CHƯƠNG 4: CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ BỒN CHỨA
4.3.1 Thiết bị đo nhiệt độ
Chúng ta cũng biết rằng quá trình truyền nhiệt xảy ra ba hình thức chủ yếu là đối lưu, dẫn nhiệt bức xạ. Dựa trên những nguyên tắc truyền nhiệt trên mà người ta chế tạo các thiết bị đo nhiệt độ khác nhau.
Các dụng cụ đo trong công nghiệp nói chung: nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế lưỡng kim, nhiệt kế áp suất – lò xo, cặp nhiệt điện, nhiệt kế điện trở, nhiệt kế đo nhiệt độ cao. Trong hệ thống bồn bể của công nghiệp dầu khí, người ta thường sử dụng các loại nhiệt kế sau:
- Nhiệt kế lưỡng kim - Nhiệt kế áp suất – lò xo - Cặp nhiệt điện
- Nhiệt kế điện trở 4.3.1.1 Nhiệt kế lưỡng kim
38
Bộ môn Hóa dầu Kỹ thuật đường ống và bể chứa Cơ chế hoạt động của loại nhiệt kế lưỡng kim được tạo bằng cách nung chảy cho hai thanh kim loại dính với nhau sau đó tạo thành một thanh hình xoắn ốc. Dưới tác dụng của nhiệt độ, hai thanh kim loại giãn nở nhiệt khác nhau và làm cho thanh xoắn ốc co giãn. Chuyển động của thanh xoắn ốc này tác động lên kim chỉ thị trên mặt đồng hồ thông qua một thanh kim loại khác. Tóm lại, nguyên tắc hoạt động của nhiệt kế lưỡng kim là:
Nhiệt độ → nguyên tố lưỡng kim co giãn → kim đồng hồ quay
Nhiệt kế lưỡng kim đồng hồ dùng để xác định nhiệt độ trong khoảng –1500C ÷ 4200C. Ở nhiệt độ cao hơn nữa thì kim loại có xu hướng giãn nở quá độ làm cho phép đo không còn chính xác nữa. Loại nhiệt kế này rất phổ biến trong các bồn bể chứa sản phẩm dầu mỏ.
4.3.1.2 Nhiệt kế áp suất - lò xo:
Ưu điểm: của nhiệt kế này so với nhiệt kế lưỡng kim là vị trí đọc nhiệt độ có thể ở xa bồn mà không cần đọc tại chỗ như khi dùng nhiệt kế lưỡng kim. Khi đó người kỹ sư có thể ở trong phòng hay ở một vị trí thuận tiện để kiểm tra nhiệt độ của bồn.
Cấu tạo chính của loại này là một ống xoắn ruột gà (ống Bourdon) được nối với kim chỉ vạch. Ống này được nối với một bầu chứa chất lỏng (thường là thủy ngân) hay hỗn hợp lỏng khí (thường là Nitơ). Dưới tác động của nhiệt độ thì áp suất trong bầu tăng lên do chất lỏng giãn nở hay áp suất hơi bão hòa tăng lên. Sự tăng áp suất này tác động lên ống xoắn ruột gà làm cho nó giãn ra làm chuyển động kim chỉ vạch.
Tóm lại nguyên tắc hoạt động của loại nhiệt kế này là:
39
Nhiệt độ → áp suất → ống ruột gà co giãn → kim đồng hồ quay → giá trị nhiệt độ.
4.3.1.3 Cặp nhiệt điện:
Ưu điểm: lớn nhất của cặp nhiệt độ sang tín hiệu điện, từ đó các kỹ sư có thể dễ dàng xử lý tín hiệu này trong dây chuyền tự động hóa ví dụ như dùng tín hiệu điện này điều khiển các thiết bị khác. Hơn nữa giá trị nhiệt độ đo được sẽ vô cùng chính xác vì tín hiệu điện có thể chuyển sang tín hiệu số để quan sát trên màn hình (không phụ thuộc tính chủ quan của người quan sát).
Cặp nhiệt điện bao gồm hai kim loại khác nhau nối với nhau ở hai đầu. Đầu tiếp xúc với môi trường cần đo nhiệt độ được nối dính với nhau, đầu còn lại được nối với milivôn kế. Như vậy cặp nhiệt điện kế sẽ có một đầu có nhiệt độ thay đổi: đầu dò và một đầu có nhiệt độ cố định: điện cực tham khảo. Khi nhiệt độ đầu dò không đổi thì hiệu điện thế hai đầu điện cực tham khảo cũng không đổi. Khi nhiệt độ đầu dò tăng thì hiệu điện thế của điện cực tham khảo cũng tăng. Tín hiệu điện ghi nhận được chính là sự tăng hiệu điện thế. Trong milivôn kế có một nam châm vĩnh cửu rất nhạy với sự thay đổi của hiệu điện thế. Nam châm này làm quay cuộn dây nối với kim đồng hồ có thang nhiệt độ sẵn. Vì vậy, milivôn kế nối với cặp nhiệt độ không phải để đo trực tiếp nhiệt độ mà để đo sự thay đổi hiệu điện thế. Chính vì vậy hiệu điện thế thay đổi theo nhiệt độ nên chúng ta mới có thể xác định được nhiệt độ thông qua milivôn kế.
Cơ chế trên có thể tóm gọn như sau:
Nhiệt độ → hiệu điện thế → milivôn kế → nhiệt độ đọc 4.3.1.4 Nhiệt kế điện trở:
Nhiệt kế điện trở cũng có nguyên tắc hoạt động gần giống với cặp nhiệt điện. Sự thay đổi hiệu điện thế cũng được dùng để sự thay đổi nhiệt độ. Đầu dò của nhiệt kế là một điện trở gồm dây đồng, Niken hay Platin quấn quanh một vật cách điện như Mica chẳng hạn. Điện trở đầu dò được mắc với 3 điện trở khác tạo thành cầu Wheatstone. Dòng điện được điện trở cấp bởi pin. Khi nhiệt độ môi trường tăng thì điện trở tăng làm thay đổi hiệu điện thế hai đầu cầu Wheatstone. Sự thay đổi hiệu điện thế này được ghi nhận bởi milivôn kế tương tự như cặp nhiệt điện.
Quá trình trên có thể tóm tắt như sau:
40
Bộ môn Hóa dầu Kỹ thuật đường ống và bể chứa Nhiệt độ → điện trở → hiệu điện thế → milivôn kế → nhiệt độ đọc.