Бзор современных методов измерения концентрации газа и выбор оптимального
РЕФЕРАТ
Дипломный проект: 120 с., 37 рис., 26 табл., 8 приложений, 20 источников.
Объект исследования – мультигазовый анализатор.
Цель работы – разработка мультигазового анализатора предназначен для непрерывного мониторинга атмосферы рабочей зоны в подземных выработках шахт и рудников, в том числе опасных по газу или пыли, а также предприятий химической, нефтегазовой, энергетической промышленности, объектов общепромышленного назначения.
В данном дипломном проекте магистра разработан мультигазовый анализатор (далее – газоанализатор). В основу работы газоанализатора положен на физико-химический метод измерения концентрации газов в воздухе посредством измерительного преобразователя и преобразование полученной величины в цифровой код, соответствующий определенной концентрации газа в атмосфере помещения или шахты.
Новизна разработки заключается в использовании измерительной платы, которая подключается к персональному компьютеру (ПК) и работает с помощью установленого програмного обеспечения. Это позволяет повысить быстродействие, по сравнению с обычными стационарными измерительными приборами, значительно уменьшить габариты, за счет использования вычислительных возможностей компьютера, использовать всего одну плату как многофункциональное устройство, изменяя всего лишь программное обеспечение для управления этой платой.
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования – внедрение мультигазового газоанализатора в производство.
ПОРТАТИЫНЫЙ ПРИБОР, ГАЗОАНАЛИЗАТОР, НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОЕ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ,
ВВЕДЕНИЕ
Эндогенные пожары, возникающие от самовозгорания угля, являются наиболее распространенным видом аварий на угольных шахтах стран СНГ. В результате самовозгорания угля рудничная атмосфера заполняется токсичными продуктами окисления и термического разложения угля, а возникший очаг может воспламенить взрывоопасные скопления горючих газов и угольной пыли. Эндогенные пожары наносят шахтам и огромный экономический ущерб, обусловленный затратами на тушение и ликвидацию последствий пожаров, а также потерями дорогостоящей угледобывающей техники, горных выработок, подготовленных к выемке запасов угля.
Сложность борьбы с самовозгоранием угля в основном обусловлена тем, что большая часть эндогенных пожаров возникает в выработанном пространстве, что существенно затрудняет обнаружение процесса самовозгорания, определение местонахождения и параметров очага. Серьезные трудности представляет и тушение таких пожаров. Для предотвращения попадания токсичных продуктов горения в действующие выработки и снижения концентрации кислорода в зоне горения пожарный участок приходится изолировать. Подача хладагента в таких случаях зачастую малоэффективна из-за отсутствия достоверных данных о местонахождении очага.
В настоящее время основным способом обнаружения самовозгорания угля в выработанном пространстве шахт является анализ рудничной атмосферы на содержание индикаторных газов, к которым относят оксид углерода, водород, предельные и непредельные углеводороды. Однако результаты исследования показали, что такие газы выделяются также при низкотемпературном окислении и разрушении угля, что существенно затрудняет идентификацию очагов самовозгорания в выработанном пространстве по составу рудничной атмосферы.
Согласно НПАОП 10.0-1.01-10 утвержденных приказом № 62 от 23.03.2010 государственным комитетом Украины по промышленной безопасности, охране труда и горного надзора в таблицах 1 и 2 приведены допустимые и недопустимые примеси газов в атмосфере угольных шахт.
Таблица №1 Недопустимые концентрации метана
| Вентиляционная струя, трубопровод | Недопустимая концентрация метана, % по объему. |
| Исходящая из очистной или тупиковой выработки, камеры, выемочного участка, поддерживаемой выработки | Более 1 |
| Исходящая крыла, шахты | Более 0,75 |
| Поступающая на выемочный участок, в очистные выработки, к забоям тупиковых выработок и в камеры | Более 0,5 |
| Местное скопление метана в очистных, тупиковых и других выработках. | 2 и более |
| На выходе из смесительных камер | 2 и более |
| Трубопроводы дл изолированного отвода метана с помощью вентиляторов (эжекторов) | Более 3,5 |
| Дегазационные трубопроводы | От 3,5 до 25 |
Таблица №2 Допустимые концентрации газов
| Вредные газы | Предельно допустимая концентрация газа в действующих выработках шахт | |
| % по объему | мг/м3 | |
| Оксид углерода (СО) | 0,00170 | |
| Оксид азота (в пересчете на NO2) | 0,00025 | |
| Диоксид азота (NO2) | 0,00010 | |
| Сернистый антигрид (SO2) | 0,00038 | |
| Сероводород (H2S) | 0,00071 |
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Газоанализаторы призваны обеспечить безопасность во многих отраслях (промышленность, энергетика, нефтегазовый комплекс, сельское хозяйство, оборонный комплекс, транспорт и т.д.). Один класс приборов должен обеспечить обнаружение возможных утечек взрывоопасных газов и паров до достижения нижнего предела взрываемости. Другой класс приборов обеспечивает обнаружение возможных утечек токсичных газов и паров жидкостей до достижения уровня предела допустимых концентраций. И в первом, и во втором случае газоанализаторы должны подавать сигналы, которые используются для устранения процессов, приводящих к появлению утечек.
В системах экологического и аналитического контроля внешней среды и физико-химических свойств веществ широко применяются датчики и измерительные преобразователи. Эти устройства в сфере экологического контроля и медико-биологических исследований часто называют анализаторами.
Под общим понятием "анализатор" чаще всего подразумевают автоматически или полуавтоматически действующее измерительное устройство (или измерительный преобразователь), которое указывает количественно и качественно состав анализируемого вещества на основе параметров, характеризующих его физические или физико-химические свойства.
Действие анализатора может быть непрерывным или периодическим. Отбор проб также может быть непрерывным или периодическим, ручным или автоматическим. Результат анализа указывается по шкале или регистрируется. О критических значениях результата могут формироваться специальные предупреждающие сигналы.
Типичными анализаторами являются, например, приборы, основанные на измерении поглощения излучения, теплопроводности, магнитной восприимчивости и т.п. К анализаторам можно отнести автоматически действующие вискозиметры, плотномеры, влагомеры, рефрактометры и т.п., поскольку их показания характеризуют состав веществ.
Полуавтоматический анализатор является более низкой ступенью автоматическою анализатора. Полуавтоматический анализатор в своей работе обычно предполагает наличие ручных операций, которые состоят либо в периодической подаче анализируемой пробы, либо в дополнительной обработке результатов анализа. Приборы такого типа не могут применяться в качестве элементов автоматических регулирующих систем. Полуавтоматическим анализатором является, например, хроматограф с ручным дозированием пробы.
Автоматический анализатор относится к числу устройств, которые действуют полностью автоматически, начиная с отбора пробы и кончая выходным сигналом. Эти приборы могут служить в качестве элементов автоматических регулирующих систем или сигнализирующих устройств, так называемых сигнализаторов. Автоматические анализаторы по своим размерам и массе обычно представляют собой стационарные устройства. Для своего функционирования они требуют, за очень редкими исключениями, подвода вспомогательной энергии, чаще всего электрической. В большинстве случаев они работают непрерывно.
бзор современных методов измерения концентрации газа и выбор оптимального
Газоанализатор – это специальный прибор для измерения количественного и качественного состава смеси газов. На сегодняшний день различают 2 основных типа газоанализаторов: автоматические и ручные.
Автоматические газоанализаторы позволяют измерять физико-химический или физический состав смеси газов или отдельных его частей. Исходя из принципа действия, существует 3 группы автоматических анализаторов.
1) Химические или объемно-манометрические анализаторы.
2) Газоанализаторы, основанные на физико-химическом методе.
3) Физические газоанализаторы.