Khí CH4 (metan) là loại khí không màu, không mùi và không gây độc trực tiếp, tuy nhiên lại tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ và ngạt thở cực kỳ nguy hiểm trong môi trường kín. Với khả năng tích tụ nhanh và khó nhận biết bằng giác quan, CH4 trở thành một trong những loại khí bắt buộc phải giám sát trong công nghiệp, tòa nhà và hệ thống biogas.

Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ bản chất của khí metan, cơ chế hoạt động của cảm biến CH4 và cách lựa chọn giải pháp giám sát phù hợp, đảm bảo an toàn cho hệ thống vận hành.

KHÁI QUÁT VỀ KHÍ CH4

Metan (CH4) tồn tại dưới dạng khí không màu, không mùi và không gây độc trực tiếp như CO hay NH3. Tuy nhiên, điều đó không đồng nghĩa với việc nó an toàn.

Trên thực tế, CH4 trở thành mối nguy lớn do hai đặc tính vật lý quan trọng. Trước hết, khí này có khả năng cháy nổ cực cao. Khi nồng độ CH4 trong không khí nằm trong khoảng từ 5% đến 17% thể tích, hỗn hợp khí đạt đến vùng nổ (LEL/UEL). Khi đó, chỉ cần một tia lửa điện nhỏ từ relay, ma sát kim loại hoặc thiết bị điện là đủ để kích hoạt vụ nổ với năng lượng rất lớn trong không gian kín.

Bên cạnh đó, CH4 còn gây nguy cơ ngạt thở do chiếm chỗ oxy. Trong môi trường kín như hầm mỏ hoặc bể chứa, khi nồng độ CH4 tăng lên, lượng oxy giảm xuống mức nguy hiểm. Khi oxy dưới 16% sẽ gây chóng mặt và dưới 10% có thể dẫn đến mất ý thức và tử vong.

CH4 xuất hiện phổ biến trong nhiều môi trường như bãi rác, hầm biogas, khai thác mỏ than, hệ thống khí tự nhiên và chăn nuôi. Chính vì vậy, việc giám sát khí metan không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu bắt buộc trong nhiều ngành công nghiệp.

XEM THÊM: CÁC CẢM BIẾN KHÍ CH4 PHỔ BIẾN TRÊN THỊ TRƯỜNG

SƠ LƯỢC VỀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA CẢM BIẾN KHÍ CH4

Cảm biến khí CH4 là thiết bị điện tử dùng để phát hiện và đo lường nồng độ khí metan trong không khí theo thời gian thực. Sau đó, thiết bị chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu điện để hiển thị, cảnh báo hoặc điều khiển hệ thống.

Nhiều người cho rằng có thể phát hiện rò rỉ khí bằng cách ngửi mùi gas. Tuy nhiên, đây là hiểu lầm phổ biến. Bản chất CH4 hoàn toàn không có mùi. Mùi gas trong đời sống thực tế là do chất tạo mùi mercaptan được thêm vào khí đốt dân dụng nhằm hỗ trợ phát hiện rò rỉ.

Trong khi đó, CH4 trong môi trường công nghiệp như hầm mỏ hoặc biogas hoàn toàn không có chất tạo mùi. Điều này khiến con người không thể nhận biết bằng khứu giác. Quan trọng hơn, ngưỡng phát hiện mùi thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng cháy nổ. Khi có thể ngửi thấy, rủi ro đã ở mức cực kỳ nguy hiểm.

Vì vậy, cảm biến CH4 đóng vai trò then chốt trong việc cảnh báo sớm, thường từ mức 1% LEL, giúp ngăn chặn sự cố trước khi đạt đến ngưỡng nguy hiểm.

XEM THÊM: CẢM BIẾN ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ O2

HAI CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN KHÍ CH4 PHỔ BIẾN TRÊN THỊ TRƯỜNG

Hiện nay, cảm biến CH4 công nghiệp chủ yếu sử dụng hai công nghệ chính gồm cảm biến xúc tác và cảm biến hồng ngoại.

Cảm biến xúc tác hoạt động dựa trên phản ứng oxy hóa khí metan trên bề mặt xúc tác ở nhiệt độ cao. Khi CH4 tiếp xúc, phản ứng sinh nhiệt làm thay đổi điện trở và từ đó xác định nồng độ khí. Công nghệ này có ưu điểm là chi phí thấp, phản hồi nhanh và đã được kiểm chứng trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Tuy nhiên, cảm biến xúc tác có hạn chế là dễ bị nhiễm độc bởi silicon, lưu huỳnh hoặc hợp chất halogen. Ngoài ra, thiết bị cần có oxy để hoạt động nên không phù hợp với môi trường thiếu oxy.

XEM THÊM: CẢM BIẾN KHÍ NH3 TRONG CHĂN NUÔI

Ngược lại, cảm biến hồng ngoại (NDIR) sử dụng nguyên lý hấp thụ tia hồng ngoại của phân tử CH4. Nồng độ khí được xác định thông qua lượng ánh sáng bị hấp thụ ở bước sóng đặc trưng. Công nghệ này không phụ thuộc vào oxy, không bị nhiễm độc và có tuổi thọ cao hơn đáng kể.

Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn, nhưng cảm biến NDIR mang lại độ ổn định và độ tin cậy vượt trội trong các ứng dụng quan trọng như bể kín, đường hầm và hệ thống biogas.

XEM THÊM: CẢM BIẾN KHÍ H2 NHÀ MÁY LITHIUM

ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA CẢM BIẾN KHÍ CH4 TRONG CÔNG NGHIỆP

• Trong khai thác mỏ than, CH4 tồn tại tự nhiên trong các lớp địa chất và có thể tích tụ nhanh chóng trong không gian kín. Do đó, hệ thống cảm biến phải đạt tiêu chuẩn chống cháy nổ như ATEX hoặc IECEx và có khả năng tự động kích hoạt thông gió hoặc ngắt điện khi phát hiện nguy hiểm.
• Trong ngành dầu khí và hóa dầu, CH4 được vận chuyển qua hệ thống đường ống phức tạp. Vì vậy, cảm biến thường được lắp tại các điểm có nguy cơ rò rỉ cao và tích hợp vào hệ thống SCADA để giám sát liên tục.
• Đối với tòa nhà và bãi đỗ xe ngầm, CH4 có xu hướng bay lên do nhẹ hơn không khí. Do đó, cảm biến cần được lắp gần trần để đảm bảo phát hiện chính xác.
• Trong hệ thống biogas, cảm biến không chỉ giúp đảm bảo an toàn mà còn hỗ trợ tối ưu hiệu suất sản xuất khí bằng cách theo dõi nồng độ CH4.
• Trong dân dụng, thiết bị cảm biến khí giúp phát hiện rò rỉ và tự động ngắt van gas, từ đó giảm thiểu rủi ro do lỗi con người.

XEM THÊM: ỨNG DỤNG CẢM BIẾN KHÍ GAS TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ HỆ THỐNG PCCC

LƯU Ý QUAN TRỌNG KHI LỰA CHỌN CẢM BIẾN KHÍ CH4

Khi lựa chọn cảm biến khí CH4, điều quan trọng đầu tiên là xác định đúng đơn vị đo. Các thiết bị thường hiển thị theo %LEL hoặc %VOL tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

Độ phân giải, thời gian phản hồi và độ ổn định tín hiệu là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phát hiện sớm. Ngoài ra, chứng nhận chống cháy nổ là yêu cầu bắt buộc trong môi trường nguy hiểm.

Tuổi thọ cảm biến và khả năng tích hợp tín hiệu đầu ra như 4–20 mA hoặc RS485 cũng cần được xem xét để đảm bảo phù hợp với hệ thống điều khiển.

1. Lắp đặt cảm biến CH4 đúng kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả

Do CH4 nhẹ hơn không khí, cảm biến cần được lắp ở vị trí cao gần trần. Đồng thời, thiết bị nên đặt theo hướng dòng khí để đảm bảo phát hiện nhanh nhất khi có rò rỉ.

Tránh lắp đặt gần nguồn gió mạnh vì có thể làm loãng nồng độ khí tại đầu đo. Trong các hệ thống lớn như hầm mỏ, vị trí lắp đặt cần được tính toán dựa trên đặc điểm lưu thông khí thay vì chỉ tăng số lượng cảm biến.

2. Bảo trì và hiệu chuẩn cảm biến CH4

Hiệu chuẩn định kỳ là yếu tố bắt buộc để đảm bảo độ chính xác. Cảm biến xúc tác cần hiệu chuẩn thường xuyên hơn do nguy cơ nhiễm độc. Trong khi đó, cảm biến NDIR có chu kỳ dài hơn nhưng vẫn cần kiểm tra định kỳ. Sau các sự cố rò rỉ lớn, việc hiệu chuẩn lại là cần thiết để đảm bảo thiết bị vẫn hoạt động chính xác.

XEM THÊM: CẢM BIẾN KHÍ CO2 TRONG NGÀNH BIA

LỰA CHỌN CẢM BIẾN KHÍ CH4 TẠI SENSORS VIỆT NAM

Sensors Việt Nam cung cấp các dòng cảm biến khí CH4 công nghệ xúc tác và hồng ngoại, phù hợp cho nhiều lĩnh vực như công nghiệp, dầu khí, biogas và dân dụng. Sản phẩm đáp ứng đầy đủ chứng nhận CO/CQ, bảo hành lên tới 12 tháng 1 đổi 1, kèm với sự hỗ trợ kỹ thuật từ đội ngũ Sensors Việt Nam. Nếu bạn quan tâm hoặc có nhu cầu đối với cảm biến khí CH4, đừng ngần ngại liên hệ Sensors Việt Nam để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng.