng thời 4 khí: khí cháy, O₂, CO, H₂S.
Bao lâu phải thay cảm biến khí?
Cảm biến điện hóa thường dùng 2–3 năm, cảm biến xúc tác 3–5 năm, cảm biến hồng ngoại có thể lâu hơn. Tuổi thọ thực tế phụ thuộc môi trường; kết quả hiệu chuẩn là căn cứ chính để quyết định thay.
Đầu dò khí kết nối được với PLC, SCADA không?
Được. Đầu dò công nghiệp có ngõ ra 4–20 mA, rơ-le, và nhiều loại có RS‑485 Modbus để kết nối PLC, DCS, SCADA hoặc gateway IIoT.
Bao nhiêu đầu dò là đủ cho một khu vực?
Không có con số cố định. Số lượng phụ thuộc số điểm có thể rò rỉ, diện tích, thông gió và loại khí. Kỹ sư TMP có thể khảo sát hiện trường và đề xuất sơ đồ bố trí.
Liên hệ kỹ sư TMP:
- Điện thoại / Zalo: 0917 943 068
- Email: project@tmpvietnam.com
