Phát hiện rò rỉ khí kỹ thuật bằng camera siêu âm

Tìm hiểu cách camera siêu âm phát hiện rò rỉ khí nén, nitơ, argon, CO₂, oxy, heli và metan, cùng những lưu ý khi kiểm tra trong công nghiệp.

Camera siêu âm phát hiện rò rỉ khí kỹ thuật như thế nào?

Trong các hệ thống sản xuất công nghiệp, rò rỉ khí nén và khí kỹ thuật không chỉ gây thất thoát môi chất mà còn ảnh hưởng đến chi phí vận hành, độ ổn định của quy trình và an toàn lao động.

Để phát hiện và xác định vị trí rò rỉ, camera siêu âm là một trong những công cụ kiểm tra không tiếp xúc được ứng dụng trong công nghiệp. Thiết bị hoạt động bằng cách ghi nhận sóng siêu âm phát sinh từ dòng khí thoát ra tại vị trí rò rỉ, sau đó hỗ trợ người vận hành xác định nguồn phát ra tín hiệu.

Một điểm cần lưu ý là camera siêu âm không trực tiếp phát hiện thành phần hóa học hay nồng độ của khí. Khả năng phát hiện phụ thuộc chủ yếu vào chênh lệch áp suất, hình dạng vị trí rò rỉ, lưu lượng dòng khí, khoảng cách đo và điều kiện môi trường.

Trong khi rò rỉ khí nén thường được quan tâm do gây thất thoát năng lượng, rò rỉ các loại khí kỹ thuật như nitơ, argon, CO₂, oxy, heli và metan còn liên quan đến chi phí môi chất, chất lượng sản phẩm, độ ổn định quy trình và yêu cầu an toàn đặc thù.

Nguyên lý phát hiện rò rỉ bằng sóng siêu âm

Khi khí thoát ra ngoài qua một khe hở hoặc vị trí không kín, sự chênh lệch áp suất tạo ra dòng chảy rối. Hiện tượng này sinh ra các sóng âm có dải tần rộng, trong đó có những thành phần nằm trong vùng siêu âm.

Camera siêu âm thu nhận các tín hiệu này để hỗ trợ xác định vị trí rò rỉ, ngay cả khi âm thanh phát ra không thể nghe thấy bằng tai thường hoặc bị tiếng ồn máy móc trong nhà xưởng lấn át.

Có thể phân biệt các dải tần liên quan như sau:

Vai trò của tần số trong quá trình phát hiện

Tần số siêu âm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng xác định vị trí rò rỉ và khoảng cách phát hiện.

Tần số cao có bước sóng ngắn, giúp cải thiện độ phân giải không gian. Tuy nhiên, sóng siêu âm ở tần số cao cũng suy giảm nhanh hơn khi truyền qua không khí, làm hạn chế phạm vi phát hiện.

Do đó, việc lựa chọn tần số đo cần cân bằng giữa ba yếu tố: độ phân giải, phạm vi phát hiện và khả năng loại bỏ tín hiệu nhiễu.

Trong nhiều ứng dụng công nghiệp, dải tần khoảng 40 kHz được đánh giá là phù hợp. Tuy nhiên, tại những khu vực có nhiều nguồn nhiễu siêu âm, việc lựa chọn dải tần khác có thể mang lại hiệu quả tốt hơn.

Các thiết bị phát hiện rò rỉ khí bằng sóng siêu âm của CS INSTRUMENTS

Để đáp ứng các nhu cầu kiểm tra rò rỉ khí trong nhà máy, CS INSTRUMENTS phát triển nhiều thiết bị ứng dụng công nghệ siêu âm, từ máy dò rò rỉ cầm tay đến camera siêu âm có khả năng trực quan hóa vị trí rò rỉ. Tùy theo quy mô hệ thống, môi trường sản xuất và yêu cầu kiểm tra, doanh nghiệp có thể lựa chọn giải pháp phù hợp.

LeakCam 600 – Camera siêu âm phát hiện rò rỉ từ khoảng cách xa

LeakCam 600 là camera siêu âm chuyên dụng để phát hiện rò rỉ khí nén và các loại khí công nghiệp. Thiết bị sử dụng 64 micro MEMS siêu âm kết hợp thuật toán Power Beam Forming, cho phép phát hiện và hiển thị đồng thời nhiều điểm rò rỉ trên màn hình.

Một số đặc điểm nổi bật của LeakCam 600:

• Phát hiện và định vị nhiều điểm rò rỉ cùng lúc, kể cả trong môi trường nhà máy có nhiều tiếng ồn.
• Hỗ trợ xác định vị trí rò rỉ từ khoảng cách lên đến 10 m trong điều kiện phù hợp.
• Dải tần số có thể tùy chỉnh từ 2 đến 130 kHz.
• Màn hình HD 5 inch và camera 13 megapixel giúp hiển thị hình ảnh trực quan.
• Ước tính lưu lượng rò rỉ theo l/min hoặc cfm và tính toán chi phí thất thoát hằng năm.
• Tích hợp mô-đun đo khoảng cách bằng laser, hỗ trợ xác định vị trí và lưu lượng rò rỉ.
• Tương thích với phần mềm Leak Reporter V2 và giải pháp Cloud để phân tích, quản lý và lập báo cáo.

Nhờ khả năng hiển thị nhiều điểm rò rỉ trên cùng một màn hình, LeakCam 600 giúp rút ngắn thời gian kiểm tra, đặc biệt hữu ích tại các khu vực sản xuất rộng hoặc hệ thống đường ống khó tiếp cận.

Tìm hiểu sản phẩm: LeakCam 600 – Camera siêu âm phát hiện rò rỉ khí nén và khí công nghiệp

UltraCam LD 500/510 – Camera siêu âm tích hợp cho thiết bị LD 500/LD 510

UltraCam LD 500/510 là camera siêu âm được thiết kế để kết nối với thiết bị dò rò rỉ LD 500 hoặc LD 510 của CS INSTRUMENTS. Sản phẩm sử dụng 30 micro MEMS để thu nhận và xử lý tín hiệu siêu âm, sau đó hiển thị hình ảnh trực quan về vị trí rò rỉ trên màn hình thiết bị.

Các đặc điểm đáng chú ý của UltraCam LD 500/510 gồm:

• Trực quan hóa vị trí rò rỉ thông qua hình ảnh siêu âm.
• Có thể kiểm tra rò rỉ ngay cả khi hệ thống vẫn đang vận hành.
• Hỗ trợ phát hiện rò rỉ trong môi trường sản xuất có tiếng ồn.
• Ước tính lưu lượng rò rỉ và chi phí thất thoát hằng năm.
• Trang bị 5 đèn LED và cảm biến ánh sáng môi trường, hỗ trợ kiểm tra tại khu vực thiếu sáng.
• Trọng lượng khoảng 600 g, thời gian hoạt động liên tục trên 6 giờ theo thông tin sản phẩm.

Khi kết hợp với LD 500 hoặc LD 510, UltraCam giúp quá trình tìm kiếm rò rỉ trực quan và thuận tiện hơn. Người vận hành có thể xác định vị trí rò rỉ, ghi nhận thông tin và hỗ trợ lập kế hoạch sửa chữa ngay tại hiện trường.

Tìm hiểu sản phẩm: UltraCam LD 500/510 – Camera siêu âm cho thiết bị dò rò rỉ LD 500/LD 510

LD 500/LD 510 – Thiết bị dò và tính toán lượng khí rò rỉ

Bên cạnh khả năng phát hiện vị trí rò rỉ, việc xác định lưu lượng thất thoát và chi phí năng lượng bị lãng phí cũng rất quan trọng trong quá trình quản lý hệ thống khí nén. LD 500/LD 510 của CS INSTRUMENTS được phát triển nhằm hỗ trợ doanh nghiệp thực hiện đồng thời các công việc này.

Thiết bị tích hợp camera và chức năng tính toán lượng khí rò rỉ, cho phép:

• Xác định lưu lượng khí thất thoát theo l/min và ước tính chi phí hằng năm.
• Phát hiện và ghi nhận cả những điểm rò rỉ nhỏ, với khả năng phát hiện được công bố từ 0,1 l/min.
• Chụp ảnh vị trí rò rỉ, mô tả tình trạng và ghi lại các hành động sửa chữa cần thiết.
• Tự động điều chỉnh độ nhạy để thích ứng với môi trường và giảm ảnh hưởng của tiếng ồn xung quanh.
• Truyền dữ liệu qua USB để quản lý trên phần mềm máy tính.
• Hỗ trợ tạo báo cáo phục vụ hệ thống quản lý năng lượng theo ISO 50001.

Riêng LD 510 được trang bị thêm một đầu vào cảm biến có thể cấu hình để kết nối với các cảm biến của CS INSTRUMENTS. Nhờ đó, ngoài chức năng dò và đo rò rỉ, thiết bị còn có thể hỗ trợ các phép đo liên quan đến điểm sương, lưu lượng, áp suất và nhiệt độ.

LD 500/LD 510 phù hợp với hoạt động kiểm tra định kỳ, đánh giá tình trạng rò rỉ và xây dựng kế hoạch khắc phục dựa trên dữ liệu đo thực tế.

Tìm hiểu sản phẩm: LD 500/LD 510 – Thiết bị phát hiện và tính toán lượng khí rò rỉ

Khả năng phát hiện rò rỉ đối với các loại khí kỹ thuật

Camera siêu âm có thể được sử dụng để kiểm tra nhiều loại khí khác nhau. Tuy nhiên, khả năng phát hiện không phụ thuộc đơn thuần vào thành phần hóa học của khí mà chủ yếu dựa trên đặc điểm dòng chảy tại vị trí rò rỉ.

1. Khí nén – Ứng dụng phát hiện rò rỉ phổ biến

Khí nén là một trong những ứng dụng phù hợp nhất của công nghệ phát hiện rò rỉ bằng sóng siêu âm. Khi có đủ chênh lệch áp suất, dòng khí thoát ra tại vị trí rò rỉ tạo ra các thành phần siêu âm có thể được camera ghi nhận.

Rò rỉ khí nén làm tăng mức tiêu thụ năng lượng, gây lãng phí chi phí vận hành và ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống.

Sau khi phát hiện và sửa chữa các điểm rò rỉ, doanh nghiệp nên tiếp tục theo dõi mức tiêu thụ khí để đánh giá hiệu quả của quá trình khắc phục.

2. Nitơ (N₂) – Kiểm soát rò rỉ trong các quy trình sử dụng khí trơ

Nitơ được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp như tạo môi trường trơ, đóng gói, sản xuất điện tử và các quy trình yêu cầu khí bảo vệ.

Rò rỉ nitơ có thể được phát hiện bằng sóng siêu âm khi chênh lệch áp suất và dòng khí thoát ra đủ lớn để tạo thành dòng chảy rối.

Ngoài tổn thất chi phí môi chất, doanh nghiệp cần đặc biệt lưu ý nguy cơ nitơ làm giảm nồng độ oxy trong không gian kín. Camera siêu âm chỉ xác định vị trí phát sinh âm thanh, không có khả năng đo nồng độ nitơ hoặc đánh giá mức độ thiếu oxy trong môi trường.

3. Argon (Ar) – Hạn chế thất thoát khí bảo vệ và khí quy trình

Argon thường được sử dụng làm khí bảo vệ hoặc khí quy trình trong các ứng dụng công nghiệp.

Ngay cả những điểm rò rỉ nhỏ cũng có thể gây tổn thất kinh tế đáng kể nếu hệ thống sử dụng argon liên tục. Camera siêu âm có thể hỗ trợ xác định vị trí rò rỉ khi áp suất và hình dạng khe hở tạo ra tín hiệu siêu âm đủ mạnh.

Việc kiểm tra định kỳ giúp doanh nghiệp phát hiện sớm các điểm không kín tại đường ống, van và các vị trí kết nối.

4. Carbon dioxide (CO₂) – Phát hiện rò rỉ và kiểm soát môi trường vận hành

CO₂ có thể được phát hiện bằng camera siêu âm nếu dòng khí thoát ra tạo thành hiện tượng dòng chảy rối và phát sinh tín hiệu siêu âm phù hợp.

Đối với các hệ thống sử dụng CO₂ làm khí quy trình hoặc khí trơ, rò rỉ có thể gây thất thoát môi chất và ảnh hưởng đến khả năng kiểm soát quy trình sản xuất.

Bên cạnh việc xác định vị trí rò rỉ, doanh nghiệp cần chú ý đến hệ thống thông gió và các yêu cầu an toàn sức khỏe nghề nghiệp. Camera siêu âm không thể thay thế thiết bị đo nồng độ CO₂.

5. Oxy (O₂) – Lưu ý đặc biệt về vật liệu và an toàn cháy nổ

Các hệ thống sử dụng oxy có yêu cầu nghiêm ngặt về khả năng tương thích vật liệu, độ sạch, an toàn cháy nổ và các điều kiện phê duyệt hệ thống.

Camera siêu âm hoạt động theo nguyên lý thụ động, không yêu cầu sử dụng khí thử. Khi dòng oxy thoát ra tạo được tín hiệu siêu âm, thiết bị có thể hỗ trợ xác định vị trí rò rỉ.

Tuy nhiên, việc phát hiện bằng sóng siêu âm không thay thế cho quy trình đánh giá an toàn. Doanh nghiệp cần tuân thủ đầy đủ các hướng dẫn vận hành và yêu cầu phê duyệt trước khi tiến hành kiểm tra.

6. Heli (He) – Phân biệt kiểm tra siêu âm và kiểm tra rò rỉ heli chuyên sâu

Heli thường được sử dụng trong các phương pháp kiểm tra rò rỉ có độ nhạy cao.

Camera siêu âm có thể hỗ trợ phát hiện nhanh những điểm rò rỉ heli cục bộ có kích thước lớn hơn khi dòng khí thoát ra tạo thành dòng chảy rối.

Tuy nhiên, đối với các vị trí rò rỉ cực nhỏ nằm dưới ngưỡng phát hiện âm thanh, cần sử dụng công nghệ phát hiện rò rỉ heli chuyên dụng có độ nhạy cao.

Vì vậy, kiểm tra bằng sóng siêu âm phù hợp với mục đích xác định nhanh các nguồn rò rỉ có tín hiệu âm thanh đủ mạnh, nhưng không thay thế phương pháp kiểm tra heli chuyên sâu.

7. Metan (CH₄) – Không thay thế thiết bị phát hiện khí dễ cháy

Đối với metan và các loại khí dễ cháy khác, cần phân biệt rõ giữa việc phát hiện nguồn âm thanh và phát hiện nguy cơ cháy nổ.

Camera siêu âm chỉ có thể xác định vị trí rò rỉ khi dòng khí thoát ra tạo đủ tín hiệu siêu âm. Thiết bị không đo nồng độ metan và không đánh giá nguy cơ hình thành hỗn hợp khí dễ cháy.

Do đó, hệ thống phát hiện khí được phê duyệt, giải pháp bảo vệ chống cháy nổ và các quy trình an toàn vẫn là những yêu cầu bắt buộc cần được ưu tiên.

Quy trình kiểm tra rò rỉ khí kỹ thuật bằng camera siêu âm

Để nâng cao hiệu quả kiểm tra và hạn chế ảnh hưởng của tín hiệu nhiễu, quá trình đo lường cần được thực hiện theo một chiến lược phù hợp với từng loại khí và điều kiện vận hành.

Bước 1: Xác định loại khí và điều kiện vận hành

Trước khi đo, cần xác định môi chất, mức áp suất, các rủi ro trong quy trình và những yêu cầu an toàn, phê duyệt liên quan.

Bước 2: Ưu tiên các vị trí có nguy cơ rò rỉ

Tập trung kiểm tra các bộ phận chịu áp lực, van, bộ điều áp, mặt bích, khớp nối và đường ống mềm. Đây là những vị trí cần được chú ý trong quá trình kiểm tra độ kín của hệ thống.

Bước 3: Tiến hành đo từ khoảng cách an toàn

Bắt đầu kiểm tra từ khoảng cách an toàn, sau đó di chuyển lại gần vị trí cần đo nếu tín hiệu thu được còn yếu và điều kiện vận hành cho phép.

Bước 4: Sử dụng FFT và lựa chọn dải tần phù hợp

Khi môi trường có nhiều nguồn nhiễu siêu âm, có thể sử dụng phương pháp phân tích FFT và các dải tần mục tiêu để phân biệt tín hiệu rò rỉ với những nguồn âm thanh không liên quan.

Bước 5: Kiểm tra từ nhiều góc quan sát

Đối với các nguồn phát sóng có tính định hướng, cần thay đổi góc quan sát để hỗ trợ xác định chính xác vị trí phát sinh tín hiệu.

Bước 6: Kết hợp với các phương pháp đánh giá an toàn

Đối với những loại khí có yêu cầu an toàn nghiêm ngặt, cần tách biệt hoạt động kiểm tra bằng sóng siêu âm với việc đo nồng độ khí, đánh giá nguy cơ cháy nổ và kiểm tra an toàn lao động.

Tham khảo dịch vụ kiểm toán khí nén tại NB Engineering.

Những giới hạn cần lưu ý khi sử dụng camera siêu âm

Mặc dù có thể ứng dụng để kiểm tra nhiều loại khí kỹ thuật, camera siêu âm không phải là giải pháp thay thế cho tất cả các công nghệ phát hiện rò rỉ.

Hiệu quả phát hiện phụ thuộc vào chênh lệch áp suất, hình dạng khe hở, lưu lượng khí, khoảng cách đo và điều kiện môi trường. Những điểm rò rỉ có lưu lượng rất nhỏ hoặc không tạo đủ tín hiệu siêu âm có thể nằm ngoài khả năng phát hiện của thiết bị.

Đặc biệt, camera siêu âm không trực tiếp đo thành phần hóa học, nồng độ khí hay nguy cơ cháy nổ. Đối với các ứng dụng sử dụng oxy, metan, nitơ hoặc những loại khí có yêu cầu an toàn đặc thù, cần kết hợp thiết bị phát hiện khí chuyên dụng và quy trình đánh giá an toàn tương ứng.

Việt Nam FIL – Giải pháp kiểm tra và giám sát hệ thống khí nén công nghiệp

Rò rỉ khí nén và khí kỹ thuật có thể gây thất thoát môi chất, gia tăng chi phí vận hành và ảnh hưởng đến độ ổn định của quy trình sản xuất. Việc phát hiện sớm các điểm rò rỉ là bước quan trọng giúp doanh nghiệp kiểm soát hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Công nghệ phát hiện rò rỉ bằng sóng siêu âm hỗ trợ xác định vị trí rò rỉ nhanh chóng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đường ống hoặc sử dụng khí thử. Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp kiểm tra cần căn cứ vào loại khí, điều kiện vận hành và yêu cầu an toàn của từng ứng dụng.

Liên hệ Việt Nam FIL để được tư vấn các giải pháp đo lường, giám sát và kiểm soát hệ thống khí nén, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và hạn chế thất thoát trong sản xuất công nghiệp.