Газоиндикаторы

Для обеспечения безопасности использования газового топлива необходимы регулярный контроль за содержанием газа в воздухе и своевременное обнаружение мест утечек газа.

Наиболее распространенный и простой способ определения наличия газа в воздухе - контроль по запаху. Однако более надежно определение газа с помощью газоанализаторов и газоиндикаторов.

Приборы, с помощью которых определяют количество каждого компонента, входящего в состав газа, называют газоанализаторами.

Газоиндикаторы позволяют определить содержание в воздухе одного газа или общей суммы нескольких газов. Действие этих приборов основано на изменении физических и химических свойств воздуха при появлении в нем примеси определенного газа.

Рассмотрим устройство и принцип работы наиболее распространенных в газовом хозяйстве газоиндикаторов.

Газоиндикатор типа ПГФ.

На рисунке ниже показаны разрез и электрическая схема прибора ПГФ2М. Электрическая схема прибора представляет собой мостик Уитстона, два плеча которого - платиновые спирали, а два других - постоянные сопротивления. Платиновые спирали выполнены из проволоки диаметром 0,05 мм, имеющей сопротивление 0,65-0,02 Ом при прохождении через нее тока 10 мА при температуре 20 °С.

Газоиндикатор ПГФ2М

а - разрез прибора: 1 - рукоятка воздушного насоса; 2 - поршень воздушного насоса; 3 - взрывозащитное устройство; 4 - сравнительная камера; 5 - измерительная камера; 6 - вход анализируемого воздуха; 7 - трехходовой кран; 8 - вход чистого воздуха; б - электрическая схема: 9, 10 - тумблеры; 11, 12 - рукоятки переключателя низкой и высокой чувствительности гальванометра

Действие прибора основано на изменении электрического сопротивления платинового плеча мостика за счет повышения его температуры при сжигании на нем исследуемой пробы газовоздушной смеси. На одну из платиновых спиралей подается чистый воздух, на другую - газовоздушная смесь, в которой определяют процентное содержание газа. Пробу анализируемого газа разбавляют воздухом путем установки трехходового крана в соответствующее положение. При этом возможны следующие положения крана: в первом положении кран соединяет камеру газоиндикатора с газозаборным шлангом, во втором - с окружающей атмосферой и в третьем - с окружающей атмосферой и газозаборным шлангом.

Анализируемый газ засасывается в камеру прибора через трехходовой кран, имеющий два штуцера: для присоединения газоразборного шланга и сообщения камеры через отверстие с атмосферой. В обоих отверстиях втулки крана установлены калиброванные диафрагмы с определенным отношением проходных отверстий. Это позволяет разбавлять пробу газа с воздухом в соотношениях 1:2,1:5, 1:10, что дает возможность анализировать концентрацию газа, значительно превышающую значение шкалы гальванометра.

Для анализа газа, концентрация которого выше, чем концентрации, отвечающие максимальному отклонению стрелки гальванометра, в электрической схеме имеется добавочное сопротивление к гальванометру, позволяющее снизить его чувствительность в пять раз. Шкала гальванометра имеет три реперные точки, обозначенные красными треугольниками с индексами I, II и III.

Рабочие части прибора смонтированы на панели, прикрепленной к его корпусу. На наружной поверхности панели размещены трехходовой кран, гальванометр, шток насоса, кнопочный переключатель, кнопки реостата (напряжения и нулевого положения приборов), переключатель пределов измерения.

Источник питания электрической схемы - две параллельно включенные батареи карманного фонаря, помещенные в камеру прибора. Напряжение батареи должно быть не ниже 3,7 В. На внутренней стороне крышки помещены правила пользования прибором и пересчетная таблица для перевода отклонений стрелки гальванометра в концентрацию анализируемого газа.

Питание моста включается кнопочным выключателем. Для подготовки прибора к работе рукоятку переключателя необходимо поставить в положение «Контроль» и вращением рукоятки реостата с надписью «Установка напряжения» зафиксировать реперную точку. При этом переключатель диапазонов должен находиться в первом рабочем положении. Затем переключатель ставят в положение «Анализ» и в камеру засасывается чистый воздух. Вращением рукоятки нулевого реостата (до совпадения стрелки с нулем) устанавливают равновесие мостовой схемы прибора. После выполнения подготовительных работ можно приступить к анализу. Для этого с помощью насоса в рабочую камеру засасывают пробу анализируемого газа, нажимают кнопку «Накал». По таблице в соответствии с величиной отклонения стрелки определяют концентрацию газа.

Прибор после 1000 анализов подлежит контрольной проверке на правильность показаний.

Выпускают три модификации прибора ПГФ2М: ПГФ2М-И1А для количественного определения в воздухе метана; ПГФ2М-ИЗА - для количественного определения в воздухе пропана, этилена и других газов; ПГФ2М-И4А — для определения в воздухе водорода. Прибор взрывобезопасен, что обеспечивается специальными взрывозащитными устройствами.

Оптический газоиндикатор ШИ-3.

В газовых хозяйствах для определения содержания природных и сжиженных газов в воздухе наряду с электрическими применяют оптические газоиндикаторы. К таким приборам относят шахтные интерферометры для контроля воздуха в шахтах. Принцип их работы основан на явлении интерференции, то есть усилении или ослаблении однородных световых волн при наложении одной на другую. Контролируемый воздух в приборе находится на пути одного из двух световых лучей, имеющих одинаковые фазы.

Действие прибора основано на измерении смещения интерференционной картины вследствие изменения состава анализируемой пробы газовоздушной смеси, находящейся на пути одного из двух лучей, способных интерферировать. Это смещение пропорционально разности между показателями преломления света газовоздушной смеси и атмосферного воздуха, то есть пропорционально содержанию метана и диоксида углерода в смеси. Интерференционная картина представляет собой белую полосу, ограниченную двумя симметрично окрашенными краями черных полос. Если в газовую и воздушную камеры направить чистый воздух, то интерференционная картина не смещается, а середина левой черной полосы совмещается с нулевой отметкой шкалы, отградуированной от 0 до 6% метана с ценой деления 0,5%.

На рисунке ниже показана схема действия шахтного индикатора ШИ-3.

Схема оптического газоиндикатора ШИ-3

1 - окуляр; 2 - объектив; 3 - подвижная призма; 4 - плоскопараллельное зеркало; 5 - средняя полость газовоздушной камеры; 6 - боковые полости камеры; 7,9 - штуцера для присоединения резиновой груши при наборе контролируемого воздуха; 8 - призма полного внутреннего отражения; 10 - трубчатый лабиринт; 11 - соединительные трубки; 12 - штуцер для контролируемого воздуха; 13 - патрон с поглотителем углекислоты; 14 - патрон с силикагелем; 15 - электрическая лампа; 16 - кнопка включения лампы; 17 - батарея; 18 - конденсорная линза

От электрической лампы свет проходит через конденсорную линзу и параллельным пучком падает на зеркало, где разлагается на два интерферирующих пучка. Один пучок лучей отражается от верхней плоскости зеркала и проходит через две боковые полости газовоздушной камеры, заполненные чистым воздухом. Другой пучок лучей отражается от нижней плоскости зеркала, дважды проходит вдоль средней полости камеры, в которую набирается проба анализируемого воздуха. При выходе из газовоздушной камеры эти пучки вновь попадают на зеркало, отражаются от его верхней и нижней плоскостей, сходятся в один пучок, проходящий через призму, затем пучок отклоняется призмой под прямым углом и попадает в объектив зрительной трубки. Подвижная стеклянная призма дает возможность передвигать интерференционную картину вдоль шкалы и устанавливать ее в нулевое положение. Анализируемый воздух засасывается резиновой грушей в прибор, поступает в верхнюю часть патрона, в котором имеется поглотитель углекислоты. Из патрона по трубке воздух направляется в нижнюю часть патрона, в которой имеется силикагель для поглощения паров воды. Далее осушенный и очищенный воздух поступает в среднюю газовую полость газовоздушной камеры и через штуцер выпускается наружу.

Сигнализатор СТХ-5А.

Во многих газовых хозяйствах применяют автоматический переносной термохимический сигнализатор СТХ-5А. Он предназначен для периодического контроля довзрывоопасных концентраций горючих газов в воздухе производственных помещений и выдачи сигналов в диапазоне сигнальных концентраций. Диапазон сигнальных концентраций в рабочих условиях составляет 5-50% нижнего предела воспламеняемости горючих газов.

Принцип действия сигнализатора основан на термохимической реакции окисления (сгорания) горючих газов на чувствительном элементе, включенном в зону моста.

В состав схемы входят: источник питания (два аккумулятора номинальным напряжением 2,5 В или батареи типа «Планета-1» или «Планета-2» напряжением 3,5 В); сигнализатор напряжения, обеспечивающий стабилизацию напряжения источника питания в пределах 1,8+0,1 В; измерительный мост, включающий в себя измерительный и сравнительный чувствительные элементы, расположенные в датчике, и балансовые плечи-резисторы; узел отключения аккумуляторной батареи от нагрузки и выдачи сигнализации по разряду.

Сигнализатор работает следующим образом. Измерительный мост сигнализатора питается стабилизированным напряжением. В измерительную диагональ моста включен показывающий прибор с переменным резистором. При сгорании на чувствительном элементе пробы газовоздушной смеси измерительный мост разбалансируется и в его диагонали появляется напряжение постоянного тока, пропорциональное по величине концентрации контролируемых веществ. Как только напряжение разбаланса достигнет определенной величины, стрелка показывающего прибора войдет в сигнальную зону. При входе стрелки показывающего прибора в сигнальную зону необходимо принять меры по выявлению и устранению причин появления опасной концентрации. Если при нажатии кнопки светодиод не загорится, сигнализатор необходимо отправить на перезаряд аккумуляторов.

Подготовку сигнализатора к работе производят вне взрывоопасных помещений следующим образом: нажимают на кнопку и убеждаются, что загорелся светодиод; после того как успокоится стрелка показывающего прибора, устанавливают ее на начало шкалы с помощью резистора; отпускают кнопку и убеждаются, что светодиод погас.

В настоящее время в газовых хозяйствах РФ появилось много новых сигнализаторов по определению загазованности помещений природным газом - метаном.

Новые сигнализаторы системы ТС - течеискатели-сигнализаторы - разработаны Белорусским НПП «Фармэк»

Наибольшее распространение получили сигнализаторы типов: ТГГ-90 - течеискателъ горючих газов; ТС-92 - течеискатель-сигнализатор; ТПТ-94 - течеискатель для подземных газопроводов; ИМ-93 - измеритель метана.

Течеискателъ ТГГ-90.

Этот прибор взрывозащищенного исполнения предназначен для индикации наличия метана при определении мест утечек газа из газовой арматуры, оборудования и газопроводов систем газоснабжения. Течеискатель предназначен для работы в диапазоне температур от 20 до 40 °С и при относительной влажности не более 80%.

Течеискатель состоит из датчика с защитным колпачком, корпуса с электронным блоком и блока аккумуляторов.

Принцип работы течеискателя основан на регистрации изменения сопротивления датчика при воздействии на него газа. Датчик включен в электрическую схему, которая находится в уравновешенном состоянии. При воздействии газа на датчик происходит разбаланс мостовой схемы, усиливаемый дифференциальным усилителем. Величину разбаланса мостовой схемы показывает табло, отградуированное в процентном содержании метана в загазованной среде.

Течеискатель обеспечивает световую и звуковую сигнализации при обнаружении мест утечек углеводородных газов.

Электропитание течеискателя осуществляется от встроенного сменного блока аккумуляторов с номинальным напряжением 5,2 В. О снижении напряжения питания ниже допустимого значения (4,2+0,1 В) прибор информирует непрерывным звуковым сигналом.

Технические характеристики ТГГ-90

Диапазон работы по метану, об. доли: 0,01-100

Время прогрева индикатора, с, не более: 10

Быстродействие, с, не более: 3

Вид питания: Автономное

Напряжение питания, В: 5,45+0,55

Максимальная потребляемая мощность, Вт, не более: 1,2

Габаритные размеры, мм, не более: 310x71x37

Масса, кг, не более: 0,63 (с элементами А343)

Время непрерывной работы, ч, не менее: 8

Ток короткого замыкания, А, не более: 0,25

Течеискатель-сигнализатор ТС-92 со встроенным микронасосом (рисунок ниже) разработан и изготавливается научно-производственным предприятием «Фармэк». Предназначен для определения и локализации утечек горючих и токсичных газов и оценки уровня загазованности в подвалах, колодцах, скважинах и других труднодоступных местах различных газопроизводящих и газопотребляющих предприятий, систем транспортирования и хранения газа путем сигнализации на уровне 1% объемной доли метана или 20% нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР).

Выпускается во взрывозащитном и обычном исполнениях.

Контрольные приборы

а - течеискатель-сигнализатор ТС-92; б - измеритель метана ИМ-93

Прибор ТС-92 используют на предприятиях газовой, химической, нефтеперерабатывающей, добывающей промышленности, энергетики, связи, в жилищно-коммунальном хозяйстве и т. д.

С применением дополнительных средств он безотказно работает на трассе газопровода.

В основе работы течеискателя-сигнализатора лежит принцип регистрации изменения сопротивления полупроводникового датчика под воздействием на него газа.

Конструктивно течеискатель состоит из пластмассового корпуса с размещенными внутри него микронасосом, датчиком, платы с блоком сигнализации, отсека питания.

Технические характеристики ТС-92

Чувствительность в режиме течеискания

по метану, % об. доли: 0,01

Порог срабатывания сигнализации по метану, % об. доли: 1

НКПР, %: 20

Погрешность срабатывания сигнализации, % об. доли: ±0,4

НКПР, %: ±8,0

Быстродействие, с, не более: 3

Производительность микронасоса, л/мин до: 2

Источник питания: 4 аккумулятора НКГЦ-2

Напряжение питания, В: 4-5,5

Диапазон рабочих температур, °С: от -40 до +40

Устойчивость к перегрузкам, % об. доли: до 100

Габаритные размеры, мм: 310x72x38

Масса без аккумулятора, г, не более: 670

Измеритель метана ИМ-93 (рисунок выше) предназначен для измерения концентрации метана в пределах от 0 до 5% об. доли и обеспечивает звуковую сигнализацию при достижении концентрации метана 1±0,25 % об. доли (20% НКПР).

Измеритель изготовлен в климатическом исполнении У категории 3 и предназначен для эксплуатации при температуре воздуха от -5 до +40 °С (возможна кратковременная работа при температуре до -30 ºС), атмосферном давлении от 84 до 106,7 кПа и относительной влажности воздуха до 98 % при 25 °С.

Электропитание измерителя осуществляется от батареи аккумуляторов 4НКГЦ-2.0 (4НКГЦ-1.8).

В основе работы измерителя лежит принцип регистрации изменения сопротивления термокаталитического датчика при воздействии на него газа.

Конструктивно измеритель состоит из пластмассового корпуса с размещенными внутри него платами, отсека питания и блока искрозащиты, а также датчика.

При включении измерителя напряжение питания от аккумуляторной батареи через блок искрозащиты подается на преобразователь напряжения, поступает на стабилизатор и с его выхода подается на аналого-цифровой преобразователь. На вход преобразователя поступают также сигнал с термокаталитического сенсора и опорное напряжение со стабилизатора напряжения. Информация отображается на устройстве цифровой индикации. Контроль уровня разряда аккумуляторной батареи выполняет устройство контроля питания, сигнал с которого при разряде батареи поступает на блок управления; при этом отключается стабилизатор напряжения и запускается блок звуковой сигнализации.

Технические характеристики ИМ-93

Пределы измерения, % об. доли:
метана: 0-5
пропана: 0-2
Абсолютная погрешность, % об. доли:
метана: +0,25
пропана: +0,10
Срабатывание сигнализации, % об. доли:
метана: 1,0+0,25
пропана: 0,4+0,10
Диапазон рабочих температур, °С: от -5 до
Источник питания: 4 Ni-Cd аккумулятора
Время работы без подзарядки, ч,: не менее 15
Маркировка взрывозатиты: 1ExibdsllT5"5"
Масса, кг: 0,7
Габаритные размеры, мм: 300x70x40