Академия газоанализа Dräger. Выпуск №4: портативные газоанализаторы. Применение

Гетсиз.ру и компания Dräger представляют совместный проект, посвященный портативному газоанализу в промышленности. В серии ежемесячных публикации расскажем, как анализ воздуха помогает обеспечить безопасность на предприятии, представим мировые достижения в этой области и дадим рекомендации по подбору оптимальных решений для разных условий.

Cенсоры, о которых шла речь в прошлом выпуске академии, главная, но не единственная часть газоанализатора. Внутри защитного корпуса также находится печатная плата – «мозг» прибора, и блок питания, от которого зависит длительность работы устройства.

Прародителем портативных газоанализаторов считают лампу Дэви (на фото), изобретенную в 1815 году английским физиком Хамфри Дэви и названную в его честь. Лампа Дэви представляла собой горелку – масляную, керосиновую или карбидную. Горняки брали ее в шахту: в присутствии метана пламя разгоралось ярче, начинало вспыхивать и хлопать, что служило сигналом к эвакуации. Чтобы открытый огонь не спровоцировал взрыв, доступ воздуха и отвод продуктов горения происходил через металлические сетки. Толщина и теплопроводность проволоки, из которой сделана сетка, подбирались так, чтобы при воспламенении горючей смеси, попадающей внутрь лампы, пламя не вырывалось и не вызывало внешнего взрыва. Интересно, что предок газоанализаторов при всей своей примитивности не имел ограничений по продолжительности работы, главное – подливать топливо.

Лампа Дэви в шахтах давно не применяется, однако значение этого изобретения, сохранившего жизни множества шахтеров, сложно переоценить и сейчас.

Современные газоанализаторы, созданные с той же целью, выполняют свою задачу на совершенно другом уровне. Носимые устройства весьма скромных размеров по сути являются микролабораториями, которые к тому же работают без участия человека. Технологии сделали контроль опасностей, связанных с газами, – взрывов, нехватки кислорода и отравлений (Ex, Ox и Tox), – автоматическим высокоточным процессом. Газоанализ использует последние достижения науки, чтобы гарантировать безопасность тем, чьи профессии связаны с постоянными рисками для жизни и здоровья.

Одно- и многоканальные газоанализаторы

Газоанализаторы делятся на два класса: одно- и многоканальные. Первые определяют один газ, вторые – от двух до семи. Более популярны сегодня многоканальные приборы, однако и одноканальные остаются востребоваными, в основном для определения токсичных газов.

Токсичный кислород?

Кислород занимает особое место среди промышленных газов. Сам по себе он не токсичен и не взрывоопасен, однако является сильным окислителем. При избытке O₂ многие вещества меняют свойства так, что могут самопроизвольно воспламениться. Поэтому запрещено откручивать вентили кислородных баллонов ветошью с остатками смазочных материалов. В присутствии кислорода масла взрываются.

Одноканальные приборы подходят для производств, где преобладает один опасный газ, например, металлургии, основную угрозу в которой представляет оксид углерода (CO, угарный газ). Многоканальные незаменимы для производственных процессов, в которых выделяются несколько токсичных/взрывоопасных веществ. Яркий пример – нефтепереработка. Получение бензинов, масел и прочих производных нефти сопровождается выделением сероводорода, сернистого и угарного газов и т.д.

Какие газоанализаторы и почему рекомендуются для крупных индустрий, включая важнейшие для России металлургию, угледобычу и переработку нефти, рассмотрим далее.

Металлургия

Металлургию называют важнейшей составляющей отечественной экономики; ее доля в ВВП России составляет около 5%. При всей распространенности выплавка металлов является довольно опасным процессом, хотя и несравнимо меньше чем 100 и даже 50 лет назад. Не последнюю роль в снижении рисков сыграло развитие газоанализа. Благодаря приборам «ревизия» газов, которые выделяются при плавке, стала точнее и происходит в автоматическом режиме. Как это происходит разберем на примере получения чугуна в доменной печи.

Домна – это грандиозное сооружение высотой до 40 метров и весом до 35 тысяч тонн, выдающее за одну плавку до 6 тысяч тонн металла. Непременное условие успешной работы доменной печи – избыток углерода, соответственно при производстве чугуна приходится контролировать главным образом угарный газ. Самые частые ЧП с выделением оксида углерода включают прорывы горна (нижняя часть домны) и кожуха, локальное разрушение кладки шахты и верхней части печи, прогары воздушных фурм (отверстия для подачи сжатого нагретого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом), взрывы газа, чугуна и шлака.

Горн – самая ответственная зона печи, повреждение которой приводит к катастрофическим последствиям. При прорыве горна происходит неконтролируемый выброс угарного газа в концентрации, зачастую несовместимой с жизнью. Уже при содержании СО больше 1,2% летальный исход наступает через три минуты. При этом газ практически не ощущается, поскольку не имеет цвета и запаха. Поэтому важно:

как можно раньше обнаружить угарный газ: то есть в идеале прибор должен определять это вещество не только в высоких концентрациях, но и в низких — при небольших утечках;
учитывать, что шум и пыль – неизменные спутники работы в доменном цехе, в таких условиях крайне важно не пропустить сигнал сработавшего прибора;
чтобы прибор был устойчив к внешним механическому и химическому воздействиям.

Оптимальным решением для контроля оксида углерода станут одноканальные газоанализаторы, например, Dräger серии Pac 3500/5500/7000. Благодаря новейшему сенсору XXS, срабатывающему за 15 секунд, эти компактные устройства безошибочно определяют CO, в том числе на уровне ПДК, отслеживая даже небольшие утечки.

В Dräger Pac реализована тройная система сигнализации: газоанализатор издает звук, вибрирует и светится – яркие мигающие светодиоды расположены в верхнем и нижнем углах устройства.

Гарантией надежной работы Dräger Pac, вне зависимости от внешней среды выступает стойкий к химическим веществам корпус с противоударным резиновым покрытием.

IP (International Protection) – степень защиты, которую обеспечивает оболочка технического устройства. Маркировка состоит из двух цифр, первая из которых означает защиту от твердых предметов, вторая – воды. Серия газоанализаторов Dräger Pac имеет IP68, где 6 – полная защита от пыли, 8 – способность выдерживать погружение на глубину от метра больше получаса.

Еще одна конструктивная особенность газоанализаторов серии Pac заключается в расположении противопылевого фильтра. В отличии от аналогов, у Dräger он находится не внутри, а снаружи корпуса, что намного облегчает замену фильтра: нужно просто снять старый и приклеить новый.
Пользователи газоанализаторов часто сталкиваются с проблемей питательных элементов устройств.

Dräger Pac питаются от обычных литиевых батареек, доступных в любом хозяйственном магазине.

Добыча угля

Россия – вторая страна в мире по запасам угля. По оценкам корпорации BP, на российской территории находится 17% угольных залежей планеты, что делает нашу страну одним из крупнейших мировых экспортеров этого вида топлива. К сожалению, добыча угля не обходится без аварийных ситуаций, как правило связанных с выбросом рудничного газа (метана). За последние 25 лет на шахтах в РФ произошло 28 аварий с летальным исходом, причиной 22-х из них стал взрыв метана. Самое крупное происшествие, 19 марта 2007 года на шахте «Ульяновская» в Кемеровской области, унесло жизни 110 человек.

С учетом высоких рисков к шахтным газоанализаторам предъявляются особые требования:

приборы должны обладать пыле-, влаго- и взрывозащитой;
измерять несколько опасных веществ одновременно:
- легковоспламеняющийся и взрывоопасный, рудничный газ включает, помимо метана (природный газ, СН4), водород, кислород и углекислый газ, а иногда и этан. Поэтому в шахте целесообразно пользоваться многоканальными газоанализаторами. Dräger X-am 2500/5000/5600 определяют одновременно до шести веществ, позволяя контролировать все составляющие рудничного газа. За скорость реакции и качество показаний X-am отвечают всё те же безотказные сенсоры XXS, а также CatEx и IR.
замена элемента питания не должна стать критичной проблемой: неожиданно севший аккумулятор выводит устройство из строя, ставя под угрозу жизнь человека. В газоанализаторах серии X-am замена элемента питания занимает меньше минуты. Для этого требуется открутить один винт. В экстренных случаях устройство может работать от пальчиковых батареек формата АА.
Особые требования распространяются и на систему срабатывания — сигнал не должен остаться незамеченным.

Компания Dräger, с начала XX века выпускающая приборы для обеспечения безопасности людей под землей, внесла большой вклад в их разработку и как никто разбирается в особенностях контроля рудничного газа.

Особого упоминания заслуживает созданный Dräger сенсор на CO₂. Как правило, для измерения двуокиси углерода используют инфракрасные датчики. Немецкие инженеры «научили» распознавать CO₂ электрохимический сенсор, что отлично сказалось на итоговой стоимости газоанализатора.

Нефтепереработка

Нефть представляет собой смесь углеводородов с небольшими примесями серы, солей, азота, кислорода и металлов. Нефть и нефтепродукты являются горючими, более того, при определенной температуре способными самовоспламеняться. Процесс нефтепереработки связан с выделением большого количества газов, из-за этого подобрать универсальный газоанализатор для всех стадий производства практически невозможно. Dräger при работе с нефтью рекомендует применять одноканальные газоанализаторы серии Pac для контроля, например, сернистого газа (H₂S), и многоканальные X-am, чтобы отслеживать кислород, окись углерода и т.д.

Иногда углеводороды нужно контролировать не только на уровне довзрывных концентраций, с чем с успехом справляются X-am 2500/5000/5600, но и ПДК одновременно. Для таких задач предназначена новинка серии – X-am 8000 (появится на российском рынке в 2019 году). Особенность модели в ее совместимости со всеми типами сенсоров, вне зависимости от принципа действия, что позволяет измерять до семи газов.

Важный момент: при обследовании резервуаров на нефтеперерабатывающих заводах газоанализаторы используют вместе с насосом и пробоотборным шлангом, длина которого может достигать нескольких десятков метров. Иногда рабочие спускаются вниз, не дождавшись полной прокачки пробы и стабильных показаний прибора. Неверная оценка ситуации может привести к трагедии. Газоанализатор со встроенным насосом имеет специальный режим, при котором сотрудник, задав длину зонда, вынужден ждать окончания измерений – до этого момента устройство блокируется.

Газоанализаторы Dräger имеют некоторые общие характеристики, выделяющие их из ряда аналогичных приборов. Прежде всего это способность работать в температурном режиме от -40°C до +50°C и встроенная память на 7 тысяч событий: время включения/выключения, срабатывание, разряд батареи, неисправности, калибровки и т.д. Информация может пересылаться на компьютер через инфракрасный порт, что считается самым безопасным способом передачи данных. Энергонезависимая память, сохраняющая информацию при севшем аккумуляторе, гарантирует невозможность скрыть ЧП. Газоаналитические устройства Dräger также отличаются долгим – до двух лет (серия Pac) – временем работы без подзарядки.

Безопасность сотрудников должна оставаться безусловной прерогативой на любом производстве. Потому так важно при выборе газоанализаторов учитывать все риски и отдавать предпочтение надежным производителям, гарантирующим качество и стабильную работу своих продуктов в условиях самой жесткой эксплуатации.