Тарасов А.В., Комаров С.М. "Газоанализаторы, используемые в системах газоснабжения, основанные на физико-химическом и физическом методах"

Тарасов Андрей Владимирович, начальник лаборатории неразрушающего контроля ООО «Техэкспертиза»

Комаров Сергей Михайлович, директор ООО «СтройМонтажЭксперт» 

 Газоанализаторы, используемые в системах газоснабжения, основанные на физико-химическом и физическом методах

В работе описаны основные типы используемых газоанализаторов, даны формулы по вычислению допустимой погрешности и указаны основные преимущества и недостатки каждого типа оборудования.

Газоанализатор – прибор, позволяющий вовремя распознать в помещении повышенный уровень загазованности вредными веществами. Активно используется в конструкции систем газообеспечения и помогает существенно увеличить уровень промышленной безопасности.

Все автоматические газоанализаторы измеряют физико-химическую или физическую характеристику смеси в помещении или ее отдельных компонентов. Сегодня существует три основных вида этого оборудования:

·           Агрегаты, чья работа основана на физическом методе проведения анализа, который включает и дополнительные химические реакции. Такое оборудование называют объемно-манометрическим или химическим, с его помощью можно определить давление, объем газового облака.

·           Приборы, чья работа основана на физическом методе и вспомогательных физико-химических реакциях, в том числе электрохимической, хроматографической, термохимической и так далее.

·           Оборудование, работающее на исключительно физических методах анализа (магнитном, термокондуктометрическом, оптическом и других).

Условия эксплуатации газоанализаторов:

1) диапазон температуры окружающей среды;

2) диапазон атмосферного давления; 

3) диапазон относительной влажности воздуха;

4)изменение пространственного положения от рабочего.

5) напряженность внешнего однородного постоянного и переменного магнитного поля;

6) напряженность внешнего однородного переменного электрического поля.

Состав анализируемой газовой смеси должен соответствовать данным, приведенным в таблице:

 [1] Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности газоанализатора ∆д (δд) соответствуют данным, приведенным в таблице:

[1]

Все имеющиеся газоанализаторы делят на две большие группы: автоматические и ручные. В рамках производственного процесса стараются использовать автоматическое оборудование.

Термохимические определяют энергию тепла, которую выделяет химическая реакция в газовой смеси. Фотоколометрическое оборудование использует оптическую систему, которая за счет уровня поглощенного потока света рассматриваемым веществом определяет его тип.

Электрохимические газоанализаторы широко используют при определении токсического газа в пределах рабочей территории. Именно такое оборудование можно использовать во взрывоопасной среде. Среди его основных преимуществ:

·           Компактность.

·           Устойчивость к механическим повреждениям.

·           Энергосберегаемость.

Есть и так называемые универсальные газоанализаторы, которые способны измерять массовые концентрации газа в среде промышленных зон и помещений. Выглядит оборудование следующим образом:

У каждого типа оборудования имеются собственные преимущества и недостатки, все они представлены в следующей таблице:

Таблица основных преимуществ и недостатков некоторых газоанализаторов

[2]

Газоанализаторы имеют два перестраиваемых порога сигнализации и обеспечивают звуковой и световой сигналы в зависимости от концентрации:

1) предупредительный порог.

2) аварийный порог.

Газоанализатор должен соответствовать требованиям к основной погрешности  в присутствии неизмеряемых компонентов в концентрациях, указанных в таблице: 

[1]

Газоанализатор должен соответствовать требованиям к основной абсолютной погрешности при изменении относительной влажности анализируемой газовой смеси до 98 % при температуре 25 °С. 

В состав большинства газоанализаторов входят:

- блок аккумуляторов;

- блок побудителя расхода;

  - панель кнопочная;

  - устройство индикации и питания;

  - блок обработки информации;

  - блок предварительного усилителя;

  - блок оптический;

  - плата управления излучателями.

Взрывозащищенность газоанализатора достигается видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь и взрывонепроницаемая оболочка":

- на платах усилителей - заливкой компаундом токоограничительного резистора, с включенным последовательно с ним конденсатором;

- на плате специального вычислителя - заливкой  компаундом токоограничительного резистора, с включенным последовательно с ним конденсатором;

- на плате побудителя расхода – заливкой компаундом токоограничительного  резистора и ограничителей напряжения на стабилитронах;

- в блоке аккумуляторов – заливкой компаундом аккумуляторов и плат искрозащиты.

Излучатели заключены во взрывонепроницаемую оболочку из материала Д16 с окном из кварца и клеевым швом длиной 6,2 мм, выдерживающую давление 1,5 МПа. Со стороны выводов излучатель заливается компаундом. Максимальная температура наружной поверхности блока аккумуляторов в аварийном режиме работы не превышает 80 °С, что соответствует  ГОСТ Р 51330.0-99. [3]

Степень защиты корпуса газоанализатора от доступа к опасным частям, от проникновения внутрь внешних твердых предметов и воды должна соответствовать IP30 по ГОСТ 14254-96. [4]

При эксплуатации газоанализатора необходимо руководствоваться главой 7.3 ПЭУ, главой 3.4 «Электроустановки во взрывоопасных зонах», руководством по эксплуатации и другими нормативными документами, регламентирующими применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Во время эксплуатации газоанализатор должен подвергаться систематическому ежесменному осмотру.

При внешнем осмотре необходимо проверять:

- наличие всех крепящих элементов;

- отсутствие механических повреждений;

- наличие пломбирования, маркировки взрывозащиты.

Ремонт газоанализаторов должен производиться в соответствии с рабочей документацией и ГОСТ 51330.18-99. [5] При ремонте газоанализатора производится профилактический осмотр

и дополнительно проверяется состояние средств взрывозащиты, подобные методы позволяют проконтролировать качество работы оборудования, а значит, сохранить требуемый уровень безопасности на объекте.

В процессе эксплуатации газоанализаторов необходимо проводить следующие контрольнопрофилактические работы:

1) проверку расхода анализируемой газовой смеси не реже одного раза в 6 мес.;

2) корректировку чувствительности газоанализатора один раз в 6 мес;

3) контрольный осмотр газоанализатора один раз перед рабочей сменой. При этом проверяется наличие пломб, маркировки, отсутствие механических повреждений; 

4) корректировку нулевых показаний рекомендуется проводить перед каждым циклом измерений по атмосферному воздуху, не содержащему углеводородов. В случае невозможности провести коррекцию “нулевых” показаний по атмосферному воздуху необходимо откорректировать “нулевые” показания с использованием фильтра – поглотителя углеводородов.

 После проведения требуемого числа корректировок нуля, необходимо провести замену или регенерацию поглощающего агента фильтра. Для этого надо открутить один из штуцеров – гаек фильтра, высыпать отработанный активированный уголь, засыпать новый поглотитель до уровня нижнего витка резьбы и закрутить штуцер – гайку. Отработанный уголь не требует специальных методов утилизации.

Кроме того, как оборудование, задействованное на ОПО, газоанализатор подвергается периодической поверке один раз в год.

При смене рабочего положения газоанализатора необходимо провести корректировку нулевых показаний. При длительных перерывах в работе с газоанализатором рекомендуется

включать газоанализатор и проконтролировать срабатывание сигнализации.

При проведении поверки работы газоанализаторов должны быть соблюдены следующие требования безопасности:

1) должны выполняться требования техники безопасности;

2) не допускается сбрасывать ГСО-ПГС в атмосферу рабочих помещений;

3) помещение должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией;

4) в помещении запрещается пользоваться открытым огнем и курить;

5) к проведению поверки допускаются лица прошедшие необходимый инструктаж.

Определение погрешности проводится при поочередном пропускании ГСО-ПГС в последовательности и снятии показаний газоанализатора:

- № 1-2-3-2-1-3 - для участка диапазона измерения от 0 до 300

мг/м3 ;

- № 1-4-5-4-1-5 - для участка диапазона измерения от 300 до     

1500 мг/м3 .

Значение основной абсолютной погрешности газоанализатора (∆Д) в каждой точке проверки на участке диапазона измерения от 0 до 300 мг/м3 определяется по формуле:

∆Д= Аj – А’О

Аj – показания газоанализатора, мг/м3;

А’о - действительное значение концентрации измеряемого компонента в проверяемой точке, указанное в паспорте в пересчете на углерод, мг/м3, рассчитанное по формуле:

          Ао

 А’0=________

         1,333

 АО - действительное значение концентрации измеряемого компонента в проверяемой точке, указанное в паспорте на ГСО-ПГС, мг/м3.

Если в паспорте указано значение в процентах объемной доли определяемого компонента, то необходимо произвести перерасчет в массовую концентрацию согласно следующим формулам.

Пересчет объемной доли млн^-1 в мг/м³:

            А_д*М

А₀ = ________________

                                  t

            22,41 * (1+_____)

                                273

Пересчет доли в %:

            А_д*М*10⁴

А₀ = ________________

                                  t

            22,41 * (1+_____)

                                273

Ад – значение объемной доли измеряемого компонента, указанное в паспорте на ГСО-ПГС , млн-1 или %:

 М  - молекулярная масса измеряемого компонента;

 t  - температура окружающей среды, °С.  

Значение основной относительной погрешности газоанализатора (δд) на участке диапазона измерения определяется по формуле:

            A_j – A₀

Ƃ_д = _______________ * 100

              A^’₀

А’о - действительное значение концентрации поверочного компонента в точке проверки, указанное в паспорте на ГСО-ПГС в пересчете на углерод, мг/м3. 

Независимо от того, какого типа газоанализатор используется результаты измерения могут быть неправильными при условии, что:

·           Оборудование, чья градуировка настроена на один газ, используется для измерения другого.

·           Проба газа неподготовленная, то есть в ней имеется вода или иные газы, способные повлиять на контрольные показания.

·           Изменения в окружающей среде способны повлиять на выходной сигнал.

Чтобы сохранить на объекте газообеспечения необходимый уровень безопасности важно много внимания уделять этапу проектирования газоаналитической системы.

Она должна быть такой, чтобы время срабатывания было меньше времени запаздывания, которое возможно для рассматриваемого оборудования. Обязательно принимают во внимание следующее:

·           Время транспортировки к датчику взятой пробы.

·           Возможность большой утечки.

·           Задержку передачи данных.

·           Время, которое необходимо для включения сигнализации.

·           Время на срабатывание запорной арматуры.

·           Время, в течение которого оператор должен принять решение о ручном вмешательстве.

Используемый на объекте газоанализатор, независимо от его типа, должен обладать достаточной чувствительностью, чтобы определять необходимые виды газов и их диапазоны.

Некоторые газоанализаторы не способны определять горючие газовые смеси в инертной среде или сильно объединенной кислородом. Каждое оборудование имеет свои особенности, вот почему подбирать его должен всециалист высокой категории. Применение в условиях системы газоснабжение неточного или неподходящего газоанализатора станет основной причиной возникновения ЧС во время утечки топлива.

Список литературы:

3. ГОСТ Р 51330.0-99 «Электрооборудование взрывозащищенное. Общие требования».

4. ГОСТ 14254-96 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками».

5. ГОСТ 51330.18-99 «Электрооборудование взрывозащищенное. Ремонт и проверка электрооборудования, используемого во взрывоопасных газовых средах (кроме подземных выработок или применений, связанных с переработкой и производством взрывчатых веществ).