Приборы для контроля газов

В процессе эксплуатации газораспределительных сетей необходимо определять концентрацию газов, содержащихся в воздухе. Для газовиков нужны следующие приборы:

• измеряющие объемное содержание горючего газа в воздухе — газоанализаторы;

• позволяющие определить место утечки — течеискатели;

• измеряющие объемное содержание кислорода в воздухе — кислородомеры;

• определяющие состав пробы горючего газа — газовые хроматографы;

• измеряющие объемное содержание оксида углерода (угарного газа) в воздухе.

Рис.1 Газоанализатор ФП-34

Многие современные приборы являются комбинированными. В одном устройстве объединены разные возможности, его можно использовать для измерения содержания метана и кислорода, а также поиска утечек газа. Например, многофункциональный газоанализатор ФП-34 (рис.1) измеряет содержание метана, пропана и кислорода в воздухе, а также выполняет функции течеискателя. Он же, при оснащении соответствующими датчиками, может измерять угарный и углекислый газ, а также сероводород.

Газоанализаторы

Приборы для определения объемного содержания горючего газа (метана) в воздухе используются при обходе, техническом обслуживании и ремонте наружных и внутренних газопроводов, ПРГ и котельных. Переносные газоанализаторы горючих газов применялись с первых лет развития газовой отрасли. Самым известным прибором 1960-1970-х годов является ПГФ-2М — переносной газоанализатор Файнберга (рис.2), полуавтоматический взрывозащищенный показывающий прибор.

Рис. 2 Переносной газоанализатор Файнберга

ПГФ2 предназначался для количественного определения горючих газов и паров в воздухе. Выпускался в разных модификациях. Одни приборы измеряли широкий спектр горючих газов и паров, начиная от водорода и заканчивая парами бензина, другие определяли содержание конкретных веществ, например, метана.

На сегодняшний день промышленность выпускает широкий спектр газоанализаторов горючих углеводородных газов. Среди отечественных выделяется ФГУП СПО «Аналитприбор» (г. Смоленск), которое производит широкий спектр газоанализаторов. Другое предприятие — НП ОДО «Фармэк» (Беларусь, г.Минск) — тесно сотрудничает с газораспределительными организациями России, ориентируясь на их потребности.

Принцип работы газоанализаторов и течеискателей горючих газов

Основой любого газоанализатора является датчик (сенсор) — элемент, который определяет наличие и содержание контролируемого газа в воздухе. Тестируемая смесь может поступать к датчику принудительно, с помощью микронасоса, или диффузным способом, за счет естественного распространения в пространстве. В дальнейшем данные, полученные от сенсора, анализируются прибором и отображаются на шкале. Ранее для этого служили стрелочные указатели, сейчас применяется цифровая индикация на LED-экранах.

Для контроля углеводородных газов используют следующие типы датчиков:

• термохимические (термокаталитические);

• полупроводниковые;

• оптические.

Термохимические датчики

Работа термохимических датчиков основана на измерении повышения температуры нагретой платиновой нити, на поверхности которой происходит каталитическое сгорание природного газа, содержащегося в воздухе. Платина является очень активным катализатором многих химических реакций, ее активно применяют в промышленности. Интересный факт: на Павлово-Анатолиевском прииске в 1831 году был найден крупнейший в России самородок «Уральский великан» весом 7 кг 860 грамм (рис.3). В настоящее время он хранится в Алмазном фонде Московского Кремля. Прииск находится в Пермской губернии и разрабатывался с 1831 по 1842 год.

Рис.3 Самородок «Уральский великан»

Основой измерительной схемы является мост (рис.4), в два плеча которого встроены терморезисторы R2 и R3: рабочий терморезистор R3 размещен в камере, в которую поступает газовоздушная смесь, второй терморезистор R2 является сравнительным и установлен в герметичной камере, заполненной чистым воздухом.

Рис.4 Схема термохимического датчика

В остальные два плеча встроены резисторы R1 и R4 из манганиновой проволоки. Терморезисторы нагреваются током от источника постоянного напряжения U до температуры, при которой на ее поверхности происходит каталитическое сгорание метана. В результате температура терморезистора R3 резко повышается, увеличивается его сопротивление, что нарушает равновесное состояние моста. Величина разбаланса моста пропорциональна концентрации природного газа и фиксируется вольтметром V, включенным в диагональ моста.

Полупроводниковые датчики

Полупроводниковые датчики фиксируют изменение сопротивления чувствительного слоя при воздействии на него контролируемого газа. Они в сравнении с другими сенсорами имеют лучшую чувствительность и потребляют меньше энергии.

Рис.5 Датчик TGS2611

Полупроводниковый датчик TGS2611 (рис.5) преобразует концентрацию метана в величину электрического напряжения, пропорциональную его содержанию в воздухе. Крышка выполнена из нержавеющей стали и содержит решётку из нержавеющей стали в торце. Чувствительный элемент состоит из металлического оксидного полупроводникового слоя с подложкой (оксид алюминия) вместе с чувствительным чипом из оксида олова SnO₂, на обратной стороне которого размещён нагревательный элемент. Чувствительность датчика метана повышена путём внесения добавок-катализаторов (драгоценных металлов).

Датчик TGS2611 может использоваться в:

• бытовых сигнализаторах в жилых домах;

• переносных профессиональных газоанализаторах;

• стационарных сигнализаторах загазованности производственных объектов.

Оптические (инфракрасные) датчики

Принцип действия оптического датчика основан на том, что углеводородные газы поглощают электромагнитное излучение в инфракрасном диапазоне, а кислород, азот и аргон — нет. Анализируемый воздух поступает в кювету, через которую проходит инфракрасное излучение. Оно выходит через оптическую щель и попадает на два фильтра — измерительный и сравнительный. Измерительный воспринимает заданный диапазон спектра, сигнал сравнительного остается неизменным. Разница в данных, выражающаяся в снижении интенсивности излучения, показывает концентрацию газа.

Рис.6 Оптический датчик метана MSH-P/HR/5/V/P/F DYNAMENT

Датчик MSH-P/HR/5/V/P/F DYNAMENT (рис.6) измеряет концентрацию метана в двух диапазонах: 0 – 5% и 0 – 100%. Инфракрасные сенсоры, в отличие от термохимических, определяет горючие газы без присутствия кислорода, они не подвержены отравлению серой, силоксанами, другими примесями и деградации, обеспечивая стабильные измерения на протяжении всего срока службы до 10 лет.

Электрохимические датчики

Для контроля кислорода и оксида углерода (угарного газа) служат электрохимические датчики.

Рис.7 Схема электрохимического датчика

Они состоят из корпуса и набора электродов, помещенных в жидкий электролит (рис.7). Газ, проникая через капиллярный барьер и фильтр, попадает на рабочий электрод. Он изготавливается из каталитического металла, который обеспечивает химическое взаимодействие между газом и электролитом. Электроны, появляющиеся в результате электрохимической реакции, обеспечивают протекание тока между рабочим и счетным электродами. При этом величина тока оказывается пропорциональна концентрации газа.

О приборах, используемых газовиками при мониторинге, обслуживании и ремонте, расскажем в следующей статье.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь