| Тип датчика | Принцип действия | Обнаруживаемые газы | Время отклика |
|---|---|---|---|
| Термокаталитический | Каталитическое окисление на нагретом элементе | Горючие газы, пары углеводородов | 20-30 секунд (Т90) |
| Инфракрасный | Избирательное поглощение ИК-излучения | Многоатомные газы (метан, пропан) | 5-15 секунд |
| Электрохимический | Окислительные реакции в электролите | Токсичные газы (H₂S, CO, NH₃, O₂) | 15-30 секунд |
| Полупроводниковый | Изменение проводимости при адсорбции газа | Горючие и токсичные газы | 10-60 секунд |
| Тип контроля | Предупредительный порог | Аварийный порог | Действие системы |
|---|---|---|---|
| ДВК горючих газов (стационарные) | 10-20% НКПР | ≤50% НКПР | Сигнализация, вентиляция, отключение оборудования |
| ДВК горючих газов (переносные) | По проекту | ≤60% НКПР | Звуковая и световая сигнализация |
| Кислород | 19,5% об. | 18% об. | Сигнализация, блокировка доступа |
Нормативная база систем газообнаружения
Проектирование и эксплуатация стационарных систем контроля загазованности на опасных производственных объектах регламентируются комплексом российских и международных стандартов. Федеральные нормы и правила ФНП 534 устанавливают обязательное оснащение производственных помещений и открытых установок средствами автоматического непрерывного газового контроля с сигнализацией при достижении предельных величин.
Основополагающий стандарт ГОСТ Р 52350.29.2-2010 содержит требования к выбору, монтажу и техническому обслуживанию газоанализаторов горючих газов и кислорода. Стандарт гармонизирован с международным IEC 60079-29-2, что обеспечивает соответствие российских систем мировым практикам промышленной безопасности.
Стандарт ГОСТ Р 52350.29.1-2010 определяет эксплуатационные характеристики газоанализаторов горючих газов, методы испытаний и требования к маркировке. Газоанализаторы с открытым оптическим каналом регламентируются отдельным документом ГОСТ Р 52350.29.4-2011, применяемым для контроля протяженных участков технологических установок.
Принципы работы датчиков
Термокаталитические датчики
Термокаталитические сенсоры основаны на измерении теплового эффекта каталитического окисления горючих газов. Чувствительный элемент представляет собой платиновую спираль с нанесенным катализатором, нагреваемую до температуры начала реакции окисления. При контакте с горючим газом происходит каталитическое сгорание, изменяющее температуру и электрическое сопротивление элемента.
Измерительная схема построена по мостовой топологии с компенсационным элементом, не контактирующим с анализируемой средой. Разбаланс моста пропорционален концентрации определяемого компонента. Термокаталитические датчики обеспечивают обнаружение широкого спектра углеводородов и характеризуются надежностью конструкции, однако чувствительны к отравлению каталитическими ядами.
Инфракрасные датчики
Оптические датчики используют принцип избирательного поглощения инфракрасного излучения молекулами многоатомных газов. Конструкция включает источник ИК-излучения, оптическую измерительную камеру и приемник излучения с интерференционными фильтрами. Газы с симметричной молекулярной структурой, такие как кислород и азот, прозрачны для инфракрасного спектра и не детектируются.
Инфракрасные датчики обладают селективностью к определенным газам на основе длины волны поглощения, что позволяет идентифицировать конкретные углеводороды. Отсутствие каталитических элементов обеспечивает устойчивость к отравлению и длительный срок службы. Время отклика составляет от пяти до пятнадцати секунд, что соответствует требованиям оперативного контроля технологических процессов.
Электрохимические датчики
Электрохимические сенсоры применяются преимущественно для определения токсичных газов и дефицита кислорода. Конструкция датчика состоит из электрохимической ячейки с электродами, помещенными в электролит. При диффузии определяемого газа через газопроницаемую мембрану происходят окислительно-восстановительные реакции на поверхности электродов, генерирующие электрический ток пропорциональный концентрации.
Кислородные датчики работают по гальваническому принципу без внешнего источника питания. Датчики токсичных газов требуют приложения потенциала между электродами. Электрохимические сенсоры характеризуются высокой чувствительностью и селективностью, но имеют ограниченный срок службы около двух лет с момента изготовления независимо от интенсивности эксплуатации.
Размещение датчиков на объектах
Общие принципы размещения
Согласно ГОСТ IEC 60079-29-2-2013, размещение датчиков требует индивидуального подхода с учетом физико-химических свойств контролируемых газов, планировки помещений и характера технологического процесса. Каждая задача по выбору и монтажу газоанализаторов рассматривается самостоятельно, принимая во внимание рекомендации изготовителя и требования надзорных органов.
Места установки и количество датчиков определяются проектной документацией на основании классификации взрывоопасных зон по IEC 60079-10-1. Датчики размещают в зонах возможного скопления газов с учетом их плотности относительно воздуха, направления преобладающих воздушных потоков и расположения источников утечек.
Размещение по плотности газов
Для газов легче воздуха, таких как метан и водород, датчики устанавливают в верхней зоне помещений на расстоянии от трехсот до пятисот миллиметров от потолка. Конструкция монтажа предусматривает защиту от прямого воздействия восходящих конвективных потоков, способных исказить показания при локальных утечках.
Датчики для обнаружения тяжелых газов и паров углеводородов размещают в нижней части помещений на высоте от трехсот до пятисот миллиметров от уровня пола. Учитывают возможность скопления паров в приямках, каналах и углублениях технологического оборудования, требующих дополнительного контроля.
Учет вентиляции и конвекции
Система естественной и принудительной вентиляции оказывает существенное влияние на распространение газов в объеме помещения. Датчики устанавливают с подветренной стороны от источников возможных утечек, в зонах преимущественного направления воздушных масс. Размещение в зоне приточной вентиляции недопустимо, поскольку приводит к разбавлению контролируемой среды чистым воздухом.
На открытых площадках датчики ориентируют относительно розы ветров, характерной для данной местности. Учитывают сезонные изменения направления воздушных потоков и влияние технологического оборудования на локальную циркуляцию воздуха.
Взрывозащита и маркировка
Газоанализаторы, применяемые во взрывоопасных зонах, должны соответствовать требованиям стандартов серии ГОСТ IEC 60079, определяющих виды взрывозащиты и маркировку электрооборудования. Конструкция датчиков исключает возможность воспламенения газовоздушной смеси при нормальной эксплуатации и вероятных неисправностях.
Маркировка взрывозащиты включает обозначение группы оборудования, температурного класса, уровня взрывозащиты и вида защиты. Типовая маркировка Ex d [ib] IIC T4 Gb указывает на взрывонепроницаемую оболочку с внутренней искробезопасной цепью, применимую для наиболее опасных газов группы IIC при температуре поверхности не выше 135°C (температурный класс T4).
Проектирование, выбор и монтаж взрывозащищенного оборудования регламентируются ГОСТ IEC 60079-14. Монтаж предусматривает использование сертифицированных кабельных вводов, соблюдение требований к прокладке кабелей и выполнение заземления в соответствии с проектной документацией.
Техническое обслуживание систем
Техническое обслуживание газоаналитических систем включает периодическую поверку с использованием поверочных газовых смесей, калибровку датчиков и проверку функционирования системы сигнализации. Согласно ГОСТ IEC 60079-29-2, периодичность поверки определяется требованиями изготовителя оборудования и условиями эксплуатации, но не реже одного раза в год.
Поверочные газовые смеси должны иметь аттестованные метрологические характеристики и соответствовать диапазону измерений датчиков. Поверка проводится на уровнях срабатывания предупредительной и аварийной сигнализации с документированием результатов. Допустимая погрешность срабатывания не должна превышать значений, установленных технической документацией.
Термокаталитические датчики требуют периодической очистки чувствительных элементов от пыли и загрязнений, способных снизить чувствительность сенсора. Электрохимические датчики имеют ограниченный срок службы и подлежат замене при выработке ресурса. Инфракрасные датчики характеризуются минимальными требованиями к обслуживанию при условии защиты оптических элементов от загрязнения.
