Газоаналітичний комплекс контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств

Реферат: Винахід належить до газоаналітичних приладів і систем та може бути використаний для контролю атмосфери нафтопереробних заводів, складів паливно-мастильних матеріалів, автозаправних станцій та підземних газосховищ на відповідність природоохоронним нормативам, а також для попередження виникнення вибухонебезпечних ситуацій витоків газу та випаровувань палива. В комплексі реалізовано два методи газового аналізу - полум'яноіонізаційний і термокаталітичний, при цьому спіраль випалу одночасно виконує дві різні функції: для полум'яно-іонізаційного детектора доставляється повітря (за рахунок випалу вуглеводнів), в якому пари палива повністю відсутні і відповідно зменшена похибка вимірювань та підвищена чутливість газоаналізатора, а для термокаталітичного методу, побудованого на мостовій вимірювальній схемі, спіраль випалу - плече мостової схеми, є швидкодіючим сенсором, який миттєво реагує на появу парів палива у повітрі і повідомляє персонал про загрозу виникнення вибухонебезпечних концентрацій газів у атмосфері підприємств. Винахід дозволяє використовувати газоаналітичний комплекс контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств для швидкодіючого виявлення виникнення вибухонебезпечних ситуацій і появи відповідного сигналу тривоги і попередження. Сигнал видається на рівні 15-20 % нижньої межі вибуховості парів палива або витоків горючого газу. UA 114565 C2 (12) UA 114565 C2 UA 114565 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до газоаналітичних приладів і систем і може бути використаний для створення і випуску газоаналітичних комплексів для контролю атмосфери нафтопереробних заводів, складів паливно-мастильних матеріалів, автозаправних станцій, підземних газосховищ на відповідність природоохоронних нормативів, попередження виникнення вибухонебезпечних ситуацій витоків газу, випаровувань палива - парів вуглеводневих сполук, у замкнених приміщеннях. Відомий полум'яно-іонізаційний детектор: "Полум'яно-іонізаційний детектор" (Патент України на корисну модель № 81329U; Опубл.25.06.2013; МПК G01 N27/62), що складається з реакційної камери, в якій встановлено циліндричний керамічний пальник з металізованим кільцевим електродом, вмонтованим на верхню частину пальника і приєднаного до відповідного полюса джерела живлення, другий полюс якого через опір навантаження приєднаний до електрода-колектора циліндричної форми, а опір навантаження через підсилювач приєднано до вихідного приладу. Повітря в реакційну камеру надходить з газопроводу повітря через спеціальні отвори в дисковій основі камери. Основним недоліком відомого детектора є додаткова похибка вимірювання, яка виникає при застосуванні детектора в атмосфері, насиченій парами вуглеводнів. Для полум'яно-іонізаційної реакції потрібно використання повітря, повітря яке насичене парами вуглеводнів, при проведенні полум'яно-іонізаційної реакції є неінформативним, змішується з парами вуглеводнів в каналі проби - відповідно концентрація зростає, внаслідок чого виникає похибка вимірювання, знижується чутливість детектора. Також внаслідок інерційності полум'яно-іонізаційного детектора і відповідно низької швидкодії, детектор неможливо використовувати для вимірювання динамічних швидкозмінних концентрацій газових сумішей. Відомий також газоаналізатор Патент Росії "Пламенно-ионизационный газоанализатор" (Патент Росії № 2146048; Опубл. 27.07.2000; МПК G01 N27/62), що складається з корпусу реакційної камери, з газопровідними каналами для вводу проби, повітря та водню, пальника, колектора-електрода. Колектор-електрод виконаний у вигляді зрізаного конуса. Основним недоліком відомого пристрою є похибка вимірювань при застосуванні газоаналізатора на об'єктах, де фіксуються випаровування палива (нафти, бензину, гасу, дизельного палива, ацетону, дизпалива). До газоаналізатора по каналу повітря надходять пари вуглеводнів, які є неінформативними, змішуються з парами вуглеводнів в каналі проби відповідно концентрація зростає, внаслідок чого виникає похибка вимірювання, знижується чутливість детектора. Також газоаналізатор неможливо використовувати при стрибкоподібній зміні концентрації вибухонебезпечних концентрацій в атмосфері, внаслідок низької швидкодії газоаналізатора. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого технічного рішення є відомий полум'яно-іонізаційний газоаналізатор: "Полум'яно-іонізаційний газоаналізатор випаровувань палива", Патент України на винахід № 108727, 25.05. 15, G01N 21/76). Газоаналізатор випаровувань палива складається з реакційної камери з колекторним електродом, спіралі підпалу приєднаної через кнопку-перемикач до джерела живлення підпалу. В реакційній камері, встановлено пальник, до якого приєднано газопровід проби зі встановленими на ньому фільтром пиловим проби і збудником витрат. До газопроводу проби приєднано газопровід водню зі встановленим на ньому фільтром пиловим водневим і дроселем. Газопровід повітря з фільтром пиловим повітря приєднаний до реакційної камери. Джерело живлення поляризації, через резистори навантаження приєднано до колекторного електрода і пальника, виходи резистора навантаження приєднані до схеми обробки інформації і вихідним приладом реєстрації. Основним недоліком відомого пристрою є низька швидкодія газоаналізатора. Значна інерційність полум'яно-іонізаційного детектора, викликана необхідністю використання в детекторі трьох газових потоків: водню, повітря і проби з вуглеводневими сполуками. На проходження газових газів по згаданих каналах витрачається значний час. Внаслідок низької швидкодії, газоаналізатор неможливо використовувати при стрибкоподібній зміні концентрації вибухонебезпечних концентрацій в атмосфері при аварійному витоку газу, розливі нафтопродуктів. Задачею винаходу є підвищення швидкодії газоаналітичного комплексу контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств. Поставлена задача вирішується тим, що газоаналітичний комплекс контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств, що складається з реакційної камери з колекторним електродом, спіралі підпалу, приєднаної через кнопку-перемикач до джерела живлення підпалу, керамічного пальника, до якого приєднаний газопровід проби і встановлений на ньому фільтр пилової проби і збудник витрат, також до газопроводу проби приєднаний газопровід водню і 1 UA 114565 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 встановлений на ньому фільтр пиловий водневий і дросель, газопроводу повітря з фільтром пиловим повітря, приєднаним до реакційної камери, джерела живлення поляризації, через резистор навантаження, який приєднаний до колекторного електрода і керамічного пальника, виходи резистора навантаження приєднані до першого підсилювача і першого вихідного приладу реєстрації, крім того, на газопроводі повітря після фільтра встановлена камера спалювання, в якій розміщено спіраль випалу, що є плечем мостової вимірювальної схеми, плече, приєднане до мостової вимірювальної схеми через вимикач, вхід мостової вимірювальної схеми приєднаний до джерела живлення мостової вимірювальної схеми, а вихід мостової вимірювальної схеми через регулювальний резистор приєднаний до другого підсилювача і другого вихідного приладу реєстрації. На фіг. 1 наведена функціональна схема газоаналітичного комплексу контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств. Газоаналітичний комплекс містить: 1 - реакційна камера, 2 - колекторний електрод, 3 - спіраль підпалу, 4 – кнопка-перемикач, 5 - Е2 джерело живлення підпалу, 6 - керамічний пальник, 7 - газопровід проби. 8 - фільтр пиловий проби, 9 - збудник витрат, 10 - газопровід водню, 11 - фільтр пиловий водневий, 12 - дросель, 13 - газопровід повітря, 14 - фільтр пиловий повітря, 15 - Ε1 джерело живлення поляризації, 16 резистор навантаження, 17 - перший підсилювач, 18 - перший вихідний прилад реєстрації, 19 камера спалювання, 20 - спіраль випалу - плече мостової вимірювальної схеми, 21 - мостова вимірювальна схема, 22 - вимикач, 23 - Е3 джерело живлення мостової вимірювальної схеми, 24 - регулювальний резистор, 25 - другий підсилювач, 19 - другий вихідний прилад реєстрації. Газоаналітичний комплекс контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств працює наступним чином: Проба, що досліджується, по газопроводу проби 7 попередньо очищена фільтром пиловим проби 8, від механічних домішок відбирається з об'єкта випаровувань, витоків газу за допомогою збудника витрат 9 і надходить до керамічного пальника 6, встановленого в реакційній камері 1. Також до газопроводу проби 7 надходить чистий водень по газопроводу водню 10, очищений фільтром пиловим водневим 11 і відрегульований по витратах дроселем 12. Суміш водню і проби надходить на керамічний пальник 6, встановлений в реакційній камері 1. В реакційну камеру 1 також надходить повітря по газопроводу "Повітря" 13 очищене фільтром пиловим повітря 14. За допомогою спіралі підпалу 3, при натисканні кнопкиперемикача 4, спіраль розігрівається до 300 °С під дією напруги Е 2 від джерела живлення підпалу 5, при цьому суміш проби, повітря, водню підпалюється на виході керамічного пальника 6. Під дією постійної напруги Е2 від джерела живлення поляризації 15, прикладеної одним полюсом до керамічного пальника 6 (на кінці керамічного пальника 6 напресовано металеве кільце-електрод), а другим полюсом, через резистор навантаження 16, до колекторного електрода 2, розташованого над керамічним пальником 6, виникає струм іонізації між керамічним пальником 6 і колекторним електродом 2. Струм іонізації пропорційний концентрації парів палива через резистор навантаження 16, підсилюється першим підсилювачем 17 і передається на перший вихідний прилад реєстрації 18. У зв'язку з наявністю у повітрі об'єкта досліджень (наприклад АЗС, нафтопереробний завод) парів палива - горючих вуглеводнів, вони надходять газопроводом повітря 13 до керамічного пальника 6 і приводять до збільшення струму іонізації тобто додаткової похибки вимірювань. Для видалення парів горючих вуглеводнів в газопроводі повітря 13 після фільтра 14, встановлена камера спалювання 19. В камері спалювання 19 установлена спіраль випалу 20, яка одночасно є одним з плечей мостової вимірювальної схеми 21. Спіраль випалу 20 включається до мостової вимірювальної схеми 21 через вимикач 22. Спіраль випалу 20 - плече мостової вимірювальної схеми має й електричний опір R1, який підібраний таким чином, щоб перед початком роботи комплексу виконувалась умова рівноваги мостової вимірювальної схеми 21, а саме: R1xR3=R2xR4. (1) Мостова вимірювальна схема 21 живиться від джерела живлення Ε3 23, вихід мостової схеми через регулювальний резистор R 24, другий підсилювач 25, передається на другий вихідний прилад реєстрації 26. При замиканні вимикача 22 на спіраль випалу 20 подається напруга від джерела живлення Е3 23. Під дією напруги Е3 спіраль випалу 20 розігрівається до 300-350 °С і на цій розігрітій спіралі випалу 20 відбувається випалювання парів палива з газопроводу повітря 13 і на виході камери спалювання 19 утворюється очищене повітря без парів палива, яке надходить до пальника 6. Одночасно внаслідок випалювання парів палива з газопроводу повітря 13, а саме в повітрі знаходяться пари палива вибухонебезпечного виробництва, миттєво змінюється електричний 2 UA 114565 C2 5 10 15 20 опір R1 спіралі випалу 20, яка є плечем мостової вимірювальної схеми 20 і порушуються умови рівноваги по формулі (1), в вихідній діагоналі мостової схеми 20, з'являється напруга, пропорційна концентрації парів палив (вуглеводнів) в каналі повітря. Сигнал через регулювальний резистор 24, другий підсилювач 25, виводиться на другий вихідний прилад реєстрації 26. Таким чином, в комплексі реалізовано два методи газового аналізу: полум'яно-іонізаційний і термокаталітичний, при цьому спіраль випалу 20 одночасно виконує дві різні функції: - для полум'яно-іонізаційного детектора доставляється повітря (за рахунок випалу вуглеводнів), в якому пари палива повністю відсутні і відповідно адитивна похибка вимірювань ліквідована, чутливість газоаналізатора збільшилась. - для термокаталітичного методу, побудованого на мостовій вимірювальній схемі, спіраль випалу - плече мостової схеми 20, є швидкодіючим сенсором, який миттєво реагує на появу парів палива у повітрі і повідомляє персонал про загрозу виникнення вибухонебезпечних концентрацій газів у атмосфері підприємств. Запропонований винахід дозволить використовувати газоаналітичний комплекс контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств, як для екологічного моніторингу випаровувань палива у процесах нафтопереробки, АЗС, нафтобазах і інших місцях зберігання, транспортування, використання паливно-мастильних матеріалів, так і для швидкодіючого, 3 виявлення виникнення вибухонебезпечних ситуацій, навіть незначна концентрація частки мг/м вибухонебезпечних парів палива, горючих газів приводить до зміни опору спіралі випалу - плеча мостової схеми 20, і появи сигналу тривоги і попередження. Що особливо важливо, що сигнал видається на рівні 15-20 % нижньої межі вибуховості парів палива, або витоків горючого газу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 Газоаналітичний комплекс контролю атмосфери вибухонебезпечних підприємств, що включає реакційну камеру, яка містить колекторний електрод, спіраль підпалу, приєднану через кнопкуперемикач до джерела живлення підпалу, та керамічний пальник, до якого приєднаний газопровід проби зі встановленими на ньому пиловим фільтром проби та збудником витрат, також до газопроводу проби приєднаний газопровід водню зі встановленими на ньому пиловим фільтром водню та дроселем, при цьому комплекс має приєднаний до реакційної камери газопровід повітря з пиловим фільтром повітря та джерело живлення поляризації, яке приєднане до керамічного пальника та через резистор навантаження до колекторного електрода, причому виходи резистора навантаження приєднані до першого підсилювача і першого вихідного приладу реєстрації, крім того, на газопроводі повітря після фільтра встановлена камера спалювання, в якій розміщено спіраль випалу, який відрізняється тим, що спіраль випалу є плечем мостової вимірювальної схеми, причому плече приєднане до мостової вимірювальної схеми через вимикач, вхід мостової вимірювальної схеми приєднаний до джерела живлення мостової вимірювальної схеми, а вихід мостової вимірювальної схеми через регулювальний резистор приєднаний до другого підсилювача і другого вихідного приладу реєстрації. 3 UA 114565 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4