TIÊU\r\nCHUẨN QUỐC GIA

TCVN\r\n9798:2013

ASTM\r\nD 4984 - 06

KHÍ THIÊN NHIÊN - XÁC ĐỊNH CARBON DIOXIDE BẰNG ỐNG\r\nDETECTOR NHUỘM MÀU

Standard test\r\nmethod for carbon dioxide in natural gas using length-of-stain detector tubes

Lời nói đầu

TCVN 9798:2013 được xây dựng\r\ntrên cơ sở chấp nhận\r\nhoàn toàn tương đương với ASTM D 4984 - 06 (Reapproved 2011), Standard Test\r\nMethod for Carbon Dioxide in Natural Gas Using Length-of-Stain\r\nDetector Tubes, được rà soát và phê duyệt lại năm 2011, với sự cho phép\r\ncủa ASTM quốc tế,\r\n100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D 4984\r\n- 06 (Reapproved 2011) thuộc bản quyền ASTM quốc tế.

TCVN 9798:2013 do Tiểu ban\r\nkỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia\r\nTCVN/TC 28/SC2 Nhiên liệu lỏng - Phương pháp thử biên soạn, Tổng cục\r\nTiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

KHÍ THIÊN\r\nNHIÊN -\r\nXÁC\r\nĐỊNH CARBON DIOXIDE BẰNG ỐNG DETECTOR NHUỘM MÀU

Standard test\r\nmethod for carbon dioxide in natural gas using length-of-stain detector tubes

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này qui định phương\r\npháp xác định carbon dioxide trong các đường ống dẫn khí thiên nhiên tại hiện\r\ntrường nhanh và đơn giản. Các ống detector sẵn có, có tổng dải đo từ 100 ppm\r\n(phần triệu) đến 60 % thể tích, mặc dù phần lớn các ứng dụng sẽ nằm trong khoảng\r\ndưới của dải này (tức là dưới 5 %). Có ít nhất một nhà sản xuất cung cấp bộ thiết bị\r\nđặc biệt sử dụng cho các\r\ntrường hợp đo từ 10 % đến 100 % CO₂, nhưng không sử dụng\r\nbơm tay bình thường loại\r\n100-cc. Xem Chú thích 1.

CHÚ THÍCH 1: Ống detector\r\ncarbon dioxide dải đo cao sẽ có thang đo theo phần trăm (%) CO₂, và các ống\r\ndetector có dải đo thấp sẽ có thang đo theo phần triệu (ppm). Để chuyển đổi từ phần trăm sang ppm,\r\nnhân với 10 000 (1 % = 10 000 ppm).

1.2. Các giá trị tính theo\r\nđơn vị SI là giá trị tiêu chuẩn. Các đơn vị inch-pound ghi trong ngoặc đơn chỉ\r\ndùng để tham khảo.

1.3. Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả các vấn đề\r\nliên quan đến an toàn khi sử dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn này có\r\ntrách nhiệm thiết lập các nguyên tắc về an toàn và bảo vệ sức khỏe cũng như khả\r\nnăng áp dụng\r\nphù hợp với các giới hạn quy định trước khi đưa vào sử dụng.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết\r\ncho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố\r\nthì áp dụng bản\r\nđược nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản\r\nmới nhất (bao gồm cả\r\ncác sửa đổi)

Tiêu chuẩn của Hiệp hội chế biến\r\nkhí

2337 Test for hydrogen sulfide and\r\ncarbon dioxide in natural gas using length of stain tubes\r\n(Phép thử xác định hydro sulfide và carbon dioxide trong khí\r\nthiên nhiên sử dụng chiều dài ống nhuộm màu).

3. Thuật ngữ và định\r\nnghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật\r\nngữ, định nghĩa\r\nsau:

3.1. Bơm của ống\r\ndetector\r\n(detector tube pump)

Bơm pittong thao tác bằng tay hoặc bơm\r\nkiểm thổi/bễ. Bơm phải có khả năng hút 100 mL mẫu trên một hành trình qua ống\r\ndetector với dung sai thể tích bằng ± 5 mL. Bơm được thiết kế riêng để sử dụng\r\ncùng ống detector.

3.1.1 Giải thích - Ống detector\r\nvà bơm tạo thành một cụm thiết bị và phải được sử dụng cùng nhau. Mỗi nhà sản\r\nxuất đều thực hiện hiệu chuẩn các ống detector phù hợp với các tính chất dòng\r\ncủa bơm sử dụng riêng cho\r\nchúng. Không cho\r\nphép sử dụng bơm và ống của các hãng khác nhau vì độ chính xác của hệ thống\r\ncó thể bị suy giảm đáng kể.

3.2. Khoang lấy mẫu khí (gas\r\nsampling chamber)

Bất kỳ vật chứa nào cho\r\nphép đưa ống detector vào dòng khí mẫu đồng đều tại áp suất khí quyển và tách biệt mẫu\r\nvới môi trường xung quanh. Giữa khoang lấy mẫu và van nguồn có một van kim bằng thép không\r\ngỉ (hoặc bộ điều áp) dùng cho mục đích điều chỉnh lưu lượng mẫu. Tốc độ dòng\r\nnên xấp xỉ bằng từ một\r\nđến hai lần thay đổi thể tích trên phút hoặc tối\r\nthiểu phải cung cấp dòng khí ra rõ rệt trong suốt thời gian lấy mẫu của ống\r\ndetector

3.2.1 Giải thích - Khoang lấy mẫu phù\r\nhợp có thể được làm bằng vỏ chai nước rửa loại polyetylen có kích cỡ\r\ndanh nghĩa bằng 500 mL hoặc 1 L. Ống phân phối bên trong của chai nước rửa dùng\r\nđể đưa khí mẫu thử xuống đáy chai. Trên nắp chai đục một lỗ có đường kính 14.7\r\nmm (1/2 in) để cắm ống detector và\r\nlàm lỗ thông khí (xem Hình 1). (Khoang lấy mẫu khí thay thế kiểu xuyên dòng có\r\nthể được tạo thành hình bằng cách sử dụng túi bảo quản thực phẩm loại ziploc dung tích 3,8 L (1 gal). Một ống\r\nmềm dẻo xuyên qua góc đầu mút miệng túi và kéo dài đến đáy túi. Góc đối diện của đầu mút\r\nmiệng túi được bịt kín. Áp dụng qui trình cơ bản đối với dụng cụ lấy mẫu như\r\nnêu tại Hình 1).

3.2.2. Giải thích - Vật chứa lấy mẫu\r\nkhác có thể là một túi gom được\r\nlàm từ vật liệu phù hợp để thu gom khí thiên nhiên (ví dụ: Màng mỏng polyeste).\r\nTúi lấy mẫu có dung tích tối thiểu là 2 L.

3.3. Ống detector\r\nnhuộm màu\r\n(length-of-stain detector tube)

Ống thủy tinh gắn kín có các đầu có thể bẻ gãy\r\nvà có kích thước phù\r\nhợp với vòng kẹp ống của bơm. Lớp thuốc thử bên trong ống, thường là nền silica\r\ngel được phủ bằng các hóa chất hoạt tính, phải là loại sử dụng riêng cho carbon\r\ndioxide và phải tạo ra sự thay đổi màu rõ ràng Khi tiếp xúc với mẫu khí có chứa carbon\r\ndioxide. Các chất đã biết là sẽ gây nhiễu phải được nêu trong hướng dẫn kèm theo\r\ncác ống này. Thang đo\r\nhiệu chuẩn in trên ống thủy tinh phải tương quan với nồng độ carbon dioxide\r\ntheo chiều dài vết nhuộm màu. Thang đo hiệu chuẩn riêng biệt cung cấp kèm theo ống\r\ncũng được chấp nhận. Thời hạn sử dụng của ống detector ít nhất là hai năm kể từ ngày\r\nsản xuất nếu được bảo quản theo các khuyến nghị của nhà sản xuất.

4. Tóm tắt phương\r\npháp

Mẫu thử được cho đi qua ống detector chứa đầy\r\nhóa chất đã được chuẩn bị riêng. Carbon dioxide có trong mẫu sẽ phản ứng với hóa chất để\r\ntạo ra sự thay đổi màu hoặc nhuộm màu. Chiều dài của vết nhuộm màu xuất hiện\r\ntrong ống detector sau khi tiếp xúc với thể tích cần đo của mẫu tỷ lệ thuận với\r\nlượng carbon dioxide có trong mẫu thử. Sử dụng bơm pittông thao tác bằng tay hoặc\r\nbơm kiểu thổi/bễ để hút thể tích\r\nmẫu cần đo qua ống detector với tốc độ dòng được kiểm soát. Chiều\r\ndài vết nhuộm\r\nmàu sinh ra được chuyển đổi về phần triệu (ppm) hoặc phần trăm (%) carbon\r\ndioxide bằng cách so sánh với thang đo hiệu chuẩn do nhà sản xuất cung cấp cho\r\ntừng hộp ống phát hiện.\r\nHệ thống này cho phép đọc kết quả trực tiếp, di chuyển dễ dàng và hoàn toàn phù\r\nhợp để thực hiện các phép kiểm tra carbon dioxide tại chỗ một cách nhanh chóng\r\ntrong điều kiện hiện trường (xem Chú thích 1).

Hình 1 - Sơ đồ\r\nthiết bị

5. Ý nghĩa và sử dụng

5.1. Phép đo carbon dioxide có trong khí thiên\r\nnhiên là quan trọng bởi vì các yêu cầu\r\nkỹ thuật về chất lượng khí, tính chất\r\năn mòn của carbon dioxide đối với các vật liệu đường ống và ảnh hưởng của chúng lên\r\nthiết bị sử\r\ndụng.

5.2. Phương pháp này cho phép kiểm soát hàm lượng\r\ncarbon dioxide tại hiện trường một cách tiện lợi và tiết kiệm. Hệ thống đo có\r\nthiết kế phù hợp để các nhân viên không có chuyên môn hoặc được đào tạo tối thiểu\r\ncũng có thể sử dụng được.

6. Sự nhiễu

Thông thường các ống detector đều bị\r\nnhiễu do khí và hơi của các chất khác với chất đang thử nghiệm. Hiện tượng nhiễu thay\r\nđổi tùy theo từng hãng sản xuất thiết bị do sử dụng các phương pháp phát hiện\r\nkhác nhau. Một số ống detector có một lớp “làm sạch trước” được thiết kế để loại bỏ hiện tượng\r\nnhiễu đến mức tối đa. Tham khảo các chỉ dẫn của nhà sản xuất về các\r\nthông tin nhiễu cụ thể.

7. Cách tiến hành

7.1. Chọn vị trí lấy mẫu sao cho có thể\r\nlấy được mẫu đại diện của đối tượng cần\r\nthử nghiệm (van nguồn trên đường ống dẫn chính). Điểm lấy mẫu nên chọn trên mặt\r\ntrên của đường ống\r\nvà có lắp ống mẫu bằng thép không gỉ luồn sâu vào tới khoảng một phần ba ở giữa đường ống.\r\nMở van nguồn\r\nngay lập tức để làm sạch van\r\nvà đầu nối làm bằng các vật liệu lạ.

7.2. Lắp van kim (hoặc bộ điều áp) tại đầu ra của\r\nvan nguồn, sau đó dùng một đoạn ống mềm ngắn nhất có thể để nối với khoang lấy\r\nmẫu (xem Hình 1). Hầu hết các vật liệu làm ống mềm là phù hợp để lấy mẫu carbon\r\ndioxide. Tuy nhiên, nếu hệ thống lấy mẫu còn được sử dụng để lấy mẫu khí chứa\r\ncác thành phần khác\r\nchẳng hạn như hydro sulfide thì vật liệu làm ống phải được lựa chọn thật cẩn thận.\r\nTránh sử dụng ống nối bằng vật liệu gây phản ứng hoặc hấp thụ hydro sulfide, như ống đồng\r\nhoặc cao su tự nhiên. Nên sử dụng các ống bằng TFE-fluorocacbon, vinyl,\r\npolyetylen hoặc thép không gỉ.

7.3. Mở van nguồn. Mở van kim đủ để có một\r\ndòng khí đi vào khoang lấy mẫu, phù hợp theo 3.1.2. Làm sạch bình chứa ít nhất\r\ntrong 3 min (xem Hình 1).

CHÚ THÍCH 2: Nếu dùng túi gom thay cho\r\nkhoang lấy mẫu, thì thực hiện theo 7.1 và 7.2, trong đó thay thế khoang lấy mẫu\r\nbằng túi gom.\r\nTheo 7.3, tháo túi ra khi đã đầy. Xả khí để làm sạch túi và lấy mẫu lần thứ hai\r\nđể cấp mẫu. Túi phải\r\nxẹp phẳng hoàn toàn trước mỗi lần làm đầy (xem Giải thích thứ hai tại 3.1.2).

7.4. Trước mỗi loạt phép đo, phải thực hiện kiểm\r\ntra rò rỉ của bơm bằng cách vận hành bơm tại chỗ với một ống\r\ndetector nguyên vẹn. Tham khảo các hướng dẫn của nhà sản xuất về qui trinh kiểm\r\ntra rò rỉ và hướng dẫn bảo dưỡng nếu\r\nphát hiện thấy rò rỉ. Phép thử kiểm\r\ntra rò rỉ thông thường mất 1 min. Sử dụng bơm bị rò rỉ trong khi tiến\r\nhành thử nghiệm ngoài hiện trường thì làm cho kết quả mẫu thử bị thấp đi.

7.5. Chọn ống detector có dải đo phù hợp nhất với\r\nnồng độ dự kiến của mercaptan.\r\nĐộ chính xác của số\r\nđọc sẽ tăng khi chiều\r\ndài phần nhuộm màu nằm ở nửa trên của thang\r\nđo hiệu chuẩn. Tham khảo hướng dẫn của\r\nnhà sản xuất về việc\r\nsử dụng nhiều hành trình để có được\r\ndải thấp hơn\r\ntrên ống đã cho.

7.6. Bẻ gãy các đầu ống và lắp ống\r\nvào bơm, quan sát sự hiển thị của hướng dòng chảy trên ống. Cho ống\r\ndetector xuyên qua lỗ vào trong khoang lấy mẫu, sao cho đầu vào của ống ở vị trí gần điểm giữa\r\ncủa khoang (xem Hình 1).

CHÚ THÍCH 3: Các ống detector có các giới hạn\r\nnhiệt độ từ 0 °C đến 40 °C (32\r\n°F đến 104 °F), và nhiệt độ của mẫu khi phải duy trì trong dải này trong suốt phép thử. Có sẵn\r\ncác đầu dò làm nguội đối với các mẫu có nhiệt độ vượt 40 °C.

7.7. Vận hành bơm để hút thể tích mẫu cần đo qua ống\r\ndetector. Tuân theo các chỉ dẫn của ống khi áp dụng nhiều hành trình. Phải đảm bảo sao cho\r\ndòng chảy rõ rệt của mẫu được duy trì tại lỗ thông khí của khoang lấy mẫu trong\r\nsuốt quá trình hút mẫu.\r\nTuân theo các chỉ dẫn về thời\r\ngian lấy mẫu chính xác trên một hành\r\ntrình bơm. Đầu vào của ống detector phải được giữ nguyên vị trí bên trong\r\nkhoang lấy mẫu cho đến khi hoàn thành việc lấy mẫu. Nhiều bơm của ống detector\r\ncó hiển thị kết thúc hành trình nên không cần căn thời gian lấy mẫu.

CHÚ THÍCH 4: Nếu sử dụng túi gom, mẫu được hút\r\nra từ túi qua ống nối mềm. Không ép chặt túi trong quá trình lấy mẫu. Để cho\r\ntúi tự xẹp bằng chân không\r\ncủa bơm, như vậy các\r\nđặc tính dòng chảy của bơm không bị thay đổi.

CHÚ THÍCH 5: Điều rất quan trọng là phải\r\nđảm bảo rằng không khí\r\nxung quanh không bị hút vào mẫu thử. Sự xâm nhập của không khí\r\nxung quanh vào mẫu sẽ dẫn\r\nđến các số đọc carbon dioxide bị thấp đi.

7.8. Lấy ống ra khỏi bơm và đọc ngay nồng\r\nđộ carbon dioxide từ thang đo hiệu chuẩn của ống hoặc từ biểu đồ được cung cấp\r\nkèm theo hộp ống. Đọc trên ống tại điểm cực đại của vết nhuộm màu. Nếu xuất hiện\r\nhiện tượng vết (chiều dài vết nhuộm không đều), đọc các độ dài lớn nhất và nhỏ\r\nnhất, sau đó lấy\r\ntrung bình hai số đọc. Tham khảo các hướng dẫn sử dụng ống về các thông tin đặc\r\nbiệt trong trường hợp các vết nhuộm có nhiều màu sắc.

CHÚ THÍCH 6: Nếu thang đo hiệu chuẩn không được in trực tiếp\r\ntrên ống detector, thì phải đảm bảo chắc chắn là các biểu đồ hiệu chuẩn tách riêng\r\nlà phù hợp đúng với ống đang dùng.

7.9 Nếu số lượng hành trình sử dụng khác với\r\nsố lượng hành trình qui định cho thang đo hiệu chuẩn thì hiệu chính số đọc như\r\nsau:

7.10. Ghi lại ngay số đọc, kèm theo nhiệt độ\r\ncủa khí và áp suất\r\nkhí quyển. Tuân\r\ntheo\r\ncác\r\nhiệu chính về nhiệt độ\r\nđược\r\ncung cấp trong bản\r\nchỉ\r\ndẫn của ống.\r\nCác hiệu chính áp\r\nsuất\r\ntheo\r\nđộ\r\ncao là đáng\r\nkể\r\nđối với các\r\nvùng nằm ở vị trí 609.6 m (2000 ft)\r\n(so với\r\nmặt\r\nbiển). Hiệu chính về áp suất khí quyển như sau:

CHÚ THÍCH 7: Mặc dù lượng hóa chất chứa\r\ntrong ống detector là\r\nrất\r\nít, nhưng khi thải bỏ các ống này\r\nvẫn phải cẩn thận.\r\nPhương pháp thải bỏ chúng là ngâm ống đã\r\nmở vào nước trước khi bỏ. Nước phải có độ pH trung tính trước khi\r\nthải bỏ.

8. Đảm bảo chất lượng

8.1. Các ống detector từ mỗi đợt sản xuất hoặc của\r\nmột lô ống phải được thử nghiệm để khẳng định sự phù hợp với độ chính xác đã\r\ncông bố, (thông thường là ± 25 %).

8.2. Các ống này phải tiếp tục duy trì sự phù hợp\r\nđộ với chính xác đã công bố cho đến khi hết hạn sử dụng nếu chúng được vận chuyển\r\nvà bảo quản tuân theo các hướng dẫn của nhà sản xuất.

9. Độ chụm và độ chệch

9.1. Độ chính xác của hệ thống ống detector\r\nthường là ± 25 % của số đọc. Giá trị này được dựa chủ yếu vào kết quả của các\r\nchương trình do Viện nghiên cứu Quốc gia về Sức khỏe và An toàn Nghề nghiệp\r\n(NIOSH) thực hiện trong việc chứng nhận hợp chuẩn các ống detector dùng để đánh giá mức độ\r\nô nhiễm không khí ở mức thấp,\r\nphù hợp để kiểm soát mức phơi nhiễm của công nhân. NIOSH đã tiến hành thử nghiệm\r\nống tại các mức ½\r\n1,\r\n2 và 5 lần giá trị ngưỡng giới hạn (TLV), yêu cầu phải đạt độ chính xác ± 25 %\r\nđối với ba mức TVL cao nhất và 35 % với mức ½ TLV. (Ví dụ: CO₂ có TLV bằng\r\n5000 ppm, đã được thử nghiệm tại các mức bằng 2500 ppm, 5000 ppm, 10 000 ppm và 25 000 ppm).\r\nKhi chiều dài phần nhuộm màu ngắn hơn thì độ chính xác bị kém đi nên tại mức thấp\r\ndung sai cho phép cao hơn. NIOSH đã ngừng chương trình này năm 1983, và chương\r\ntrình này được Viện nghiên cứu An toàn Thiết bị (SEI) tiếp nhận năm 1986.

9.2. Hiệp hội chế biến khí USA báo cáo sai số nhỏ\r\nhơn hoặc bằng ± 8 % trong các phép thử của hai hãng ống detector\r\ncarbon dioxide (xem 2.1, 2337).