Скачать

Сигнализаторы в автоматическом анализе воздушной среды производственных помещений

В связи с интенсификацией производственных процессов и развитием нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других потенциально опасных отраслей промышленности своевременное обнаружение горючих газов и паров в воздухе производственных помещений и промышленной территории в концентрациях, значительно меньших взрывоопасных, и их локализация является важной задачей. Эту задачу успешно решают газоанализаторы-сигнализаторы, широко используемые в промышленности для применения в помещениях и на открытых технологических установках.

ГЛАВА 1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ

Аварийная утечка горючих газов (в том числе сжиженных), легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), а также их залповый выброс из поврежденной части технологического оборудования являются непосредственными источниками загазованности открытых установок потенциально опасных предприятий. В общем случае ход развития подобных аварий можно разделить на несколько стадий (рис. 1).

Взрывоопасные облака топливно-воздушной смеси (ТВС), как правило, воспламеняются через некоторое время после их образования, что позволяет оповестить персонал предприятия и население прилегающих районов о необходимости включения устройств защиты (паровые или водяные завесы для рассеивания) и принятия мер по предотвращению возможных взрывов на соседних объектах. Поэтому весьма актуальным является обнаружение загазованности воздушной среды промтерритории потенциально опасных предприятий на ранних стадиях аварии (рис. 1, стадии I и II).

Обычные лабораторные анализы дают информацию только о промежуточном состоянии процесса и, как правило, со значительным опозданием в отношении оперативной оценки сложившейся ситуации.

Автоматический аналитический контроль обеспечивает оперативное определение концентрации контролируемого компонента в анализируемой смеси, показание и (или) запись результата измерения, а при необходимости - выдачу светозвукового сигнала и команд на исполнительные устройства.

Прибор, автоматически или полуавтоматически определяющий количественный или качественный состав анализируемого вещества на основе измерения параметров, характеризующих его физические или физико-химические свойства, называется анализатором. Полуавтоматический анализатор (индикатор) - устройство, в основе которого ручные операции по периодическому забору анализируемой смеси и дополнительной обработке результатов могут применяться в качестве элементов регулирующих систем и систем защиты.

Автоматический анализатор действует полностью автоматически и может быть использован в составе автоматических регулирующих систем, а также в схемах автоматической защиты. Он представляет собой стационарное устройство непрерывного действия.

Для определения взрывоопасности газопаровоздушных сред применяют газоанализаторы, благодаря которым определяют концентрацию в воздухе того или иного горючего газа, пара или их совокупности. Оценка взрывоопасности среды производится путем сопоставления полученных данных со значениями нижних пределов воспламенения этих газов или паров.

Конструктивно газоанализатор для промышленных объектов, как правило, имеет многоблочную конструкцию, включающую первичные преобразователи-датчики (блоки датчиков), а также блок сигнализации и питания (пороговое устройство).

В последние годы все большее распространение получают так называемые газоаналитические системы, которые включают в себя набор различных датчиков, имеющих унифицированный выходной сигнал и использующих стандартный канал связи. Они предназначены для измерения уровней загазованности непосредственно в рабочей зоне помещений и открытых пространств вблизи технологического оборудования и выдачи предупредительной и аварийной сигнализации о достижении значений заданных порогов газовоздушной смеси оператору или персоналу объекта, а также для реализации программ автоматической защиты.

Такие системы обладают гибкостью в конфигурации и универсальностью, что позволяет эффективно и экономично использовать их для комплексного контроля и обнаружения на объекте не только взрывоопасных, но и токсичных газов, а также содержания кислорода. Характерным примером таких систем являются СКАПО (ФГУ "СПО "Аналитприбор"), ИГС-98 (ФГУП "НПП "Дельта"), СГАС-ТН (РНИИ "Электронстандарт").

ГЛАВА 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Принцип действия газоанализаторов основан на различных физических или физико-химических эффектах.

Анализаторы, основанные на физических методах контроля, измеряют некоторую физическую величину, для которой точно определена ее зависимость от состава анализируемой смеси. Важным свойством таких анализаторов является отсутствие при измерениях количественных изменений анализируемого вещества. Однако дополнительные трудности при их создании и эксплуатации создает зависимость значений измеряемых физических величин от ряда мешающих факторов, например давления, температуры и концентрации сопутствующих компонентов.

Анализаторы, использующие физико-химические принципы измерения, контролируют параметры, сопровождающие химическую реакцию, в которой определяемое вещество либо само участвует в этом процессе, либо оказывает существенное влияние на его ход.

2.1 Термохимические газоанализаторы-сигнализаторы

Среди методов, применяемых для определения концентрации в атмосферном воздухе горючих газов или паров горючих жидкостей, наибольшее распространение в промышленности получил термохимический метод. Сущность его заключается в измерении теплового эффекта (дополнительного повышения температуры) от реакции окисления горючих газов и паров на каталитически активном элементе датчика и дальнейшем преобразовании полученного сигнала. Датчик сигнализатора, используя тепловой эффект каталитического окисления горючих газов и паров, формирует электрический сигнал UС, пропорциональный их концентрации С с различными коэффициентами пропорциональности kп для различных веществ:

U_С = k_пС.

При горении различных газов и паров термохимический датчик выдает сигналы, разные по величине. Одинаковым уровням (в процентах) от нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР) различных газов и паров в воздушных смесях соответствуют неравные выходные сигналы датчика. Термохимический датчик не избирателен. Его сигнал характеризует уровень взрывоопасности, определяемый суммарным содержанием горючих газов и паров в воздушной смеси. В случае контроля совокупности горючих компонентов, в которой содержание отдельных, заранее известных веществ может колебаться от нуля до какой-то концентрации, это приводит к погрешности контроля даже при нормальных условиях. Данный фактор учтен заданием границ диапазона сигнальных концентраций и допуском на их изменение - пределом допускаемой основной абсолютной погрешности срабатывания. Пределы измерения сигнализатора -это наименьшее и наибольшее значение концентрации определяемого компонента, при котором сигнализатор осуществляет измерение с погрешностью, которая не превышает заданную.

Современная промышленность выпускает два типа термохимических газоанализаторов-сигнализаторов: с конвекционно-диффузионной и с принудительной подачей анализируемой среды. Сигнализаторы с конвекционной подачей состоят из блока сигнализации и питания, а также одного или нескольких датчиков в соответствии с количеством каналов. Сигнализаторы с принудительной подачей среды состоят из блока сигнализации и питания, а также одного или нескольких блоков датчика в соответствии с количеством каналов. Блок датчика предназначен для принудительного забора контролируемой среды на анализ. Датчики сигнализатора с конвекционно-диффузионной подачей устанавливаются непосредственно в помещении или на открытых площадках, где необходимо контролировать наличие в воздухе довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров. Устройство конвекционно-диффузионного датчика термохимического сигнализатора показано на рис. 2.

Глубину и скорость реакции окисления устанавливают выбором соответствующих температуры и катализатора.

Чувствительный элемент датчика представляет собой шарик диаметром 1мм из у-окиси алюминия, пропитанный платинопалладиевым катализатором. Через каталитически активный элемент проходит платиновая спираль, припаянная к токопроводам. Токопровода запрессованы в основание датчика из изоляционного материала. Это основание вместе с газообменным фильтром образует реакционную камеру, в которой находятся чувствительный и компенсирующий элементы датчика (см. рис. 2). Соединение газообменного фильтра с корпусом датчика неразъемное, выполненное путем склеивания с дополнительным креплением кожуха. Платиновая спираль разогревает каталитически активный элемент до температуры 360 °С. Сигнал о появлении в воздухе довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров формируется на каталитически активном элементе за счет дополнительного повышения температуры (до 40 °С) на поверхности элемента вследствие окисления горючих газов и увеличения сопротивления платиновой спирали. Компенсирующий элемент выполнен без пропитки катализатором.

Электрическая измерительная схема газоанализаторов-сигнализаторов представляет собой неуравновешенный мост. Чувствительный и компенсирующий элементы расположены в датчике, остальные сопротивления мостовой схемы выполнены из манганина и расположены во вторичном приборе.

Блоки сигнализации и питания сигнализаторов в соответствии с требованиями ГОСТ 12997-84 изготавливаются в обыкновенном исполнении с маркировкой по степени защиты оболочки IP00 или IP20 и должны быть установлены за пределами взрывоопасных зон. Датчики и блоки датчика выполнены взрывозащищенными с маркировкой взрывозащиты 1EхdIICT4 или 1EхdibIICT6 по ГОСТ 12.2.020-76 и могут эксплуатироваться во взрывоопасных зонах помещений всех классов и наружных установок согласно "Правилам устройства электроустановок" (ПУЭ) и другим документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных условиях. Блок датчика с принудительной подачей выполнен в виде панели, предназначенной для щитового монтажа. На панели размещены элементы блока в соответствии со схемой пневматической принципиальной (рис. 3). В блоке датчика применяется тот же датчик, что и в сигнализаторах с конвекционной подачей среды. Однако вместо защитного кожуха используется защитный колпак, через штуцеры которого подается контролируемая среда.

Схема пневматическая обеспечивает принудительную подачу на датчик анализируемой среды в режиме анализа, воздуха в режиме контроля нуля, поверочной смеси в режиме поверки сигнализатора.

В качестве побудителя расхода используется эжектор воздушный Н, задающий разряжение в тракте. Эжектор включается в линию сжатого воздуха через фильтр воздушный Ф и редуктор давления воздуха РД.

В режиме анализа через штуцер "Газ" и кран трехходовой КР в положении "Анализ" контролируемая среда поступает на датчик Д и через ротаметр ИП и эжектор Н сбрасывается вместе со сжатым воздухом.

В режиме контроля через штуцер "Вход" и кран трехходовой КР в положении "Контроль" чистый воздух или поверочная смесь точно также подается на датчик и через ротаметр и эжектор на сброс. Автоматические сигнализаторы могут эксплуатироваться в следующих условиях:

· температура окружающей и контролируемой среды от -45 до +50 °С - для датчиков;

· от +1 до +50 °С - для блока датчика и блока сигнализации и питания;

· относительная влажность окружающей и контролируемой среды до 90% при температуре 25 °С.

Сигнализаторы, укомплектованные датчиками с принудительной подачей контролируемой среды (блоки датчика), требуют наличия в месте установки датчика линии сжатого воздуха давлением от 0,25 до 0,60 МПа (от 2,5 до 6 кгс/см2). Объемный расход контролируемой среды через датчик, в соответствии с техническим описанием прибора, устанавливается в пределах 25-48 л/ч.

Потребности современной промышленности привели к разработке новых модификаций универсальных приборов на сумму горючих газов и паров - СВК, СТХ, "ЩИТ", СТМ-10, СТМ-30, ГАЗОТЕСТ-3001/3003.

Газосигнализаторы. Устройства передачи сигналов и блоки управления.

Сигнализаторы многофункциональные ЩИТ - 3

Назначение: автоматический непрерывный контроль содержания горючих газов и паров и их совокупности, токсичных газов и кислорода в воздухе рабочей зоны, контроль уровня воды, выдача световой и звуковой сигнализации о превышении установленных уровней содержания измеряемых компонентов, коммутация внешних измеряемых компонентов, коммутация внешних электрических цепей постоянного и переменного тока.

Применение: различные объекты химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности, добыча, переработка, транспортировка нефти и газа, предприятия связи, коммунальное хозяйство.

Сигнализаторы ЩИТ - 3 могут иметь от одного до четырех каналов.

Каналы произвольно комбинируются из числа следующих:

· канал измерения довзрывоопасных концентраций метана и совокупности горючих газов и паров;

· канал измерения довзрывоопасных концентраций бутана и совокупности горючих газов и паров;

· канал измерения довзрывоопасных концентраций гексана и совокупности горючих газов и паров;

· канал измерения объемной доли кислорода;

· канал измерения массовой концентрации сероводорода;

· канал измерения массовой концентрации окиси углеводорода;

· канал измерения объемной доли двуокиси углерода;

· канал контроля уровня воды;

Сигнализаторы ЩИТ - 3 имеют взрывозащищенное исполнение, поканальную аварийную сигнализацию, дисплей с непрерывной индикацией содержания измеряемых компонентов по каждому каналу, оснащены интерфейсом для работы с периферийными устройствами цифрой связи (RS485).

Сигнализатор термохимический CTX - 18

Назначение: контроль довзрывоопасных концентраций совокупности паров НЕФТИ различных месторождений и суммы горючих газов и паров в воздухе производственных помещений, выдача сигнализации о превышении установленных значений концентраций, коммутация внешних цепей переменного и постоянного тока.

Применение: в процессе нефтедобычи, нефтепереработки, газодобычи и на других объектах нефтяной, газовой, химической и других отраслей промышленности. По отдельному заказу поставляется для контроля метана, пропана, паров этилового спирта.

Сигнализаторы термохимические CОС - 1

Назначение: контроль довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров и их совокупности в воздухе, выдача сигнала о превышении установленных значений концентраций, коммутация внешних цепей переменного и постоянного тока. СОС - 1 имеет унифицированный выход "4-20 мА", возможность подключения к резервному источнику питания 12 В.

Применение: на объектах химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности, в жилищно-коммунальном хозяйстве, в котельных, а также подвалах, технических коридорах, подпольях, помещениях жилых и общественных зданий и сооружений.

Сигнализатор горючих газов и паров термохимический ЩИТ - 2

Назначение: контроль довзрывоопасных концентраций горючих газов, паров и их смесей в воздушной среде производственных помещений с зонами всех классов взрывоопасности, выдача сигнала о превышении установленных значений концентраций, коммутация внешних цепей переменного и постоянного тока. ЩИТ - 2 осуществляет контроль более 20 веществ, количество каналов от 1 до 5, поставляются модификации с унифицированным выходом "4-20 мА".

Применение: во всех отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства, где существует опасность взрыва горючих газов и паров.

Сигнализатор СПА - 1

Назначение: контроль паров в воздухе промышленных помещений со стационарными холодильными аммиачными установками, выдача сигнала о превышении установленных значений концентраций, коммутация внешних цепей переменного тока.

Применение: на предприятиях торговли, агропромышленного комплекса, пищевой и других отраслей промышленности, где существуют опасные по содержанию аммиака зоны.

Сигнализаторы термохимические СТХ - 7М

Назначение: непрерывный автоматический контроль довзрывоопасных концентраций паров горючих жидкостей и их совокупности в воздухе, сигнализация о превышении установленных значений концентраций, коммутация внешних электрических цепей переменного и постоянного тока. СТХ - 7М имеет унифицированный выход "4-20 мА", возможность подключения к резервному источнику питания 12 В.

Применение: в технологическом оборудовании (сушильные камеры, термошкафы и пр.) лакокрасочного и других производств при температуре воздушной среды до 200 °С.

Газосигнализаторы промышленные переносные.

Сигнализаторы (эксплозиметры) термохимические СТХ - 17

Назначение: контроль довзрывоопасных концентраций горючих газов, паров горючих жидкостей и их совокупности в воздухе, выдача сигналов о превышении установленных значений концентраций.

Применение: в любой отрасли промышленности и коммунального хозяйства, где существует опасность взрыва метана, водорода, других горючих газов и паров. Может применяться для измерения остаточных концентраций горючих газов в баллонах.

Сигнализаторы полупроводниковые ЗОНД - 1

Назначение: контроль микроконцентраций сероводорода, метана, пропана, окиси углерода, аммиака и их совокупности в воздухе помещений и наружных установок.

Применение: в любой отрасли промышленности и коммунального хозяйства, где существует необходимость контроля загазованности на уровне микроконцентраций.

Газосигнализаторы промышленные стационарные

Газоанализаторы ГТХ - 1М

Назначение: непрерывный контроль за содержанием примеси кислорода в водороде (ГТХ - 1М - 11) и водорода в кислороде (ГТХ - 1М - 21), получаемых методом электролиза воды или другими методами.

Применение: в электролизных установках для получения водорода и кислорода на ТЭЦ, АЭС, маслоэкстракционных и жировых комбинатах.

Промышленные газоанализаторы Servomex

Анализаторы кислорода на процентном уровне

· диапазон измерения 0…100% О2;

· погрешность ± 0,02%;

· многоканальные (до 6 каналов) приборы;

· взрывозащищенное и обычное исполнение;

· портативные и стационарные.

· Анализаторы следового кислорода.

· диапазон измерения 0…210000% ppmv;

· погрешность ± 0,1 ppmv;

· многоканальные (до4 каналов) приборы;

· взрывозащищенное и обычное исполнение.

Фотометрические газоанализаторы.

· широкий диапазон измеряемых компонентов (СОх, СО2, СН4, О2);

· применение в газовых жидких средах;

· мультикомпонентный анализ (СО, СО2, СН4, О2, …);

· измерения на процентном и на ppm - уровне.

Анализаторы дымовых газов

· измерения кислорода, органического недожога (СОе эквивалента) или обоих компонентов одновременно;

· диапазон измерения: 0…25% для O2 0…10000 ppmv для СОе ;

· погрешность: ±0,1 от значения для О2 , ±25 ppmv для СОе;

· установка непосредственно в процесс с температурой до 1750 °С.

Система решения.

· система подготовки пробы;

· многокомпонентный анализ;

· интегрирование с системой управления;

Устройство сигнальное УС - 1

Назначение: подача сигналов оповещения и предупреждения в системах коллективной предупредительной сигнализации жилых домов, общественных зданий и сооружений, котельных, газоперекачивающих станций и т.п.

Устройства передачи сигналов клапану УПСК - 1, УПСК - 2

Назначение: приём и передача сигналов систем сигнализации клапану электромагнитному импульсному КЭИ - 1 для обеспечения его срабатывания (закрытия) при загазованности, пожаре, взломе, прекращения подачи, электроэнергии.

Блоки управления внешней сигнализацией БУВС - 1, БУВС - 2

Назначение: управление работой коллективной предупредительной светозвуковой сигнализации, оповещающей людей в случае обнаружения газосигнализаторами утечки газов, в соответствии с требованиями ДБН: В.2.2.-9-99 и ДБН В.2.5.-20-2001

Клапаны электромагнитные импульсные КЭИ - 1, EVG

Назначение: автоматическое отключение подачи газа во внутренние газопроводы и газовое оборудование помещение жилых и общественных зданий, котельных и других газообразующих объектов в случае срабатывания систем сигнализации. Резьба для подсоединения к трубопроводу от 1/2" до 8". ДУ от 15 до 200 мм. (1-6)

ГЛАВА 3. ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВКЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ

Условия эксплуатации, особенности монтажа и порядок установки автоматических стационарных газоанализаторов-сигнализаторов регламентированы "Правилами пожарной безопасности при эксплуатации предприятий химической промышленности", "Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", "Требованиями к установке сигнализаторов и газоанализаторов (ТУ-газ-86)" и инструкциями заводов-изготовителей. В соответствии с этими документами проектные организации определяют тип, количество газоанализаторов и места отбора проб газопаровоздушных смесей с учетом местных условий, физико-химических и взрыво-, пожароопасных свойств обращающихся веществ и технологических особенностей производства.

Согласно ТУ-газ-86 сигнализаторы довзрывоопасных концентраций необходимо устанавливать во взрывоопасных зонах классов В-1а, В-1б, В-1г, а также в заглубленных помещениях с нормальной средой, куда возможно затекание горючих газов и паров. Вторичные приборы газоанализаторов должны автоматически включать светозвуковую сигнализацию, оповещающую о наличии опасных концентраций взрывоопасных и вредных веществ.

При необходимости от импульса датчиков довзрывных концентраций предусматривается автоматическое отключение технологического оборудования или включение системы защиты. Световой и звуковой сигналы о наличии взрывоопасных концентраций подаются для постоянно обслуживаемых помещений - в загазованное помещение, для периодически обслуживаемых помещений - у входа в помещение. Данные сигналы также одновременно подаются в операторную или пункт управления производственным комплексом.

Сигналы о срабатывании датчика-сигнализатора довзрывных концентраций, установленного на открытой площадке, необходимо подавать в операторную или пункт управления производственным комплексом - световой и звуковой; на открытую площадку - только звуковой. Световая сигнализация оформляется в виде светового табло, устанавливаемого в хорошо обозреваемом месте, отдельно от сигнализации параметров технологического контроля. В производственных помещениях с наличием аварийной вытяжной вентиляции отсеки сигнализации и питания блокируются с пуском аварийной вентиляции. Она должна автоматически включаться в работу при срабатывании датчиков газоанализаторов.

Газоанализаторы устанавливаются в производственных помещениях, наиболее опасных с точки зрения возможности образования взрывоопасных смесей (компрессорные горючих газов, насосные сжиженных газов, насосные и складские помещения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и т.п.). Поэтому отбор проб контролируемого воздуха предусматривается в местах наиболее вероятного выделения и скопления газов и паров в зависимости от их свойств, количества, а также конструктивных особенностей технологического оборудования. Пробоотборные устройства сигнализаторов размещаются с учетом плотности газов и паров относительно воздуха в соответствии с указаниями приложения 1 ТУ-газ-86. При наличии в производственном помещении смеси горючих газов и паров с различными плотностями пробоотборные устройства сигнализаторов размещаются по высоте исходя из плотности того компонента смеси, для которого величина соотношения С/НКПР - наибольшая.

Правила размещения датчиков газоанализаторов на открытых технологических установках несколько отличаются от правил размещения датчиков в производственных помещениях. Эти отличия обусловлены высокой вероятностью образования зон взрывоопасных концентраций на промышленной территории как при нормальном (регламентном) режиме работы технологического оборудования, так и при аварийной разгерметизации (полной или частичной) аппаратов, технологических трубопроводов, которая приводит к мгновенному выбросу большого количества углеводородного топлива, загазованности территории и образованию облака ТВС. Кроме того, надежному обнаружению не должна мешать неопределенность времени образования и координат области сигнальной концентрации (5-50% НКПР), обусловленная большим числом факторов, которые влияют на рассеивание взрывоопасного облака (скорость и направление ветра на момент аварии, характеристика и производительность источника выброса, рельеф местности, состояние атмосферы и т.д.).(4, 5)

Стационарный сигнализатор контроля содержания горючих газов и СО ФСТ-03

Назначение: ФСТ-03 Стационарный сигнализатор контроля содержания горючих газов и СО - многоканальный стационарный прибор, предназначенный для непрерывного автоматического измерения объемной доли природного газа (метана) и (или) массовой концентрации угарного газа (оксида углерода) в воздушной атмосфере котельных, производственных и коммунально-бытовых помещений и выдачи сигнализации о превышении установленных значений концентраций контролируемых газов.

Газоанализатор обеспечивает:

- одновременное измерение концентрации метана и оксида углерода и цифровую индикацию значения их концентрации в контролируемых точках;

- возможность одновременного контроля до восьми точек (количество каналов);

- возможность установки двух порогов сигнализации;

- световую и звуковую сигнализацию о превышении пороговых концентраций каждого газа;

- отображение информации о работоспособности каждого канала;

- защиту сенсора метана от газовой перегрузки;

- коммутацию внешней электрической цепи для подключения независимого исполнительного устройства;

- возможность накопления информации о загазованности в течение 24 ч и обмена информацией с ПЭВМ по последовательному интерфейсу RS-232 (по заказу).

Газоанализатор предназначен для эксплуатации в средах с содержанием механических примесей (пыли, смол, масел) и агрессивных веществ (хлора, серы, фосфора, фтора, мышьяка, сурьмы и их соединений) в контролируемой среде не выше ПДК по ГОСТ 12.1.005.

Технические характеристики ФСТ-03