Анализаторы газового состава

Минобрнауки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Сибирская  государственная автомобильно-дорожная академия»

(ФГБОУ  ВПО «СибАДИ») 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине: «Методы и средства измерений контроля и испытаний»

на тему: «Анализаторы газового состава» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент группы УК-09Э1

Потапова  О.В.

Проверила: Ревякина О.В. 
 
 
 
 

Омск 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….…...3

1. Сущность анализатора газового состава……………………………………..4

2.Область  применения газовых анализаторов…………………………………..7

3. Принцип работы анализатора газового состава.…………..………………....8

4. Тип анализаторов газового состава по разным признакам……………….. 10

5.Классификация анализаторов газового состава……………………………..12

6.Анализаторы газового состава на примере прибора ССС-903……………..16

ВЫВОД…………………………..………………………………………...…….20

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ……..…………...………………………….……...21

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Газовый анализ – это процесс количественного  определения и качественного  обнаружения компонентов газовых  смесей. Газовый анализ производится автоматически с помощью газоанализаторов.

     Нередко способы газового анализа подразумевают  измерение физических параметров. Таким  образом, для проведения газового анализа  необходимо измерить коэффициент рассеивания, оптическую плотность, теплопроводность, магнитную восприимчивость, электрическую  проводимость и другие измерения, необходимые  для анализа.

     В избирательных методах газового анализа измеряемое свойство зависит, прежде всего, от содержания компонента, который подвергается анализу при  помощи газоанализаторов. Неизбирательные  методы газового анализа основаны преимущественно  на измерении интегральных свойств  пробы.

     Выбор способов газового анализа весьма ограничен. В большинстве случаев избирательность  для анализа достигается предварительной  обработкой пробы при помощи газоанализаторов.

      Для решения всех этих задач необходимо применять анализатор газового состава. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 СУЩНОСТЬ АНАЛИЗАТОРА  ГАЗОВОГО СОСТАВА 

     Для более подробного рассмотрения темы «Анализаторы газового состава» необходимо дать определение этому прибору  и рассмотреть его сущность.

     Газовые анализаторы — измерительные  приборы, служащие для определения  количественного и качественного  состава смеси газов. Различают  автоматические и ручные газовые  анализаторы. Ручные абсорбционные  газовые анализаторы обладают различными реагентами, при помощи которых поглощаются  газовые смеси, а автоматические газовые анализаторы измеряют характеристики газовой смеси по ходу всего непрерывного процесса. 

     По  принципу действия автоматические газоанализаторы  могут быть разделены на 3 группы:

     1)Приборы,  основанные на физических методах  анализа, включающих вспомогательные  химические реакции. При помощи  таких газоанализаторов, называемых  объёмно-манометрическими или химическими,  определяют изменение объёма  или давления газовой смеси  в результате химических реакций  её отдельных компонентов.

     2)Приборы,  основанные на физических методах  анализа, включающих вспомогательные  физико-химические процессы (термохимические,  электрохимические, фотоколориметрические,  хроматографические и др.). Термохимические,  основанные на измерении теплового  эффекта реакции каталитического  окисления (горения) газа, применяют  главным образом для определения  концентраций горючих газов (например, опасных концентраций окиси углерода  в воздухе). Электрохимические позволяют  определять концентрацию газа  в смеси по значению электрической  проводимости раствора, поглотившего  этот газ. Фотоколориметрические,  основанные на изменении цвета  определённых веществ при их  реакции с анализируемым компонентом  газовой смеси, применяют главным  образом для измерения микроконцентраций  токсичных примесей в газовых  смесях — сероводорода, окислов  азота и др. Хроматографические  наиболее широко используют для  анализа смесей газообразных  углеводородов.

     3)Приборы,  основанные на чисто физических  методах анализа (термокондуктометрические, денсиметрические, магнитные, оптические  и др.). Термокондуктометрические, основанные  на измерении теплопроводности  газов, позволяют анализировать  двухкомпонентные смеси (или многокомпонентные  при условии изменения концентрации  только одного компонента). При  помощи денсиметрических газоанализаторов, основанных на измерении плотности  газовой смеси, определяют главным  образом содержание углекислого  газа, плотность которого в 1,5 раза превышает плотность чистого  воздуха. Магнитные газоанализаторы  применяют главным образом для  определения концентрации кислорода,  обладающего большой магнитной  восприимчивостью. Оптические газоанализаторы  основаны на измерении оптической  плотности, спектров поглощения  или спектров испускания газовой  смеси. При помощи ультрафиолетовых  газоанализаторов определяют содержание  в газовых смесях галогенов,  паров ртути, некоторых органических  соединений.

  

     На  данный момент наиболее распространены приборы из двух последних группы, а именно электрохимические и  оптические газоанализаторы. Такие  приборы способны обеспечить контроль концентрации газов в режиме реального  времени. Все приборы газового анализа  также могут быть классифицированы:

-по  функциональным возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы);

-по  конструктивному исполнению (стационарные, переносные, портативные);

-по  количеству измеряемых компонентов  (однокомпонентные и многокомпонентные);

-по  количеству каналов измерения  (одноканальные и многоканальные);

-по  назначению (для обеспечения безопасности  работ, для контроля технологических  процессов, для контроля промышленных  выбросов, для контроля выхлопных  газов автомобилей, для экологического  контроля). 

     Однако, существуют приборы, которые, благодаря  своей уникальной конструкции и  программному обеспечению, способны в  реальном времени проводить анализ нескольких компонентов газовой  смеси одновременно (многокомпонентные  газоанализаторы), при этом записывая  в память полученную информацию. Такие  газоанализаторы незаменимы в промышленности, где необходимо непрерывно получать информацию о выбросах или контролировать технологический процесс в режиме реального времени.

       Современные газоанализаторы высокого  класса, кроме надежности и удобства  в работе, имеют множество дополнительных  функций, например:

-Измерение  дифференциального давления газа

-Определение  скорости и объемного расхода  газового потока

-Определение  расхода газа/дизтоплива

-Встроенную  память

-Беспроводной  интерфейс для передачи данных  на ПК

-Статистическая  обработка результатов

-Расчет  массового выброса загрязняющих  веществ 
 
 
 
 
 

2 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОВЫХ АНАЛИЗАТОРОВ 

     Газовые анализаторы применятся для анализа  в следующих областях:

-В лабораториях  с помощью газового анализатора  осуществляется анализ содержания  определяемых газовых и других  веществ: природного газа, жидкостей  и газов, нефти и нефтепродуктов  на химических, нефте- и газовых  перерабатывающих предприятиях;

-При  установке газоанализатора анализ  максимально допустимых концентраций  вредных веществ в воздухе  рабочей зоны осуществляется  непосредственно на месте проведения  измерений.

-Экология  и охрана окружающей среды:  определение концентрации вредных  веществ в воздухе;

-В системах  управления двигателями внутреннего  сгорания (например, лямбда-зонд) и регулирования  горения котлов теплоэлектростанций;

-На  химически опасных производствах;

-При  определении утечек в холодильном  оборудовании (так называемые фреоновые  течеискатели);

-При  определении негерметичности газового  и вакуумного оборудования (обычно  используются гелиевые течеискатели);

-В дайвинге  для определения состава газовой  смеси в баллонах для погружений;

-В подвалах, колодцах, приямках перед проведением  огневых работ. 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 ПРИНЦИП РАБОТЫ  АНАЛИЗАТОРА ГАЗОВОГО  СОСТАВА 

     После рассмотрения сущности анализатора газового состава и применении его в различных областях необходимо ознакомится с и принципом работы прибора.

     Газоанализатор - одноблочный переносной прибор с  цифровой выдачей измеренной информации, анализ которой осуществляется. На корпусе газового анализатора размещены:

-для  подачи газа, который поддается  анализу, и установки первичного  преобразователя на газоанализаторе  расположена измерительная фотометрическая  ячейка с входным штуцером;

-также  на корпусе газового анализатора  есть клавиатура;

- газоанализатор  отличается матрично-символьным  дисплеем;

-на  газоанализаторе также размещен  выходной газовый штуцер.  

     Принцип работы газового анализатора

     Обычно  принцип действия газоанализатора основан на определении коэффициента пропускания при воздействии вещества, которое содержится в заданном объеме воздуха или газа и поддается анализу, в видимой области спектра окрашенного участка первичного измерительного преобразователя.

      При помощи микрошприца проба дозируется в газоанализатор, где в качестве газового носителя используется воздух сжатый класса 0 или 1 по ГОСТ 17433-80 либо азот по ГОСТ 9293-74. Вещество, которое  поддается анализу, содержащееся в  газоанализаторе в жидкой пробе, заблаговременно переводится в  газообразное состояние.

     Значение  массовой доли либо массовой концентрации в газоанализаторе рассчитывается микропроцессором с учетом определенной газовым анализатором массы вещества, которое поддается анализу, и  объема пробы, взятой на анализ, и выводится  на дисплей газоанализатора.  

     Преимущества  проведения подобного анализа с  помощью газоанализатора:

-анализатор  позволяет осуществить широкий  диапазон измерений и произвести  необходимый анализ;

-соответствие  предела основной относительной  погрешности газоанализатора требованиям  действующих стандартов;

-управление  работой газового анализатора,  задание режимов газоанализатора  и установка рабочих параметров  в анализаторе производится с  использованием программного меню  газоанализатора; 

-газоанализатор  позволяет осуществить анализ  содержание меркаптанов, диоксида  серы и сероводорода при их  совместном присутствии; 

-наличие  в анализаторе стандартных образцов  состава смесей и раствора  для проведения анализа и контроля  метрологических характеристик  газоанализатора при поверке  и эксплуатации;

-наличие  памяти в газовом анализаторе,  а также сохранение в памяти  газоанализатора последних 99 записей; 

-автоматическая  установка в анализаторе нуля  и фиксация измерительного сигнала  на чистой ленте газоанализатора,  а также выдача газовым анализатором  предупреждений об ошибке;

-автоматический  расчет газоанализатором массовой  доли либо массовой концентрации  компонентов в газе или жидкости, поддающихся анализу, а также  их отображение на дисплее  анализатора. 
 
 
 
 
 
 

4 ТИП АНАЛИЗАТОРОВ  ГАЗОВОГО СОСТАВА  ПО РАЗНЫМ ПРИЗНАКАМ 

     Приборы условно можно разделить на несколько  типов по разным признакам:

       По назначению:

-Приборы  для контроля содержания в  воздухе контролируемого помещения  горючих газов, как правило,  для обеспечения пожарной и  взрывобезопасности работы в  котельных, на газораспределительных  и регулирующих станциях;

-Приборы  для контроля содержания ядовитых  газов в емкостях, колодцах, вент. шахтах, цехах химических производств  и других местах, где возможно  появление вредных для здоровья  газов;

-Лабораторные  приборы применяются для научно-исследовательских  целей, контроля и управления  тех. процессами;

-Приборы  экологического контроля и мониторинга  – контроль состояния окружающей  среды;

-Приборы  для контроля содержания определенных  веществ в отработанных газах  двигателей внутреннего сгорания, отопительных и технологических  котлов предназначены для настройки  и контроля работы этих устройств.

     По  управлению измерениями:

-Ручное  управление – при необходимости  произвести измерение оператор  нажимает кнопку, при этом запускается  процесс измерения;

-Автоматическая  работа – прибор непрерывно  или через определенные промежутки  времени измеряет и регистрирует  содержание измеряемых газов.

     По  принципу формирования результатов  измерения:

-Вывод  результатов измерения на дисплей  прибора;

-Архивация  результатов измерения в памяти  прибора;

-Подача  сигнала (звукового, светового)  при превышении заданной концентрации;

-Формирование  сигнала управления исполнительными  устройствами (электромагнитными клапанами,  затворами, компрессорами).

     По  конструктивному исполнению:

-Стационарные;

-Переносные. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 КЛАССИФИКАЦИЯ АНАЛИЗАТОРОВ  ГАЗОВОГО СОСТАВА 

     На  современном рынке существует большое  многообразие анализаторов газового состава. Итак, рассмотрим их классификацию.

Газоанализаторов  классифицируют по принципу действия на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др. Ниже излагаются физические основы и области применения наиболее распространенных газоанализаторов.  

     Термокондуктометрические  газоанализаторы.

     Их  действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава.

Термокондуктометрические  газоанализаторы не обладают высокой  избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, например для определения концентраций Н2, Не, Аг, СО2 в газовых смесях, содержащих N2, О2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.  

     Термохимические газоанализаторы.

     В этих приборах измеряют тепловой эффект химической реакции, в которой участвует  определяемый компонент. В большинстве  случаев используется окисление  компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на поверхность пористого  носителя. Изменение титры при  окислении измеряют с помощью  металлического или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев поверхность  платинового терморезистора используют как катализатор. Величина связана  с числом молей М окислившегося  компонента и тепловым эффектом соотношением:, где kо коэффициент, учитывающий  потери тепла, зависящие от конструкции  прибора.  

     Магнитные газоанализаторы.

Применяют для определения О2. Их действие основано на зависимости магнитной восприимчивости  газовой смеси от концентрации О2, объемная магнитная восприимчивость  которого на два порядка больше, чем у большинства остальных  газов. Такие газоанализаторы позволяют  избирательно определять О2 в сложных  газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10-2 - 100%. Наиболее распространены магнитомеханические и термомагнитные газоанализаторы.  

     Пневматические  газоанализаторы.

Их действие основано на зависимости плотности  и вязкости газовой смеси от ее состава. Изменения плотности и  вязкости определяют, измеряя гидромеханические  параметры потока.  

     Инфракрасные  газоанализаторы.

     Их  действие основано на избирательном. поглощении молекулами газов и паров ИК - излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это  излучение поглощают все газы, молекулы которых состоят не менее  чем из двух различных атомов. Высокая  специфичность молекулярных спектров поглощения различных газов обусловливает  высокую избирательность таких  газоанализаторов и их широкое применение в лабораториях и промышленности. Диапазон измеряемых концентраций 10-3 - 100%. В дисперсионных газоанализаторах используют излучение одной длины  волны, полученное с помощью монохроматоров (призмы, дифракционной решетки). В  недисперсионных газоанализаторах, благодаря особенностям оптической схемы прибора (применению светофильтров, специальных приемников излучения  и т.д.), используют немонохроматическое  излучение. 
 

     Ультрафиолетовые  газоанализаторы.

     Принцип их действия основан на избирательном  поглощении молекулами газов и паров  излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность  определения одноатомных газов  весьма велика. Двух - и многоатомные газы имеют в УФ - области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность  их определения. Однако отсутствие УФ - спектра поглощения у N2, O2, СО2 и  паров воды позволяет во многих практически  важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присутствии  этих компонентов. Диапазон определяемых концентраций обычно 10-2-100% (для паров Hg нижняя граница диапазона 2,5-10-6%).  

     Люминесцентные  газоанализаторы.

     В хемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивность люминесценции, возбужденной благодаря химической реакции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе.  

     Фотоколориметрические газоанализаторы.

     Эти приборы измеряют интенсивность  окраски продуктов избирательной  реакции между определяемым компонентом  и специально подобранным реагентом. Реакцию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соответственно ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).  

       Ионизационные газоанализаторы.

     Их  действие основано на зависимости электрической  проводимости ионизованных газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает, дополнительное воздействие  на процесс образования ионов  или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально  содержанию примесей.  

     Полупроводниковые газоанализаторы.

     Их  действие основано на изменении сопротивления  полупроводника (пленки или монокристалла) при воздействии анализируемого компонента смеси. В основе работы полупроводниковых  окисных газоанализаторах лежит  изменение проводимости чувствительности слоя (смеси оксидов металлов) при  хемосорбции на его поверхности  молекул химически активных газов (рис.15). Такие газоанализаторы применяют  для определения горючих газов (в частности, Н2, СН4, пропана), а также  О2, СО2 и др. Селективность анализа  достигается варьированием состава  чувствительности слоя и его температуры (при помощи встроенного нагревателя). Диапазон измеряемых концентраций горючих  газов 0,01-1% по объему.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6 АНАЛИЗАТОРЫ ГАЗОВОГО СОСТАВА НА ПРИМЕРЕ ПРИБОРА ССС-903 

     Для большего понимания темы рассмотрим газоанализатор стационарный взрывозащищенный со сменными сенсорами ССС-903.

     Газоанализатор  стационарный взрывозащищенный ССС903 состоит из трансмиттера ССС (порогового устройства) и универсальных сменных преобразователей газовых ПГУ с электрохимическим (ПГУ)Э), оптическим инфракрасным (ПГУ)ИК) и фотоионизационным (ПГУ)Ф) сенсорами.

     Трансмиттер ССС представляет собой универсальное  одноканальное пороговое устройство для визуализации значений сигналов загазованности принимаемых от сменных газовых преобразователей и имеет следующие

выходные  сигналы: 3 реле порога и 1 реле неисправность, цифровой сигнал (передача данных по RS-485), токовый выход 4–20 мА.

     Стандартный HART-разъем трансмиттера ССС позволяет подключать любую модель HART-коммуникатора для считывания величин концентраций, смены порогов срабатывания, производить установку нуля и калибровку чувствительности в полевых условиях.

     Сменный преобразователь газовый универсальный  ПГУ состоит из модуля ПГУ и сменного электрохимического, инфракрасного или фотоионизационного сенсоров.

ПГУ имеет встроенную флэш-память с настроечными параметрами, которые автоматически считываются при подключении к трансмиттеру ССС.         Связь с трансмиттером ССС осуществляется по цифровому выходу RS)485. Сенсор ПГУ оснащен специальным защитным фильтром, который позволяет обеспечить дополнительную защиту от пыли и повышенной влажности окружающей среды.

     Корпус  трансмиттера ССС и преобразователя  ПГУ выполняется из нержавеющей стали марки SS-316 и имеют степень защиты IP66. 

     Рассмотрим  наглядно Газоанализатор стационарный взрывозащищенный ССС-903

Рисунок 1- Газоанализатор стационарный взрывозащищенный ССС-903 

     Области применения:

-На  буровых и добывающих платформах,

в местах установки технологического

оборудования  в процессе добычи

и переработки нефти и газа

-На  нефте и газоперекачивающих станциях

магистральных нефте) и газопроводов

-Резервуарах  хранения нефти и нефтепродуктов,

а также сжиженного газа (LNG и LPG)

-На  предприятиях химической

и металлургической промышленности,

лакокрасочных производствах, производствах

удобрений и пластмасс

-На  наливных эстакадах и морских  терминалах 

  Особенности и преимущества:

-3-х  цветный индикатор состояния  прибора

-3 светодиода порогов срабатывания

-Индикатор  калибровки

-Многофункциональный  дисплей с индикацией:

типа  газа

единиц  измерений

установленных порогов

графическая диаграмма регистрации работы датчика

в течение предыдущих 30 минут

-Возможность  проведения калибровки, установки  «0»