Самым распространенным методом непрерывного обнаружения утечек опасных газов является установка определенного количества датчиков в местах, где утечки
наиболее вероятны. Часто они бывают подключены с помощью электрического соединения к многоканальному контрольному прибору, расположенному на некотором расстоянии в безопасной, не содержащей газа зоне с устройством отображения, сигнальной системой, устройствами регистрации событий и т.д. Нередко они согласуются со стационарной точечной системой обнаружения. Как следует из названия, они расположены в зафиксированном положении в какой-либо зоне (например, на морской эксплуатационной платформе, нефтеперерабатывающем заводе, в лаборатории охлаждаемого хранилища и т.д.)
Комплексность системы обнаружения утечки газа зависит от цели применения, для которой эти данные будут применяться. Запись данных содействует идентификации проблемы и внедрению соответствующих мер безопасности. Если система планируется только в качестве аварийной сигнализации, тогда выходы системы могут быть простыми, и хранения данных не требуется. Поэтому при выборе системы очень важно знать, каким образом будет использоваться информация, чтобы можно было принять решение в пользу подходящих компонентов системы. В области мониторинга токсичных газов использование многоточечных систем мгновенно продемонстрировало свой потенциал в решении целого ряда проблем, связанных с воздействием газов на рабочее место. Оно представляет огромную ценность как для идентификации проблем, так и для ограждения сотрудников и управления от воздействия вредных концентраций токсичных составляющих на рабочем месте.
При проектировании многоточечных систем серьезное внимание следует уделить различным компонентам и их взаимосвязям. Если используются каталитические датчики обнаружения, например, электрические кабельные соединения будут иметь три жилы, каждая сечением 1 мм2, которые будут проводить не только выходной сигнал, но и питание для цепи с измерительным мостом, которая расположена на датчике, чтобы снизить падение напряжения сигнала в кабелях.
В системах мониторинга токсичных (и некоторых горючих) газов забор проб часто производится на некотором расстоянии от модуля, и газы подаются на датчики по пластмассовым трубкам с узким отверстием. Особое внимание при разработке таких систем уделяется выбору подходящих размеров насосов и трубок, узлу последовательного отбора проб (из всех трубок по очереди) и фильтров для улавливания твердых частиц или воды в потоке газа. Размер отверстия трубки может иметь решающее значение, поскольку она должна, с одной стороны, располагать достаточной длиной, чтобы обеспечить высокое быстродействие насоса стандартного размера, и, с другой стороны, не должна быть очень длинной во избежание чрезмерного разбавления воздухом. Каждая точка забора проб должна быть соединена с отдельной трубкой, и если несколько точек соединены с одинарным центральным датчиком, существует необходимость очищать датчик чистым воздухом в промежутках между отдельными заборами проб.
Используемые в стационарных системах контрольные приборы могут располагаться центрально или в разных местах в зависимости от основных эксплуатационных характеристик. Они устанавливаются на панель управления и в любой одиночный канал (то есть, одна плата управления на датчик) или в многоканальные конфигурации, последние оказываются очень полезными там, где необходимо учитывать ограничения по мощности, пространству или стоимости.
Устройство управления включает в себя измерительное устройство, расположенное на передней панели или жидкокристаллический индикатор для отображения концентрации газа для каждого датчика и обычно имеет внутренние реле для таких функций управления, как аварийный сигнал, неисправность и отключение. Число доступных аварийных пределов варьирует в зависимости от модели контрольного прибора, однако обычно может быть установлено до трех пределов, в соответствии с установленными требованиями или принятой в промышленности практикой. Другими полезными функциями являются блокировка по сигналу тревоги и повторная установка, а также предупреждение о перегрузке прибора и аналоговые выходы 4 - 20 мА. Часто цифровые выходы также доступны для подключения контрольного прибора к DCS/BMS. Важно помнить, что основная цель системы обнаружения утечки газа заключается в распознавании роста концентрации газа до того, как она достигнет опасного уровня, и в инициации процесса предотвращения опасной ситуации. Если концентрация газа продолжает приближаться к опасному уровню, тогда управляющее устройство выполняет отключение и инициирует включение аварийной предупредительной сигнализации. Недостаточно просто зарегистрировать событие или измерить уровень газа, воздействующий на персонал.
Кабель и кабельные коробки
В типичной промышленной системе обнаружения утечек газа, наподобие той, что была описана выше, датчики расположены в нескольких "стратегических" точках вокруг предприятия и на различном расстоянии от контрольного прибора. При монтаже электрических соединений для контрольного прибора важно помнить о том, что каждый кабель датчика будет иметь различное сопротивление контура в зависимости от его длины. При наличии детекторов с неизменным постоянным типом напряжения процесс калибровки потребует присутствия сотрудника как у датчика на участке, так и у контрольного прибора. Если речь идет о детекторах постоянного тока или детекторах с локальным передатчиком, калибровка устройства на участке может быть выполнена отдельно от контрольного прибора.
Чтобы защитить кабели датчиков от внешнего повреждения, их или прокладывают в металлическом канале, или же используют подходящие кабели с механической защитой. С каждого конца кабеля устанавливаются защитные уплотняющие манжеты, а датчик монтируется на кабельной коробке, обеспечивая тем самым простую, чистую низкоомную концевую заделку кабеля. Важно также, чтобы все размеры уплотняющих манжет и крепежная резьба подходили к кабельной коробке и используемому наружному диаметру кабеля. Необходимо использовать соответствующую уплотнительную шайбу, чтобы обеспечить герметичность между детектором и кабельной коробкой. Стоит также помнить о том, что производители датчиков обычно указывают максимальное сопротивление контура (не линейное сопротивление) своих соединений датчика, когда приводят информацию для расчета диаметра жилы кабеля для монтажа.
Местоположение датчиков
"Сколько мне требуется детекторов?" и "где мне их расположить?" - два наиболее часто задаваемых вопроса в области систем обнаружения утечек газа, возможно, два наиболее сложных. В отличие от других типов детекторов систем безопасности, таких как детекторы дыма, четкого определения местоположения и количества требуемых детекторов не существует.
Достаточные рекомендации можно найти в стандартах. Кроме того, некоторые регулирующие органы публикуют спецификации с указанием минимальных требований по обнаружению газа для определенных условий применения. Эти справочные материалы удобны, однако носят либо слишком обобщающий характер и поэтому не специализированы в деталях, либо слишком конкретный характер и не подходят для большинства случаев применения.
Местоположение датчиков должно определяться с учетом рекомендаций экспертов, имеющих специальные знания в области рассеивания газов, экспертов со знаниями технологического процесса и используемого оборудования, а также работников службы техники безопасности и инженерно-технического персонала. Результаты согласования местоположения детекторов должны быть зафиксированы.
Детекторы должны быть смонтированы в тех местах, где появление газа считается наиболее вероятным. Участки на промышленном предприятии, требующие максимальной защиты, располагаются вокруг газовых котлов, компрессоров, резервуаров, находящихся под избыточным давлением, а также вокруг баллонов или трубопроводов. Зонами, в которых наиболее вероятны утечки газа, являются клапаны, контрольно-измерительные приборы, фланцы, Т-образные соединения, соединительные муфты, дренажные линии и т.д.
Существует ряд простых и очевидных принципов, которые помогут определить местоположение детектора:
- Для обнаружения газов, более легких чем воздух (например, метан и аммиак), детекторы необходимо монтировать в высокой точке, при установке желательно использовать коллекторный конус.
- Для обнаружения газов, более тяжелых чем воздух (например, бутан и диоксид серы), детекторы необходимо монтировать в низкой точке.
- Изучить возможное поведение выделяющегося газа для естественного и искусственного потока воздуха. Смонтировать детекторы в вентиляционных каналах, если это целесообразно.
- При выборе местоположения детекторов изучить возможность повреждения в связи с природными явлениями, такими как дождь или наводнение. Детекторы, устанавливаемые снаружи, предпочтительнее использовать в блоках с защитой от атмосферных воздействий.
- Использовать солнцезащиту для детектора, если он монтируется в жарком климате и будет подвержен воздействию прямых лучей солнца.
- Изучить технологический режим. Бутан, например, обычно тяжелее воздуха, однако при утечке из технологической линии в условиях повышенной температуры и/или давления, газ скорее начнет подниматься вверх, чем опускаться вниз.
- Детекторы необходимо располагать немного в стороне от деталей, находящихся под высоким давлением, чтобы могло образоваться "газовое облако". В противном случае скорость утечки газа будет высока, и она не будет обнаружена.
- Учесть возможность легкого доступа для функционального тестирования и проведения технического обслуживания.
- При установке детекторов в предусмотренном месте направлять действие датчика вниз. Это предотвратит скопление пыли или воды на лицевой стороне датчика и не будет препятствовать проникновению газа в детектор.
- При размещении инфракрасных устройств с открытым оптическим трактом важно обеспечить отсутствие долговременного снижения чувствительности или блокировки пучка инфракрасных лучей. Кратковременная блокировка транспортными средствами, персоналом, птицами и т.д. может быть компенсирована.
- Обеспечить, чтобы конструкции, на которые монтируются устройства с открытым трактом, были прочными и невосприимчивыми к вибрации.