Рис. 5. Полупроводниковый датчик. Такие датчики изготавливаются из полупроводниковых материалов, их действие основано на свойстве поглощения газа поверхностью нагретого оксида

Автор: В.В. Дружининский, Т.Н. Осичкин (ООО «НТП Трубопровод»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №2/2016

Предприятия, на которых присутствуют горючие и токсичные газы, должны быть оснащены системами непрерывного обнаружения газов для обеспечения промышленной и экологической безопасности. Такие системы создаются в основном на основе однокомпонентных стационарных приборов. Постоянный мониторинг является неотъемлемой частью функционирования предприятия.

Эффективная работа предприятий требует высокой производительности на основе применения более надежного оборудования и современных систем, в том числе систем обнаружения горючих и токсичных газов.

Достигаемая экономическая выгода делает применение таких систем обязательным.

Современные требования к высоким стандартам безопасности, производительности, низкой добавленной стоимости продукции, простоте эксплуатации и обслуживанию создают предпосылки к замене систем обнаружения газа с однокомпонентными приборами универсальными системами обнаружения газов. При создании таких систем необходимо использовать принцип «универсального подхода» к разработке, предусматривающий следующее:

  • оценку существующих систем и сравнение с ними разрабатываемой системы;
  • оценку безопасности и достигаемой долгосрочной экономии при внедрении;
  • возможную модернизацию системы.

Особенности системы. Если в классической системе обнаружения газа детектор применяется в паре с одним датчиком, то универсальная система предусматривает размещение нескольких датчиков с одним детектором для обнаружения различных газов в одном месте. Система позволяет заменить несколько однокомпонентных приборов обнаружения газов, поддерживая работу с различными технологиями обнаружения горючих и токсичных газов.

Возможности системы. Универсальная система может быть укомплектована следующими основными типами датчиков для обнаружения газов:

  • точечными инфракрасными (рис. 1);
    Рис. 1. Точечный инфракрасный датчик измеряет концентрацию горючих газов
    Рис. 1. Точечный инфракрасный датчик измеряет концентрацию горючих газов

    Рис. 2. Инфракрасный датчик с открытым оптическим трактом применяется для горючих и токсичных газов, использует инфракрасную и лазерную технологию в форме широкого пучка лучей и измеряет общее число молекул газа в пучке
    Рис. 2. Инфракрасный датчик с открытым оптическим трактом применяется для горючих и токсичных газов, использует инфракрасную и лазерную технологию в форме широкого пучка лучей и измеряет общее число молекул газа в пучке
  • инфракрасными с открытым оптическим трактом (рис. 2);
  • каталитическими (рис. 3);
  • электрохимическими (рис. 4);
  • полупроводниковыми (рис. 5);
  • теплопроводности (рис. 6).
Рис. 3. Действие каталитического датчика основано на том, что при прохождении горючего газа по поверхности катализатора возникает горение, и выделяющаяся теплота приводит к изменению сопротивления платиновой катушки
Рис. 3. Действие каталитического датчика основано на том, что при прохождении горючего газа по поверхности катализатора возникает горение, и выделяющаяся теплота приводит к изменению сопротивления платиновой катушки
Рис. 4. Газовые электрохимические датчики могут быть использованы для обнаружения большей части обычных токсичных газов, включая CO, H2S, Cl2, SO2 и др.
Рис. 4. Газовые электрохимические датчики могут быть использованы для обнаружения большей части обычных токсичных газов, включая CO, H2S, Cl2, SO2 и др.
Рис. 5. Полупроводниковый датчик. Такие датчики изготавливаются из полупроводниковых материалов, их действие основано на свойстве поглощения газа поверхностью нагретого оксида
Рис. 5. Полупроводниковый датчик.
Такие датчики изготавливаются
из полупроводниковых материалов, их действие основано на свойстве поглощения газа поверхностью нагретого оксида
Рис. 6. Датчик теплопроводности подходит для измерения высоких концентраций смесей бинарных газов. Используется большей частью для определения газов с теплопроводностью намного более высокой, чем у воздуха (например, метана, водорода)
Рис. 6. Датчик теплопроводности подходит для измерения высоких концентраций смесей бинарных газов.
Используется большей частью для определения газов
с теплопроводностью намного более высокой, чем у воздуха (например, метана, водорода)

Протокол связи. Традиционные системы обнаружения используют аналоговые сигналы для связи датчиков с детекторами.

Применение цифровых протоколов связи в универсальной системе позволяет использовать новейшие взаимозаменяемые датчики, увеличить надежность и помехозащищенность сигнала. Универсальность системы обеспечивает «мультипротокольное» применение: могут быть использованы различные коммуникационные протоколы связи в зависимости от потребностей потребителя, смена протоколов осуществляется при помощи смены плат.

Распространенными протоколами связи для применения являются:

  • Modbus – открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave).

Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами;

  • HART-протокол – цифровой промышленный протокол передачи данных. Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4…20 мА;
  • стандарт ISA100.11a – многофункциональный стандарт для промышленных сетей, включающих датчики и приводы. Позволяет обеспечить надежную и безопасную работу в широкой области применений, начиная от мониторинга и заканчивая управлением в замкнутом контуре.

Калибровка. Точная калибровка универсальной системы обнаружения газов имеет решающее значения для обнаружения газов. Для калибровки датчиков на месте установки применяется микропроцессорный передатчик, моделирующий калибровку датчиков в лабораторных условиях: определяет тип датчика, автоматически задает значения калибровки.

Расходы на эксплуатацию. Применение универсальной системы с детекторами, имеющими по три различных датчика, позволяет (в сравнении с системой обнаружения на основе однокомпонентных приборов) уменьшить число устанавливаемых детекторов с дорогостоящими контроллерами в три раза, сократить число прокладываемых проводов и распределительных коробок. Спецификация универсальной системы имеет меньше устройств, что упрощает работу обслуживающего персонала и службы снабжения.

Таким образом, возможности универсальных систем обнаружения газов позволяют работать с широким набором сред, обеспечивать высокие стандарты промышленной безопасности при низких эксплуатационных расходах.

СХОЖИЕ СТАТЬИБОЛЬШЕ ОТ АВТОРА