Категории раздела
Измерение температуры
Измерение давления
Измерение расхода
Измерение уровня
Другие измерения
Наши рекомендации

АзбукаКИП

Форма входа
Поиск по сайту

Опрос
Что для Вас главное в работе?

Всего ответов: 664


Яндекс.Метрика
Здравствуйте, Гость | Регистрация | Вход

Новая статья на сайте
от 06.12.2016

Главная » Статьи » Теплотехнические измерения » Другие измерения

Газоанализаторы с термокаталитическим и электрохимическим принципом измерения. Индикаторные трубки

Любое производство связано с потреблением энергии. Даже само производство энергии (электрической, например) требует затрат других видов энергии. Наиболее часто для этого используется тепловая энергия, образующаяся при сжигании различного вида топлива: газа, угля, продуктов нефтепереработки. В процессе транспортировки и потребления топлива в жидком или газообразном состоянии возможно возникновение утечек через неплотности и повреждения арматуры или трубопроводов. При определенных концентрациях газов и паров это может привести к возникновению опасных ситуаций. При утечках горючих веществ и газов возможны воспламенение и взрыв, что приведет к значительным повреждениям, к пожару и травмам персонала. При утечке токсичных веществ возникает угроза здоровью человека, весьма вероятны удушье и отравление, в том числе с летальным исходом. Для снижения риска возникновения подобных чрезвычайных ситуаций при работе с газами и парами веществ, помимо прочих мер, эффективным средством защиты являются системы газовой сигнализации. Но только при условии их правильного размещения, настройки, эксплуатации, а также регулярного проведения технического обслуживания и проверки работоспособности.

На данный момент существует множество газоанализаторов с различными способами измерения концентрации газов и паров, но наибольшее распространение получили газоанализаторы с термокаталитическим и электрохимическим принципами измерения. 

Термокаталитический сенсор

Термокаталитический принцип особенно эффективен при обнаружении горючих газов и паров. Термокаталитический сенсор имеет металлический или пластмассовый корпус. Через газопроницаемую мембрану горючий газ поступает на два миниатюрных керамических шарика. Внутри шариков (пеллисторов) находится платиновая спираль, нагреваемая протекающим током примерно до 450 °C. Один из шариков (активный пеллистор) имеет каталитическое покрытие, которое окисляет  омывающий его газ, что приводит к повышению его (пеллистора) температуры. Это повышение можно измерить благодаря изменению сопротивления платиновой спирали внутри активного пеллистора. Это сопротивление сравнивается с сопротивлением пассивного пеллистора. В диапазоне концентраций горючего газа от 0 до 100% нижнего предела взрываемости (НПВ) соотношение этих сопротивлений будет пропорционально концентрации газа.


Схема включения сенсора


Пары горючих жидкостей всегда тяжелее воздуха и скапливаются на уровне пола. Поэтому датчики на горючие газы и пары должны размещаться  как можно ниже над полом, но в доступном для обслуживания месте. Лишь три горючих газа значительно легче воздуха – это метан, водород и аммиак. Они поднимаются вверх и скапливаются под потолком - поэтому датчики для обнаружения утечек этих газов монтируют в помещении как можно выше.

Условием взрываемости газа (например, природного) является его концентрация в пределах 5…15%, замкнутый объем и наличие искры или отрытого огня.


Пределы взрываемости


Термокаталитические сенсоры благодаря простоте своей конструкции являются экономически выгодным решением для контроля утечек горючих газов. Они обладают высоким быстродействием. К недостаткам сенсоров данного типа можно отнести ограниченный срок службы и уменьшение чувствительности с течением времени. Кроме того, ряд газов и паров (например, H2S, некоторые растворители и добавки в авиационное топливо) могут отравлять сенсор. Еще одной особенностью термокаталитических сенсоров является то, что для окисления горючего газа на пеллисторе необходим кислород воздуха. Поэтому, если измерение происходит не в воздушной атмосфере, а, например, в атмосфере чистого азота, то показания газоанализатора будут существенно занижены. По этой же причине при калибровке термокаталитических сенсоров можно использовать только поверочные газовые смеси (ПГС) «горючий газ в воздухе». ПГС «горючий газ в азоте» использовать нельзя.

При монтаже газоанализаторов с термокаталитическими сенсорами для контроля утечек горючих жидкостей лучшим компромиссным решением с точки зрения безопасности может являться размещение датчиков по правилу «5 5 5». Это правило было разработано немецкой компанией по производству лаков и красок BASF Lacke & Farben в результате практических испытаний, моделировавших разлив горючих жидкостей на складе растворителей.

«Правило 5 5 5» для термокаталитических датчиков (при испытаниях применялись датчики фирмы Drager Safety AG) гласит:

1. Радиус контролируемой зоны составляет 5 м.

2. Сенсор устанавливается на расстоянии 5 см над поверхностью пола.

3. Порог первый тревоги 5 % НПВ, тревога не фиксируемая, то есть не требующая квитирования.

К этому можно добавить, что контролируемая площадь склада при радиусе зоны контроля 5 м составит 75 м2. Второй порог тревоги можно установить на уровне 30…40% НПВ, тревога должна быть фиксируемой. Калибровка термокаталитических газоанализаторов  выполняется на  то вещество, к которому датчик обладает наименьшей чувствительностью. В большинстве случаев, например, для контроля утечек бензина, керосина или растворителей рекомендуется калибровка на n-нонан или толуол. Если состав хранящихся  веществ полностью не определен, то возможна подменная калибровка пропаном или n-бутаном с коэффициентами пересчета 2,3 и 2,0 соответственно. Такую процедуру неправильно будет называть калибровкой – скорее это будет регулировка чувствительности, обеспечивающая требуемую безопасность.


Газоанализатор Drager


Проверка работоспособности газосигнализаторов с термокаталитическими сенсорами осуществляется путем подачи поверочной газовой смеси (ПГС) горючий газ-воздух. В случае если ПГС отсутствует проверить работоспособность некоторых термокаталитических газосигнализаторов, например, СТГ, СГГ, СТМ («Аналитприбор», г.Смоленск) можно следующим способом. Ватный или тряпичный тампон, размером в половину диаметра защитной крышки термокаталитического сенсора (выносного датчика), смочить 40% раствором этилового спирта и поднести к внешней поверхности этой защитной крышки. Дождаться срабатывания аварийного сигнала датчика «Горючий газ». После этого немедленно убрать тампон от сенсора. Во время проверки не прикасаться тампоном к защитной крышке датчика или самому сенсору и избегать попадания спиртового раствора на них, так как это может привести к выходу сенсора из строя.

Проверять исправность сенсора, применяя неразбавленный этиловый спирт, газовую зажигалку или газ из магистрального газопровода запрещается, так как это приведет к перегрузке сенсора, уменьшению ресурса его работы или даже выходу его из строя. Для измерения больших концентраций горючих газов применяют инфракрасные газоанализаторы (газоанализаторы с IR-сенсорами).

Для обнаружения утечек инертных, токсичных, и других газов, паров кислот и органических веществ применяют газоанализаторы с электрохимическими сенсорами. Газ, через противопылевой фильтр (выполняющий кроме того функцию селективного фильтра), и гидрофобную мембрану попадает на газопроницаемый измерительный электрод из благородного металла. Высвобождающиеся при этом электроны проходят через электролит и эталонный электрод и образуют во внешней цепи электрический ток. Сила этого тока прямопропорциональна концентрации измеряемого газа. С помощью контрэлектрода потенциал электродов поддерживается на постоянном уровне, значительно повышая стабильность сенсора и улучшая его измерительные свойства. Сенсоры нового поколения имеют внутреннюю память EEPROM, в которой сохраняются настроечные константы сенсора. При подключении такого сенсора к измерительной головке газоанализатора данные из него автоматически считываются и прибор готов к измерениям. Встроенный датчик температуры на основе NTC резистора компенсирует влияние температуры. В результате датчик может стабильно работать с требуемой точностью при температуре окружающей среды от -40 до +65 °С.


Электрохимический сенсор


Селективный фильтр предназначен для устранения эффекта перекрестной чувствительности. Например, наличие 40 ppm диоксида азота NO2 в атмосфере вызвало бы отрицательные показания до минус 30 ppm в сенсоре кислорода O2, рассчитанного на измерение низких концентраций. Фильтры пропитаны специальным веществом, связывающим с помощью химической реакции определенные газы, к которым имеется перекрестная чувствительность у сенсора. Поэтому фильтры имеют ограниченный срок службы и являются индивидуальными для разных сенсоров. Кроме того, наличие селективного фильтра увеличивает время обнаружения целевого газа и снижает чувствительность датчика.

Электрохимические сенсоры имеют ограниченный срок службы. Электрохимический сенсор можно сравнить с обычной батарейкой. Средний срок службы или хранения (ресурс сенсора расходуется в независимости от того эксплуатируется он или нет) составляет от 9 до 36 месяцев. Чем больше размеры сенсора и больше в нем электролита, тем больше его рабочий ресурс и выше чувствительность и стабильность работы. Как правило, наименьший срок службы имеет сенсор на кислород. Некоторые электрохимические сенсоры вырабатывают выходной сигнал, соответствующий текущей концентрации измеряемого газа, только при подаче на них напряжения питания. Другие же способны генерировать ЭДС самостоятельно, без каких либо дополнительных источников питания.   


Схема включения электрохимического сенсора


Электрохимические сенсоры способны выдерживать значительную перегрузку по концентрации измеряемого газа, но непродолжительное время. Продолжительная перегрузка может вывести сенсор из строя.

Некоторые сенсоры, предназначенные для измерения паров кислот, имеют открытую конструкцию. В пластмассовый «стакан» с отверстиями в верхней части, через которые и проникают пары кислот, наливается электролит. В стакан погружается измерительная часть сенсора.  Стакан разделяется на две части пластмассовой пробкой, изолируя электролит от окружающей среды. За счет капилярного эффекта электролит поднимается в верхнюю часть сенсора, где расположенны электроды в виде сеточки. Сенсор подключается к газоанализатору. Сенсоры подобной конструкции могут работать только в вертикальном положении, иначе электролит может вытечь за счет того же капилярного эффекта. 

Сенсор открытой конструкции


При высокой влажности и температуре окружающей среды из электрохимического сенсора может выделяться конденсат. В случае обнаружения выделения конденсата из сенсора его следует удалить с помощью впитывающей бумажной салфетки. Вытирать конденсат руками запрещено, так как он может иметь щелочной или кислотный характер. У некоторых сенсоров, особенно имеющих негерметизированную конструкцию, по истечению срока службы может наблюдаться весьма активное выделение электролита и конденсата из сенсора. Поэтому электрохимические сенсоры негерметизированной конструкции рекомендуется менять сразу же по истечению срока их службы во избежание повреждения других частей газоанализатора (печатной платы, уплотнений, корпуса). Чаще всего подобная неисправность наблюдается в газоанализаторах и газосигнализаторах СОУ, СТГ, ДАХ и т.п. имеющих негерметизированные сенсоры. В случае если газоанализатор не эксплуатируется хранить его желательно в картонной коробке, в рабочем положении, сенсором вниз. В этом случае риск повреждения других элементов газоанализатора вытекшим электролитом минимизируется.

Вычислить легче или тяжелее воздуха контролируемый газ можно зная его плотность. Если плотность контролируемого газа выше плотности воздуха, то газ тяжелее воздуха, и наоборот. Плотность сухого воздуха при температуре 20°С и давлении 101,325 кПа равна 1,2041 кг/м3. Плотность влажного воздуха ниже плотности сухого воздуха, так как водяной пар имеет низкую молярную массу. Поэтому некоторые газы с плотностью близкой к плотности воздуха (например, угарный газ СО, плотность которого равна 1,17) могут быть как легче так и тяжелее воздуха.

Газоанализаторы на углекислый газ СО2 и кислород О2 имеют начальные показания отличные от нуля даже в том случае, если окружающая атмосфера не загазована.  Нулем сенсора на СО2 является значение 0,030 % объемных долей – таков нормальный фон углекислого газа в окружающей среде. Показания сенсора кислорода О2 на чистом воздухе равны 20,9 % (у некоторых импортных газоанализаторов, например, фирмы Testo 21,0 %) объемных долей. Газоанализаторы на кислород являются единственными приборами измерения концентрации газов, у которых настраивается не только порог по превышению концентрации газа (обычно это 23 % объемных долей), но также настраивается порог по понижению концентрации – обычно это менее 19 % объемных. При концентрации кислорода в атмосфере свыше 23 % существенно возрастает вероятность воспламенения и самовоспламенения различных веществ и материалов, в том числе промасленной спецодежды работающего персонала. При концентрации кислорода в атмосфере менее 19 % возникает риск удушения персонала, в том числе с летальным исходом.


Баллоны с ПГС

При монтаже газоанализаторов с электрохимическими сенсорами также как и в случае с термокаталитическими газоанализаторами следует учитывать характеристики контролируемого газа – легче он воздуха или тяжелее его. Не рекомендуется устанавливать газоанализаторы возле работающих тепловых агрегатов или в месте циркуляции мощных тепловых потоков, так как нагрев электрохимического сенсора часто приводит к росту показаний измеренной концентрации и ложным срабатываниям сигнализации. При невозможности установки газоанализатора в другом месте можно попробовать оградить его от воздействия повышенных температур установкой перед ним, со стороны теплового агрегата, небольшого защитного экрана.

Для измерения концентраций токсичных и других газов применяют индикаторные трубки, например немецкой фирмы Drager. Главной областью применения индикаторных трубок является измерение воздуха рабочей зоны (например, в шахтах) для обнаружения вредных газов, в диапазоне концентраций, соответствующих предельно допустимым значениям для данной отрасли промышленности.


Индикаторные трубки


Индикаторная трубка представляет собой ампулу с химическим составом (реагентом), который вступает в химическую реакцию с измеряемым газом. В результате этой реакции изменяется цвет реагента в колбе. Индикаторные трубки снабжены шкалой, нанесенной на стеклянную колбу, и по длине изменения окраски судят о концентрации измеряемого вещества в воздухе. При визуальном считывании показаний индикаторной трубки следует учитывать полную длину изменившейся окраски реагента, то есть сумму всех цветов отличных от первоначального цвета химического реагента.


Ручной насос


Индикаторные трубки работают либо в комплекте со специальными насосами с принудительной прокачкой воздуха рабочей зоны через реагент, либо за счет эффекта диффузии – насос при этом не требуется. Пробоотборный насос может работать как от мускульной силы человека (кистевой) так и иметь электромеханический привод. В любом случае это должен быть специальный насос, обеспечивающий требуемые показатели по производительности. В противном случае, если насос имеет другую, отличную от требуемой производительность, показания индикаторной трубки будут не верны.


Механический насос


Светлый фон (например, лист белой бумаги) благоприятствует лучшей считываемости показаний индикаторной трубки. Сравнение цвета использованной трубки с цветом реагента неиспользованной трубки также позволяет более точно оценить изменение окраски. Следует отметить, что не стоит хранить использованную индикаторную трубку в качестве доказательства, ведь спустя какое-то время окраска реагента изменяется даже у трубок, закрытых резиновыми колпачками. Срок хранения индикаторной трубки до использования не более 2 лет.


Дополнительную информацию вы можете найти на нашем новом сайте посвященном газометрии GasDetection.ru.

Посмотреть другие статьи.



Опубликовано 15.11.2010 | Просмотров: 18661 | Рейтинг: 3.0/2
Всего комментариев: 7
1  
Если возникает необходимость для измерения бензина, дизеля или керосина, то тут уже такие сенсоры не подойдут. Т.к. у термокаталитического сенсора большая перекресная чувствительность, а электрохимический сенсор просто не измерит пары нефтепродуктов. Здесь оптимально подойдет инфракрасный газоанализатор.Считаю, что использование газоанализаторов на пары нефтепродуктов использовать можно только в том случае, если проведены соответствующие испытания и данные компоненты прописаны в описании типа на соответствующее средство измерения!

2  
Инфракрасные газоанализаторы обладают отнюдь не меньшей перекрестной чувствительностью - благодаря этому по многим методикам поверки они поверяются пропаном или метаном, при том, что настроены на контроль других газов.
Размещать рекламу продукции или услуг в комментариях запрещено - для этого есть соответствующий раздел форума. Иначе в следующий раз комментарий будет удален полностью, а не только его "рекламная" часть.

3  
Если соответствующие пересчеты на другой газ подтверждены испытаниями. Только так!

4  
Полностью с вами согласен. Это требование справедливо как для термокаталитических так и для оптических газоанализаторов.

0
5  
Для измерения дизеля и керосина какой датчик луше устоновить?

0
6  
Лучше оптический. Некоторая инфа по выбору целевого газа есть в статье http://gasdetection.ru/publ....-1-0-21

0
7  
спасибо

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
КИПиА от А до Я
© 2010-2017