Взрывозащищенное исполнение является обязательным требованием на объектах, где возможно образование взрывоопасных смесей газов или паров с воздухом. Согласно требованиям технического регламента Таможенного союза ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах» и ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011, все приборы, эксплуатируемые в зонах классов 0, 1 и 2, должны иметь соответствующую маркировку взрывозащиты Ex. Без такой защиты использование обычных газоанализаторов категорически запрещено.
Основная задача газоанализатора Ex — измерение концентрации горючих газов в диапазоне от долей процента нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР) до 100 % НКПР и выше. Приборы подают световую и звуковую сигнализацию при достижении пороговых значений, а стационарные системы могут автоматически включать вентиляцию, отключать электрооборудование или передавать сигнал на верхний уровень АСУ ТП.
Актуальность применения взрывозащищенных газоанализаторов особенно высока на предприятиях нефтегазовой, химической, горнодобывающей и коммунальной отраслей. Правильно выбранный и грамотно эксплуатируемый газоанализатор Ex существенно снижает риски и обеспечивает соответствие требованиям промышленной безопасности.
В настоящей статье подробно рассмотрены принципы работы, типы, характеристики, правила выбора, монтажа и обслуживания газоанализаторов во взрывозащищенном исполнении для горючих газов.
Что такое взрывозащищённое исполнение Ex и почему оно обязательно
Взрывозащита Ex — это комплекс конструктивных и технических решений, предотвращающих воспламенение окружающей взрывоопасной атмосферы от искры, нагрева или других источников энергии, возникающих внутри прибора или при его эксплуатации.
Маркировка взрывозащиты по ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011 и ГОСТ 30852.0-2002
Основная маркировка включает следующие виды взрывозащиты:
- Ex d — взрывонепроницаемая оболочка (flameproof enclosure). Корпус выдерживает внутренний взрыв и не передает его наружу.
- Ex i — искробезопасная электрическая цепь (intrinsic safety). Энергия в цепи ограничена до уровня, не способного вызвать воспламенение.
- Ex e — повышенная безопасность (increased safety). Исключает появление искр и опасных температур в нормальном режиме и при предвидимых неисправностях.
- Ex p — защита избыточным давлением (pressurization). Внутри корпуса поддерживается избыточное давление чистого воздуха или инертного газа.
- Ex n — защита вида «n» для зоны 2 (non-sparking). Упрощенные требования для менее опасных зон.
- Ex t — защита оболочкой от пыли (protection by enclosure) — часто комбинируется с другими видами для газопылевых сред.
Полная маркировка имеет вид, например: Ex d ia IIC T6 Gb.
Здесь:
IIC — группа газов (самая опасная — ацетилен, водород и др.);
T6 — температурный класс (максимальная температура поверхности не превышает +85 °C);
Gb — категория оборудования для зоны 1 (высокий уровень защиты).
Зоны взрывоопасности по ПУЭ (7-е издание) и ГОСТ Р МЭК 60079-10-1-2013
- Зона 0 — взрывоопасная смесь присутствует постоянно или длительно.
- Зона 1 — взрывоопасная смесь возможна при нормальной эксплуатации.
- Зона 2 — взрывоопасная смесь возможна только при аварии и существует короткое время.
Для каждой зоны применяются соответствующие уровни взрывозащиты (Ga, Gb, Gc).
Сравнительная таблица видов взрывозащиты
| Вид взрывозащиты | Обозначение | Основной принцип защиты | Рекомендуемая зона | Преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|---|---|
| Взрывонепроницаемая оболочка | Ex d | Сдерживание взрыва внутри корпуса | 1, 2 | Высокая механическая прочность | Большой вес, сложный монтаж |
| Искробезопасная цепь | Ex i | Ограничение энергии в цепи | 0, 1, 2 | Возможность обслуживания под напряжением | Ограниченная мощность |
| Повышенная безопасность | Ex e | Предотвращение искр и перегрева | 1, 2 | Простота обслуживания | Не для зоны 0 |
| Избыточное давление | Ex p | Продувка чистым воздухом | 1, 2 | Подходит для больших корпусов | Требует системы продувки |
| Защита вида «n» | Ex n | Упрощенные меры для низкого риска | 2 | Низкая стоимость | Только зона 2 |
Принципы работы газоанализаторов горючих газов
Газоанализаторы Ex для горючих газов используют различные физические и химические принципы детекции. Выбор сенсора определяет чувствительность, селективность, время отклика и срок службы прибора.
Основные типы сенсоров
- Каталитические сенсоры (pellistor)
Принцип: окисление горючего газа на нагретой каталитической поверхности с выделением тепла. Изменение сопротивления платиновой спирали фиксируется электронной схемой.
Преимущества: высокая чувствительность к большинству горючих газов, относительно низкая стоимость.
Недостатки: отравление серосодержащими соединениями, силиконами и свинцом; потребление энергии. - Инфракрасные сенсоры (NDIR — Non-Dispersive Infrared)
Принцип: поглощение инфракрасного излучения определенной длины волны молекулами газа.
Преимущества: не расходуют газ, не отравляются, длительный срок службы (до 10 лет), высокая стабильность.
Недостатки: не работают с водородом, высокая стоимость. - Полупроводниковые (МОП) сенсоры
Принцип: изменение проводимости полупроводникового материала при адсорбции газа.
Преимущества: высокая чувствительность, компактность.
Недостатки: низкая селективность, влияние температуры и влажности. - Электрохимические сенсоры
Принцип: окислительно-восстановительная реакция газа на электроде с образованием электрического тока.
Чаще применяются для токсичных газов, но существуют модели для некоторых горючих веществ. - Фотоионизационные детекторы (PID)
Принцип: ионизация молекул газа ультрафиолетовым излучением с последующим измерением ионного тока.
Преимущества: очень высокая чувствительность к органическим парам (ppm-диапазон).
Недостатки: не селективны, требуют периодической калибровки лампы.
Сравнительная таблица сенсоров для горючих газов
| Тип сенсора | Диапазон измерения | Время отклика (T90) | Селективность | Срок службы | Влияние отравляющих веществ | Потребление энергии |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Каталитический | 0–100 % НКПР | 10–30 сек | Средняя | 2–5 лет | Высокое | Высокое |
| Инфракрасный (NDIR) | 0–100 % НКПР | 15–40 сек | Высокая | 5–10 лет | Отсутствует | Низкое |
| Полупроводниковый | 0–100 % НКПР | 5–20 сек | Низкая | 3–7 лет | Среднее | Среднее |
| PID | 0–10000 ppm | 2–10 сек | Низкая | 1–3 года | Низкое | Среднее |
Типы газоанализаторов Ex
Портативные газоанализаторы Ex
Компактные приборы для периодического контроля и обхода территории. Обычно оснащаются 1–6 сенсорами одновременно. Работают от встроенного аккумулятора. Масса большинства моделей не превышает 500–800 г. Предназначены для работы в зонах классов 0, 1 и 2.
Стационарные газоанализаторы Ex
Устанавливаются на объекте для непрерывного мониторинга. Могут быть одноточечными и многоточечными (с пробоотборными линиями). Подключаются к сети 220 В или 24 В. Имеют выходы 4–20 мА, Modbus, релейные контакты для управления внешними устройствами.
Носимые персональные газоанализаторы Ex
Маленькие приборы, крепящиеся на одежду работника. Обеспечивают индивидуальную защиту. Обязательно имеют мощную звуковую и вибросигнализацию.
Комбинированные системы
Включают несколько стационарных датчиков, контроллер и систему оповещения. Могут интегрироваться в общеобъектовую систему безопасности.
Сравнение типов газоанализаторов Ex
| Тип прибора | Мобильность | Количество газов | Автономность | Стоимость эксплуатации | Основное применение |
|---|---|---|---|---|---|
| Портативный | Высокая | 1–6 | 8–24 часа | Средняя | Обходы, ремонтные работы |
| Стационарный | Отсутствует | 1–32 | Постоянная | Низкая | Непрерывный мониторинг |
| Персональный носимый | Высокая | 1–4 | 10–20 часов | Средняя | Индивидуальная защита персонала |
| Комбинированная система | Отсутствует | До 100+ | Постоянная | Высокая | Крупные производственные объекты |
Основные измеряемые параметры и диапазоны
Газоанализаторы Ex для горючих газов измеряют концентрацию в следующих единицах:
- % НКПР (процент от нижнего концентрационного предела распространения пламени);
- % об. (объемная доля);
- ppm (миллионные доли);
- мг/м³ (для некоторых паров).
Нижние и верхние концентрационные пределы распространения пламени (по ГОСТ 12.1.044-89)
| Газ / Пар | НКПР, % об. | ВКПР, % об. | Температура вспышки, °C |
|---|---|---|---|
| Метан | 5,0 | 15,0 | — |
| Пропан | 2,1 | 9,5 | −104 |
| Бутан | 1,8 | 8,4 | −60 |
| Водород | 4,0 | 75,0 | — |
| Пары бензина | 0,7–1,3 | 6,0–8,0 | −40…−20 |
| Этанол | 3,6 | 19,0 | +13 |
Пороги сигнализации обычно устанавливаются на уровне 20 % НКПР (предупредительный) и 50 % НКПР (аварийный).
Области применения взрывозащищенных газоанализаторов
Нефтегазовая и нефтехимическая промышленность
Контроль утечек на буровых платформах, газоперерабатывающих заводах, резервуарных парках, насосных станциях.
Горнодобывающая промышленность
Мониторинг метана и других газов в шахтах и рудниках (особенно важно в угольных шахтах).
Коммунальное хозяйство
Контроль загазованности в канализационных коллекторах, на газораспределительных станциях, в подземных сооружениях.
Химическая промышленность
Контроль паров растворителей, водорода и других горючих веществ в реакторных отделениях.
Склады легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ)
Мониторинг паров бензина, керосина, ацетона в закрытых складах.
Энергетика
Контроль водорода в аккумуляторных помещениях и турбинных залах.
Пищевая промышленность
Контроль метана и других газов при производстве спиртов, дрожжей и ферментации.
Как правильно выбрать газоанализатор Ex
Выбор взрывозащищенного газоанализатора следует проводить по следующему алгоритму:
- Определить класс зоны взрывоопасности (0, 1 или 2).
- Установить перечень контролируемых газов и их приоритет.
- Выбрать тип прибора (портативный, стационарный, персональный).
- Определить требуемый диапазон измерения и пороги сигнализации.
- Учесть условия эксплуатации (температура от −40 до +60 °C, влажность, наличие пыли, агрессивные среды).
- Выбрать тип сенсоров исходя из требований к селективности и сроку службы.
- Проверить соответствие маркировки взрывозащиты зоне и группе газов.
- Оценить необходимость выходных сигналов (4–20 мА, реле, цифровые протоколы).
- Учесть требования к автономности и времени работы без подзарядки.
- Проверить наличие сертификатов соответствия ТР ТС 012/2011 и ГОСТ Р МЭК 60079.
- Оценить удобство калибровки и технического обслуживания.
- Рассмотреть возможность интеграции в существующую систему безопасности.
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Требования к монтажу
Монтаж стационарных газоанализаторов должен выполняться в соответствии с ПУЭ (7-е издание), главой 7.3 «Электроустановки во взрывоопасных зонах» и ГОСТ Р МЭК 60079-14-2013. Датчики размещают в местах наиболее вероятного скопления газа с учетом плотности газа (легче или тяжелее воздуха).
Периодичность поверки и калибровки
Поверка газоанализаторов проводится в соответствии с межповерочным интервалом, указанным в паспорте прибора (обычно 1 раз в 12 месяцев). Калибровка выполняется каждые 3–6 месяцев или после замены сенсоров.
Типовые неисправности
- Отравление каталитического сенсора;
- Загрязнение оптического окна инфракрасного сенсора;
- Разряд аккумулятора в портативных моделях;
- Нарушение герметичности корпуса.
Рекомендации по продлению срока службы
- Регулярная очистка корпуса и фильтров;
- Хранение запасных сенсоров в рекомендуемых условиях;
- Использование только сертифицированных калибровочных газовых смесей;
- Обучение персонала правилам эксплуатации.
Современные тенденции развития газоанализаторов Ex
В настоящее время активно развиваются беспроводные системы мониторинга на базе протоколов ZigBee, LoRa и WirelessHART. Появляются приборы с элементами искусственного интеллекта, способные прогнозировать рост концентрации газа и отличать реальные утечки от ложных срабатываний. Миниатюризация сенсоров позволяет создавать многофункциональные персональные приборы массой менее 200 г. Улучшается селективность инфракрасных и оптических технологий, что снижает количество ложных тревог.
Заключение
Газоанализаторы во взрывозащищенном исполнении (Ex) для горючих газов являются ключевым элементом системы обеспечения промышленной безопасности на объектах с повышенным риском взрыва. Правильный выбор типа прибора, сенсора, уровня взрывозащиты и грамотная эксплуатация позволяют существенно снизить вероятность аварий, связанных с утечками горючих газов.
При подборе оборудования необходимо учитывать всю совокупность факторов: класс зоны, перечень газов, условия эксплуатации, требования к интеграции и техническому обслуживанию. Регулярная калибровка, своевременная замена сенсоров и соблюдение требований нормативных документов (ТР ТС 012/2011, ГОСТ Р МЭК 60079, ПУЭ) гарантируют стабильную и надежную работу газоанализаторов на протяжении всего срока службы.
Использование современных взрывозащищенных газоанализаторов — это не только выполнение требований законодательства, но и реальное повышение уровня безопасности персонала и сохранности имущества предприятия.