Приборы контроля атмосферы танков типы приборов контроля атмосферы

В ходе проведения инертизации, продувки и вентиляции грузовых танков зачастую возникает необходимость контроля атмосферы в грузовых помещениях, ограниченных (закрытых) пространствах или даже на грузовой палубе. При этом по результатам замеров определяют наличие:

• опасности возникновения пожара,

• опасности для здоровья персонала.

В настоящее время для проведения замеров используют самые разнообразные приборы, основанные на различ­ных принципах действия. Перечень минимально необходимых приборов, которые потребуются для контроля атмо­сферы на судах-газовозах, включает:

• кислородомер для измерения концентрации кислорода в атмосфере,

• интерферометр для измерения процентного содержания паров углеводородов в атмосфере,

• детектор взрывоопасных газов (эксплозиметр) для измерения взрывоопасных концентраций в пределах НПВ (% LEL),

• эксплозиметр для определения процентного содержания паров углеводородов по объему,

• прибор для измерения содержания токсичных веществ в атмосфере.

На каждом судне должно быть не менее двух комплектов этих приборов.

Однако при транспортировке некоторых газов требуется наличие специальных приборов для контроля содержания паров этих газов в атмосфере помещений. Например, при перевозке винилхлорида требуется наличие на судне прибо­ра, позволяющего производить постоянные замеры малых концентраций VCM в течение всего рабочего дня (Long term measuring).

Любая измерительная аппаратура дает информацию О концентрации кислорода, взрывоопасных газов или токсич­ных газов только в определенном месте и в определенное время. Однако общее состояние атмосферы в танке может намного отличаться от характеристики атмосферы в месте, где произведен замер, которое к тому же может меняться со временем. Поэтому, для того чтобы определить действительное состояние атмосферы в танке, замеры необходимо выполнять в нескольких точках, а затем через определенные интервалы производить повторные замеры в тех же точ­ках. Более того, все измерительные приборы должны быть откалиброваны на какой-то один газ, и при измерении содержания других газов необходимо вносить коррективы, иначе показания замеров будут с большими ошибками, что в некоторых случаях может иметь негативные последствия.

Приборы для измерения взрывоопасных концентраций газов

Принцип действия таких приборов зависит от диапазона измеряемой концентрации. Для измерения небольших концентраций, находящихся ниже нижнего предела взрываемости, обычно используют метод каталитичес­кого сжигания, или сгорания, газа. Концентрации более высокого порядка определяют на основе замеров скорости потери тепла или на показании преломления света (рефракции).

Эксплозиметры

Приборы с каталитическим сенсором.

Рассмотрим принцип действия наиболее распространенного эксплозиметра (рис. 11), определяющего концентрацию газов в процентах от НПВ. Следует помнить, что такой прибор годен только для замеров концентрации газов в воздушной атмосфере с содержанием кислорода не ниже 10,8% по объему и таким содержанием паров углеводородов, когда смесь еще не представляет пожароопасности.

Рис. 11. Принцип работы эксплозиметра с каталитическим сенсором

Работа прибора основана на каталитическом взаимодействии нагретой платиновой нити и газов. Платиновая нить нагревается электрическим током 200—320 мА до температуры 450° С. Смесь паров углеводородов и воздуха, попадая на раскаленную нить, сгорает в присутствии катализатора и тем самым увеличивает температуру нити.

Горение — это реакция окисления с образованием углекислого газа, воды и выделением теплоты. Например, для метана процесс горения можно записать так:

СН4 + 2O2 + 450° С + катализатор => СО2 + 2H2O + 800 кДж.

В некоторых приборах платиновая нить заменена керамическим шариком, но принцип действия прибора тот же. Увеличение температуры платиновой нити повлечет за собой увеличение сопротивления в цепи, что и будет индуциро­вать прибор.

Схема прибора представляет собой мостик Уитстона с чувствительным элементом в виде каталитической нити накаливания, образующей одно из плеч мостика. Индикатор приводится в состояние готовности в процессе баланси­ровки мостика с каталитической нитью накаливания при температуре, соответствующей требованиям завода-изгото­вителя, путем контакта нити с пробой чистого воздуха. В результате балансировки определяется «0» (установка «0»),

Увеличение сопротивления нити, вызываемое ее окислением, нарушает равновесие мостика и вызывает отклоне­ние показаний прибора на величину, пропорциональную концентрации газа. Шкала прибора градуируется от 0 до 100% НПВ.

Некоторые приборы содержат дополнительную электрическую схему для снятия показаний в диапазоне 0— 10% НПВ.

Для получения устойчивых показаний прибора напряжение в мостике должно поддерживаться постоянным при помощи предусмотренной в приборе системы регулировки.

Другое плечо мостика содержит вторую некаталитическую (вольфрамовую) нить накаливания (компенсирую­щую), идентичную чувствительной нити, причем обе они расположены очень близко друг к другу (размер сенсора в целом не превышает нескольких миллиметров). Вторая нить постоянно находится в контакте с чистым воздухом, что автоматически компенсирует влияние изменения температуры окружающей среды и влажности на показания прибора.

Регулировочные сопротивления в плечах мостика выполнены из материала, сопротивление которого не зависит от температуры.

Измерения такими приборами следует проводить в полном соответствии с требованиями завода-изготовителя.

Проба газа закачивается в прибор при помощи руч­ной или механической помпы. На входе смесь проходит через фильтр, задерживающий микрочастицы, а затем через пламегаситель, предотвращающий попадание пла­мени, образующегося при сгорании углеводородов, в атмосферу. Такой же пламегаситель установлен и на вы­ходном патрубке. После того как стрелка прибора пере­стает двигаться по шкале, снимают показания прибора.

Несбалансированность напряжения на приборе про­порциональна концентрации углеводородов, в 2—3 раза превышающих НПВ, хотя показание прибора не может выходить за пределы 100% НПВ.

Если измеряемая концентрация в 2 раза превышает НПВ, кислорода в смеси недостаточно для полного сго­рания паров углеводорода. На такую концентрацию при­бор реагирует следующим образом: стрелка прибора сна­чала отклоняется до максимальной отметки, а затем вновь

падает до нуля. Поэтому при замерах атмосферы поме­щений с неустановленным содержанием углеводородов следует внимательно наблюдать за показанием прибора с тем, чтобы не пропустить вышеупомянутое его реагиро­вание.

Продолжительная эксплуатация прибора в атмосфере с повышенным содержанием углеводородов приводит к отложению углерода на нити накаливания и изменяет чувствительность прибора. По той же причине (из-за неполного сгорания смеси углеводородов и воздуха) прибор не позволяет произвести замеры содержания паров углеводородов в инертной среде или в атмосфере с недостаточным содержанием кислорода (менее 11% по объему).

Рис. 12. Зависимость показаний прибора от вида калибровочного газа

На заводе-изготовителе такие приборы калибруют специальными газовыми смесями, состав которых должен быть указан на бирке прибора. Чувствительность прибора следует контролировать перед каждым его использованием.

Прибор калибруют в зависимости от требований компании каждые два месяца при помощи специального калиб­ровочного набора. В это же время обычно и проверяют линии отбора проб прибора на герметичность. Для этого сжимают грушу и закрывают газозаборное отверстие. Если протечек нет, то груша остается в сжатом состоянии.

И, наконец, не реже чем один раз в год, прибор должен быть откалиброван в лабораторных условиях с выдачей соответствующего сертификата.

На точность измерения в значительной степени влияют резкие перепады температур и избыточное давление в контролируемой атмосфере, приводящее к высокоскоростному потоку пробы газа.

Если прибор откалиброван на какой-либо отдельный углеводород (газ) и завод-изготовитель не предоставил пересчетных таблиц для измерения содержания других газов, то прибор можно использовать только для того газа, на который он откалиброван (рис. 12).

На точность показаний прибора в значительной степени влияет содержание в пробе различных примесей и газов, которые могут оказать пагубное воздействие на каталитический сенсор. Например, присутствие в пробе газов или веществ, содержащих соединения серы, фосфора, свинца и кремния, вызывает коррозию сенсора. Присутствие же в пробе газа галогеноуглеводородов способствует возникновению на поверхности сенсора налета, который снижает его чувствительность. Такие газы, как VCM, бутадиен, стирол и др., вызывают формирование на поверхности сенсора слоя полимеров, чем значительно снижают время его «жизни».

Как правило, для тех продуктов, которые имеют температуру вспышки в пределах температуры окружающей среды (±5—10° С), приборы такого типа дают весьма точный результат. Но иногда они могут показывать содержание в атмосфере концентраций углеводородов, хотя на самом деле их в атмосфере нет.

Ниже перечислены газы, вызывающие отклонение показаний прибора от нулевой отметки (табл. 15).