| |
Измерение стационарными газоанализаторами довзрывоопасных концентраций метановодородных смесей в атмосфере калийных рудников
Особенностью воздушной среды подземных выработок калийных рудников является высокое содержание метана (СН4) и водорода (Н2), а также мелкодисперсной калийной пыли в сочетании с проявлениями сероводорода (Н2S).
Для определения довзрывоопасных концентраций смесей водорода и метана используются газоанализаторы с термохимическим методом измерения. Применение в настоящее время иных методов измерения, в том числе термокондуктометрии или инфракрасной спектрометрии, невозможно.
В первом случае отсутствие избирательности и большая разница в теплопроводности измеряемых газов не позволяет адекватно определить концентрацию смеси СН4 и Н2 в воздухе.
Во втором случае отсутствие полосы поглощения водородом инфракрасной энергии ближней и средней области спектра исключает возможность измерения H2 в контролируемой среде.
Все это объясняет широкое распространение газоанализаторов с термохимическим методом измерения для контроля концентрации метановодородных смесей в атмосфере.
Однако датчики термохимических газоанализаторов при работе в воздушной среде калийных рудников имеют невысокий срок службы и требуют частой калибровки. Чувствительные элементы сенсоров, устанавливаемых на добывающие машины, разрушаются под воздействием вибрационных и ударных нагрузок.
Воздействие сероводорода на каталитически активную поверхность чувствительных элементов приводит к деградации чувствительности, изменению соотношения сигналов от метана и водорода. Оседание мелкодисперсной пыли на входных элементах датчика ведет к блокировке поступления газа в измерительную камеру, причем неравномерно по отношению к метану и водороду.
Физико-химическая фильтрация сероводорода и калийной пыли требует применения побудителя расхода и насоса. При этом высокая нагрузка на фильтрующие элементы приводит к постоянной замене последних в условиях подземных выработок. Надежность механических подвижных элементов при непрерывной работе в шахтных условиях не высока. Побудитель требует постоянного контроля и обслуживания.
В 2008 году на рудниках ООО "Уралкалий" г. Березняки Пермского края проведены испытания стационарных датчиков (газоанализаторов) горючих газов ДМС-03Э, разработанных в ООО "Научно-производственный центр автоматизации техники безопасности" г. Москва.
Датчики испытуемой партии использовались для контроля довзрывоопасных концентраций метановодородных смесей в месте работы добывающих органов комбайна. При этом измерительные головки размещались в точках контроля газовой среды, а корпус датчика (в нем расположено аппаратное отделение и отделение кабельных вводов) располагался в кабине комбайна, датчик подключался к цепи искробезопасного питания 12 В и через контакты встроенного реле предельных концентраций к системе управления питанием комбайна.
Газоанализаторы ДМС-03Э в течение года периодически поднимались на поверхность для поверки в условиях мастерской и Госповерки.
Проведенные испытания подтвердили надежность работы датчиков ДМС-03Э в условиях калийных рудников. Было принято решение о внедрении стационарных газоанализаторов ДМС-03Э на предприятиях ООО "Уралкалий".
В датчиках ДМС-03Э применены чувствительные элементы ТПЭ производства ООО "НПЦ АТБ". Конструкция, рецептура катализатора и технология измерения позволяет при потребляемой мощности 45 мВт на один чувствительный элемент первичного преобразователя обеспечить высокую и долговременную стабильность чувствительности в реальных условиях эксплуатации. Измерение концентрации водорода производится при температуре (250±3) °С, а измерение суммарной концентрации СН4+Н2 при температуре (425±3) °С.
Выбранные температуры для применяемого катализатора обеспечивают повышенную резистивность катализатора к отравляющему воздействию сероводорода. Электронная система стабилизации температуры чувствительных элементов устанавливает и поддерживает повышенную рабочую температуру, но при этом исключает перегрузку при повышении концентрации измеряемых компонентов.
Мембранный фильтр защищает поверхность диффузионного входного огнепреградителя датчика от капельной влаги и пыли. Материал фильтра изготовлен на основе ультрамелкопористого второпластового материала, исключающего накопление влаги и адгезию мелкодисперсной пыли на своей поверхности. Фильтрующая мембрана легко заменяется в процессе эксплуатации и имеет низкую цену.
Измерительная головка датчика ДМС-03Э может выноситься до 30 м от корпуса. В процессе опытной эксплуатации она была расположена на расстоянии 1,5-2 метров.
Датчик ДМС-03Э кроме индикации измеряемых значений концентрации, выраженных в % НКПР, выходных нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов исполнительных реле имеет выходной внешний сигнал по току (1-5) мА или по напряжению (0.4-2) В. Низкое потребление датчика, которое составляет не более 40 мА, позволяет использовать его в системах контроля безопасности распределенных объектов с удалением до 3 км от источников питания и блоков сбора информации.
Датчик метана ДМС-03 производится серийно и применяется в системе аэрогазовой безопасности шахт и рудников "Микон-1Р", которую выпускает ООО "Ингортех" г. Екатеринбург.
Внедрение датчиков ДМС-03Э позволяет повысить уровень взрывобезопасности в сложных условиях эксплуатации с проявлениями выделения метана и водорода на калийных рудниках.
Авторы: Кулин Л.А., Сизов В.В. (ООО "НПЦ АТБ", г. Москва)
|
|
