Контроль загазованности промышленных помещений — это обязательное требование промышленной безопасности на объектах, работающих с природным газом, сжиженными углеводородами и токсичными веществами. Автоматизированные системы непрерывно измеряют концентрацию опасных газов, сигнализируют при превышении пороговых значений и управляют исполнительными устройствами для предотвращения взрывов, пожаров и отравлений персонала.
Что такое загазованность и чем она опасна
Загазованность помещения представляет собой повышенное содержание опасных газов или паров в воздухе, которое может привести к взрывам, пожарам или отравлению людей. В производственных помещениях, котельных, насосных станциях и других объектах, где используется природный газ, сжиженные углеводороды или выделяются токсичные вещества, контроль загазованности является обязательным требованием промышленной безопасности.
Системы контроля загазованности выполняют три основные функции: непрерывное измерение концентрации опасных веществ в воздухе, оповещение персонала при достижении предупредительных порогов и автоматическое управление исполнительными устройствами при возникновении аварийных ситуаций. Такие системы предотвращают развитие аварий на ранней стадии, когда концентрация газа еще не достигла взрывоопасных значений.
Основные опасности, связанные с загазованностью: образование взрывоопасных смесей при достижении концентрации горючих газов от 4% до 17% объемных (область воспламенения), острое отравление персонала токсичными газами, асфиксия при вытеснении кислорода из воздуха, пожары от искры или открытого пламени.
НКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени
Определение и физический смысл НКПР
НКПР — это минимальная концентрация горючего вещества в однородной смеси с окислителем, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Ниже этого предела смесь называется «бедной» и не способна поддерживать горение, так как энергии от источника воспламенения недостаточно для распространения пламени.
Для природного газа метана НКПР составляет 4,4% объемных в воздухе по ГОСТ Р 51330.19-99, для пропана — 1,7%, для бутана — 1,4%. Область между НКПР и верхним концентрационным пределом распространения пламени называется областью воспламенения — в этом диапазоне газовоздушная смесь способна взрываться от малейшей искры.
| Газ | НКПР, % объемных | ВКПР, % объемных |
|---|---|---|
| Метан (природный газ) | 4,4 | 17,0 |
| Пропан | 1,7 | 10,9 |
| Бутан | 1,4 | 9,3 |
| Водород | 4,0 | 75,0 |
| Аммиак | 15,0 | 28,0 |
Пороги срабатывания сигнализаторов
Системы контроля загазованности по горючим газам настраиваются на пороги срабатывания, которые выражаются в процентах от НКПР. Стандартные пороги составляют 10% НКПР для предупредительной сигнализации и 20% НКПР для аварийной сигнализации. Эти значения обеспечивают достаточный запас безопасности до достижения области воспламенения.
Действия системы при превышении порогов:
- Порог 10% НКПР — включается прерывистая световая и звуковая сигнализация, персонал получает предупреждение о необходимости выявить и устранить источник утечки газа
- Порог 20% НКПР — включается непрерывная световая и звуковая сигнализация, автоматически закрывается электромагнитный клапан на газопроводе, включается аварийная вентиляция
- Порог 50% НКПР — на некоторых объектах дополнительно предусматривается отключение технологического оборудования и электроснабжения помещения (кроме аварийного освещения)
ПДК — предельно допустимая концентрация вредных веществ
Понятие ПДК в воздухе рабочей зоны
ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны — это концентрация, которая при ежедневной работе в течение 8 часов и не более 40 часов в неделю на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья работников. Значения ПДК устанавливаются санитарно-гигиеническими нормативами и измеряются в миллиграммах на кубический метр воздуха.
ПДК подразделяются на максимально разовые и среднесменные. Максимально разовая ПДК не должна превышаться в течение всей смены, а среднесменная ПДК представляет собой среднюю концентрацию вредного вещества за 8-часовую смену. Для токсичных газов, таких как оксид углерода, аммиак или сероводород, контролируется именно ПДК, а не НКПР.
Пороги срабатывания по токсичным газам
Сигнализаторы загазованности по токсичным газам настраиваются на двухпороговую систему срабатывания. Для оксида углерода, который образуется при неполном сгорании топлива в котельных, первый порог устанавливается на уровне 20 ± 5 мг/м³, что соответствует ПДК в рабочей зоне. Второй порог срабатывания составляет 100 ± 25 мг/м³, что в пять раз превышает ПДК и требует немедленной эвакуации персонала.
| Газ | ПДК в рабочей зоне, мг/м³ | Порог 1 | Порог 2 |
|---|---|---|---|
| Оксид углерода (CO) | 20 | 20 мг/м³ | 100 мг/м³ |
| Аммиак (NH₃) | 20 | 20 мг/м³ | 100 мг/м³ |
| Сероводород (H₂S) | 10 | 10 мг/м³ | 30 мг/м³ |
| Диоксид серы (SO₂) | 10 | 10 мг/м³ | 50 мг/м³ |
Системы контроля загазованности: состав и принцип работы
Основные компоненты системы
Система контроля загазованности представляет собой комплекс взаимосвязанных устройств, включающий датчики-сигнализаторы, блок управления и сигнализации, исполнительные устройства и линии связи. Датчики устанавливаются непосредственно в контролируемом помещении, блок управления размещается в операторной или диспетчерском пункте, а исполнительные устройства монтируются на технологическом оборудовании.
Состав системы контроля загазованности:
- Сигнализаторы загазованности по метану с термохимическими датчиками, измеряющими концентрацию в диапазоне 0-100% НКПР
- Сигнализаторы по оксиду углерода с электрохимическими датчиками, контролирующими диапазон 0-200 мг/м³
- Блок управления и сигнализации, обрабатывающий сигналы от датчиков и формирующий команды на исполнительные устройства
- Электромагнитные клапаны на газопроводах для автоматического отключения подачи газа при аварии
- Световые и звуковые оповещатели для предупреждения персонала о загазованности
- Пульт диспетчера с графическим интерфейсом, отображающим текущие показания всех датчиков
Принцип работы термохимических датчиков
Термохимические датчики, применяемые для контроля горючих газов, работают на принципе каталитического окисления газа на нагретой платиновой спирали. Чувствительный элемент представляет собой платиновую проволоку с нанесенным катализатором, нагретую до температуры 400-500°C. При контакте с горючим газом происходит его окисление на поверхности катализатора с выделением тепла, что приводит к изменению сопротивления спирали, пропорциональному концентрации газа.
Принцип работы электрохимических датчиков
Электрохимические датчики для контроля токсичных газов основаны на химической реакции молекул газа на поверхности электрода с образованием электрического тока. Внутри датчика находится электролит и система электродов. При прохождении молекул CO, H₂S или других токсичных газов через мембрану происходит их окисление на рабочем электроде, в результате чего возникает электрический ток, прямо пропорциональный концентрации газа. Срок службы электрохимических датчиков составляет 3-5 лет.
Блокировки и исполнительные устройства
Автоматическое отключение подачи газа
При достижении концентрации газа уровня 20% НКПР система контроля загазованности формирует команду на закрытие электромагнитных клапанов на газопроводах. Клапаны должны обеспечивать полное перекрытие потока газа за время не более 1-2 секунд. На вводе газа в помещение устанавливается нормально открытый электромагнитный клапан, который закрывается при подаче сигнала от системы загазованности или при пропадании электропитания.
Возобновление подачи газа после срабатывания блокировки возможно только вручную после проветривания помещения и снижения концентрации газа ниже первого порога. Это исключает автоматическое повторное включение при неустраненной утечке. Оператор должен установить причину загазованности, устранить утечку, проветрить помещение и только после этого нажать кнопку сброса на блоке управления.
Отключение технологического оборудования
На объектах категории А по взрывопожарной опасности при превышении 20% НКПР предусматривается автоматическое отключение технологического оборудования. Система подает команду на остановку насосов, компрессоров, технологических линий. При невозможности остановки оборудования включается аварийная сигнализация для оповещения персонала о необходимости ручной остановки.
Важно: вентиляционное оборудование при загазованности не отключается, а наоборот, переводится в аварийный режим с повышенной производительностью. Отключение вентиляции недопустимо, так как это приведет к дальнейшему росту концентрации газа.
Аварийная вентиляция при загазованности
Назначение и требования к производительности
Аварийная вентиляция предназначена для быстрого удаления опасных концентраций газов из помещения при внезапной утечке. Производительность аварийной вентиляции нормируется в зависимости от категории помещения. Согласно нормативным документам для помещений категории А требуется обеспечить 8-кратный воздухообмен по полному внутреннему объему помещения в час. Для остальных производственных помещений аварийная вентиляция совместно с рабочей должна обеспечивать не менее 8 обменов в час.
Включение аварийной вентиляции осуществляется автоматически от газоанализаторов при достижении концентрации взрывоопасных паров 10% от НКПР. Системы аварийной вентиляции должны иметь электроснабжение первой категории надежности, чтобы обеспечить их работу даже при отключении основного электропитания объекта. Вентиляторы аварийной вентиляции должны быть во взрывозащищенном исполнении.
Режимы работы вентиляционных систем
В нормальном режиме в помещениях категории А работает приточно-вытяжная вентиляция, обеспечивающая 10-кратный воздухообмен в рабочее время и 3-кратный в нерабочее время. При достижении первого порога загазованности 10% НКПР автоматически включается аварийная вытяжная вентиляция дополнительно к рабочей. Суммарная производительность должна составлять не менее 8 обменов в час.
Блокировки вентиляционных систем:
- Технологическое оборудование блокируется с приточно-вытяжной вентиляцией — запуск оборудования невозможен при неработающей вентиляции
- Аварийная вентиляция сблокирована с сигнализаторами загазованности — автоматическое включение при превышении 10% НКПР
- При снижении концентрации газа ниже 10% НКПР аварийная вентиляция продолжает работать еще 15 минут для полного проветривания
- Ручное включение аварийной вентиляции предусмотрено снаружи у входной двери для проветривания перед входом персонала
Размещение датчиков загазованности
Установка датчиков по метану и природному газу
Метан и природный газ легче воздуха, поэтому при утечке поднимаются вверх и скапливаются под потолком. Сигнализаторы загазованности по метану устанавливаются в верхней зоне помещения непосредственно над источником потребления газа. Расстояние от потолка до датчика должно составлять не менее 10 см, расстояние от газового оборудования — не менее 1 метра по горизонтали согласно РД БТ 39-0147171-003-88.
При наличии в помещении нескольких застойных зон, где отсутствует естественная циркуляция воздуха, в каждой зоне устанавливается отдельный датчик. На каждые 200 м² площади помещения устанавливается не менее одного датчика, но в любом случае не менее одного на помещение. В помещениях с арочным потолком датчики размещаются в самой высокой точке.
Установка датчиков по оксиду углерода
Оксид углерода имеет плотность, близкую к плотности воздуха, и равномерно распределяется по объему помещения. Датчики по угарному газу устанавливаются на высоте 1,5-1,8 метра от уровня пола, что соответствует зоне дыхания человека согласно РД 12-341-00. Рекомендуется размещать датчики вблизи входов в помещение, где персонал получит раннее предупреждение при входе в загазованную зону.
Для сжиженных газов пропана и бутана, которые тяжелее воздуха, датчики устанавливаются в нижней зоне помещения на расстоянии 0,3-0,5 метра от уровня пола. Особое внимание уделяется приямкам, подвалам и каналам, где возможно скопление тяжелых газов.
Оповещение персонала и диспетчеризация
Световая и звуковая сигнализация
Каждый датчик загазованности оснащен встроенными индикаторами: зеленый светодиод горит в нормальном режиме, желтый мигает при неисправности датчика, красный включается при превышении порога. Звуковой сигнализатор работает в двух режимах: прерывистый звук при первом пороге 10% НКПР и непрерывный при втором пороге 20% НКПР. Уровень звукового давления на расстоянии 1 метр составляет не менее 80 дБ при уровне шума до 50 дБ.
Дополнительные световые и звуковые оповещатели устанавливаются снаружи помещения у входных дверей. Это предупреждает персонал о загазованности до входа в опасную зону. Световые маяки видны на расстоянии до 50 метров, что обеспечивает заблаговременное оповещение работников на территории объекта.
Передача сигналов на диспетчерский пункт
Системы контроля загазованности интегрируются с общей системой диспетчеризации объекта. Информация о состоянии датчиков, срабатывании порогов, положении клапанов передается по интерфейсу RS-485 на пульт диспетчера. Диспетчер видит на мониторе план помещений с указанием местоположения каждого датчика, текущие показания концентрации газа и состояние исполнительных устройств.
Функции диспетчерского пульта:
- Отображение текущих значений концентрации газа по всем датчикам в режиме реального времени
- Ведение архива событий с фиксацией даты, времени и значения концентрации при каждом срабатывании
- Дистанционное квитирование сигналов тревоги и управление исполнительными устройствами
- Контроль исправности датчиков с индикацией неисправностей и обрывов линий связи
- Формирование отчетов по работе системы для представления в органы Ростехнадзора
Техническое обслуживание и поверка
Периодичность проверок и регламентных работ
Системы контроля загазованности требуют регулярного технического обслуживания для поддержания работоспособности. Ежесменно оператор проверяет индикацию датчиков и блока управления, контролирует отсутствие сигналов неисправности. Еженедельно проводится продувка датчиков чистым воздухом для удаления пыли и загрязнений с чувствительных элементов.
Ежемесячно выполняется проверка работоспособности системы путем подачи тестового газа на датчики. Используются поверочные газовые смеси с аттестованным содержанием метана 50% НКПР или оксида углерода 100 мг/м³. Проверяется срабатывание звуковой и световой сигнализации, закрытие электромагнитных клапанов, включение аварийной вентиляции.
Калибровка и поверка датчиков
Метрологическая поверка сигнализаторов загазованности проводится ежегодно аккредитованной лабораторией. Поверка выполняется с использованием эталонных газовых смесей, прослеживаемых к государственному первичному эталону. После поверки выдается свидетельство о поверке, подтверждающее соответствие метрологических характеристик прибора требованиям нормативной документации.
Термохимические датчики по метану имеют срок службы 5-7 лет, электрохимические датчики по оксиду углерода — 3-5 лет. По истечении срока службы чувствительные элементы подлежат замене, так как их характеристики деградируют и не могут быть восстановлены калибровкой.
Частые вопросы о контроле загазованности
Контроль загазованности помещений является важнейшим элементом обеспечения промышленной безопасности на объектах, использующих горючие и токсичные газы. Двухпороговая система с уровнями срабатывания 10% и 20% НКПР обеспечивает надежное предупреждение аварийных ситуаций на ранней стадии. Интеграция сигнализаторов загазованности с аварийной вентиляцией, блокировками подачи газа и системами диспетчеризации создает многоуровневую защиту персонала и оборудования от опасных концентраций газов.
