Vấn đề đặt ra
Hiện nay, trên  thế giới cũng như tại các tỉnh thành ở Việt Nam, việc sử dụng nguồn năng lượng sạch làm khí đốt cùng các mô hình sử dụng khí sinh học (Biogas) để chạy máy phát điện sản xuất điện năng nhằm phục vụ cho các mục đích sản xuất trong công nghiệp và nông nghiệp đang ngày càng trở nên phổ biến.

Vấn đề đặt ra ở đây là cần có các thiết bị chuyên dụng để có thể đo lường chính xác lưu lượng khí biogas (với nhiều thành phần khí khác nhau) được thu hồi từ các hầm chứa gas hay cung cấp cho các dây chuyền công nghệ trong các mục đích khác nhau đang là vấn đề được rất nhiều nhà quản lý, kỹ sư công nghệ và các cán bộ kỹ thuật trong nước quan tâm.
Nhằm đáp ứng các nhu cầu này, Ban đo lường – điều khiển – tự động hóa của Công ty Cổ phần Kỹ thuật Năng lượng và Môi trường EEC (EEC Group) cùng các chuyên gia/kỹ sư nhiều tâm huyết của Hãng FCI – Mỹ đã dành nhiều thời gian nghiên cứu và tìm hiều về các thiết bị đo để có thể nhanh chóng chuyển giao các công nghệ tiên tiến trên thế giới hiện nay vào tình hình thực tế tại Việt Nam, mời độc giả cùng nghiên cứu và tham khảo bài viết chi tiết dưới đây.
Biogas hay khí sinh học là nguồn năng lượng tái sinh chứa methane (CH4) và khí carbonic (CO2) được sinh ra từ sự phân huỷ kỵ khí hay sự lên men của chất hữu cơ của chất thải gia súc… trong điều kiện thiếu không khí.
Thành phần chính của Biogas là CH4 (50¸60%) và CO2 (~30%) còn lại là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20oC – 40oC, Nhiệt trị thấp của CH4 là 1012 Btu/ft3 (37,71.103KJ/m3) do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử dụng.

TÍCH HỢP HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG – KIỂM SOÁT KHÍ BIOGAS
Đối với các nhà máy công nghiệp sản xuất hay thu hồi biogas, bio-ethanol,…từ nguyên liệu sắn, rác thải hữu cơ, v..v..Việc đo lường khí trong và ngoài hầm chứa khí có thể thực hiện bởi một đồng hồ đo lưu lượng (Flow-meter) được kết nối với một bộ điều khiển lập trình (PLC). Đồng hồ này và PLC với khả năng xử lý thời gian thực, tính toán các thông số về lượng khí biogas sinh ra từ hầm khí. Bộ PLC sau đó kết nối và truyền các dữ liệu đến hệ thống điều khiển phân tán (DCS) để đưa ra các lệnh điều khiển dựa trên lượng khí trên.
Toàn bộ lượng khí biogas sản xuất hay thu hồi được theo các đường ống dẫn sẽ được dùng làm nhiên liệu để chạy động cơ máy phát điện, phục vụ nhu cầu sản xuất. Trong trường hợp khí biogas sinh ra quá nhiều (chủ yếu là khí CH4), một hệ thống cảnh báo sẽ thông báo đến các cán bộ vận hành và truyền tín hiệu cảnh báo đến bộ PLC để xử lý và ra lệnh điều khiển cho các thiết bị trường bằng một trong các cách sau:
* Tăng tải cho một động cơ máy phát điện chạy online
* Khởi động thêm động cơ máy phát điện thứ hai.
* Tăng tải đồng thời cả hai động cơ máy phát điện.
* Chuyển toàn bộ lượng khí dư thừa này ra ống khí thải và đốt.

Hình 2: Sơ đồ công nghệ kiểm soát khí Biogas với đồng hồ đo FCI

Vấn đề thường gặp phải
Hiệu suất làm việc của hệ thống thu hồi khí biogas từ hầm chứa khí và hệ thống máy phát điện này cao hay không phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác và khả năng lặp đọc của thiết bị đo biogas. Ví dụ loại đồng hồ đo lưu lượng dựa trên công nghệ Vortex (dòng xoáy) được sử dụng trước đây đã thường xuyên bị tắc (clogged) và phải ngừng hoạt động liên tục trong môi trường hệ thống chứa các khí biogas bẩn. Tình trạng này có thể dẫn tới việc hình thành nhiều các khí dư thừa, từ đó có thể dẫn đến việc hoạt động không an toàn và các điều kiện môi trường không mong muốn. Các động cơ máy phát điện cũng hoạt động kém hiệu quả hơn và việc bảo trì các đồng hồ Vortex thường xuyên cũng làm tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí của doanh nghiệp hơn.
Các đồng hồ đo lưu lượng cho các hầm chứa khí cần hoạt động trên một dải lưu lượng rộng từ 1.64 đến 1640 SF/s (0.5 đến 500 Nm3/s) và tại áp suất từ 0.8 đến 17.6 psig [0.05 đến 1.12 bar(g)]. Việc chọn lựa công nghệ đo lưu lượng là rất quan trọng với yêu cầu bảo trì thấp đủ để hoạt động tốt trong điều kiện môi trường khí biogas, nơi mà điều kiện khí có thể là ẩm ướt (chứa hơi nước) và có thể chứa các tạp chất hạt rắn(particulates). Chính các thành phần môi chất khí biogas cũng chính là một bài toán rất phức tạp, các đồng hồ đo thông thường chỉ calib chính xác cho một thành phần khí cụ thể. Ví dụ, có thể là một khí duy nhất như không khí, hydro, oxy, .v.v hoặc một thành phần như khí tự nhiên (Metan và Etan). Nếu thành phần này thay đổi, giá trị đọc hiển thị thường sẽ vẫn lặp lại nhưng nó sẽ không còn được chính xác như mong muốn. Nhất là trong điều kiện thời tiết thường xuyên thay đổi như Việt Nam hiện nay, dẫn đến các thành phần trong khí biogas không còn như cấu hình ban đầu, cộng thêm sự pha lẫn thêm một số tạp chất, bụi bẩn, hơi nước cũng làm cho các công nghệ đo truyền thống gặp phải rất nhiều khó khăn. Gây sai số lớn trong các phép đo. Thậm chí với những hệ thống thu hồi biogas, lưu lượng đôi khi hạ xuống cực thấp làm cho các đồng hồ đo truyền thống gần như không thể phát hiện được dòng khí chảy qua.