Шахтные метонометры

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЕФЕРАТ

Москва 2011г.

Шахтные метонометры

Метанометры непрерывного действия, предназначенные для автоматического контроля содержания метана в рудничном воздухе, защитного отключения электропитания шахтного оборудования и выдачи сигналов при достижении предельно допускаемых значений объемной доли метана или при резком его нарастании; на неавтоматические метанометры эпизодического действия, предназначенные для контроля содержания метана в горных выработках, а также на метанометрические части комбинированных приборов или совмещенных с шахтным оборудованием различного назначения.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ  ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Метанометры следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

1.2. Диапазон показаний  в объемных долях метана должен  быть 2,5 % и более и устанавливаться  в стандартах или технических  условиях на метанометр конкретного типа.

1.3. Верхний предел диапазона  измерений в объемных долях  метана (СН₄) должен быть 2,5 %.

Примечание. Допускаются и большие верхние пределы диапазона измерения при наличии метода градуировки и поверки.

1.4. Объемная доля метана, при котором срабатывает исполнительное  устройство автоматического метанометра, следует нормировать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа в соответствии с «Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах».

Чувствительность и пороги срабатывания аварийных сигналов должны быть регулируемыми с помощью  специального инструмента.

1.5. Предел допускаемой  основной абсолютной погрешности  метанометров в объемных долях метана не должен быть более 0,2 %.

Настройка порога срабатывания при регулировке метанометра не должна отличаться от нормированного значения порога более чем на половину основной погрешности.

Примечание. При верхнем пределе диапазона измерения, превышающем 2,5 % объемной доли метана, предел допускаемой основной приведенной погрешности метанометров не должен быть более 10 %.

1.6. Класс точности встраиваемого  или присоединяемого при помощи  специального разъема измерительного  прибора должен быть не менее  чем в три раза выше класса  точности метанометра, установленного как указано в ГОСТ 8.401.

1.7. Стационарные метанометры, предназначенные для выдачи информации в общешахтные системы телемеханики, должны иметь электрический сигнал по ГОСТ 26.011.

1.8. Неисправности функциональных цепей электрических схем автоматических метанометров [первичный преобразователь - блок питания (кроме переносных), первичный преобразователь, линия связи] должны вызывать срабатывание исполнительных устройств стационарных или переносных метанометров.

1.9. Стабильность показаний  (срабатывания) автоматических метанометров должна характеризоваться временем непрерывной работы без применения ручного корректирования, в течение которого изменение показаний (срабатывания) не должно превышать предела допускаемой основной абсолютной погрешности.

1.10. Вариация показаний  автоматических метанометров не должна превышать предела допускаемой основной погрешности.

1.11. Коэффициент возврата  исполнительного устройства автоматического  метанометра следует нормировать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа и выбирать из ряда: 0,8; 0,9; 0,95.

1.12. Метанометры должны соответствовать требованиям п. 1.5, 1.9 - 1.11 при соблюдении следующих условий:

а) температура окружающего  воздуха (20 ± 5) °С;

б) относительная влажность  окружающего воздуха 30 - 80 %;

в) атмосферное давление (101,1 + 3,3) кПа [(760 + 25) мм рт. ст.];

г) отклонения напряжения питания  для автоматических метанометров с питанием от сети переменного тока не должны превышать ± 2 % номинального значения напряжения. Для метанометров с питанием от автономных источников в стандартах или технических условиях на метанометры конкретного типа должно быть указано номинальное значение напряжения + 5 %;

д) отклонения частоты питания для автоматических метанометров с питанием от сети переменного тока частотой 50 Гц не должны превышать ± 1 % номинального значения;

е) состав и параметры  анализируемого газа должны соответствовать  номинальным значениям и допускаемым  отклонениям, не увеличивающим погрешность  более чем на 20 % нормируемого значения, принятым при градуировке и указанным  в стандартах или технических  условиях на метанометр конкретного типа;

ж) отсутствие механических воздействий.

1.13 Рабочие условия  эксплуатации

1.13.1. Температура окружающей  среды 5 - 35 °С.

Примечания:

1. Климатические исполнения  и категорию размещения метанометров следует нормировать в соответствии с требованиями ГОСТ 15150, но для работы при заданных в настоящем стандарте температуре и влажности окружающей среды.

1.13.2. Атмосферное давление 87,8 - 119,7 кПа (660 - 900 мм рт. ст.).

1.13.3. Относительная влажность  окружающего воздуха до 100 % при  температуре 35 °С.

1.13.4. Содержание углекислого  газа в объемных долях до 2 %.

1.13.5. Скорость движения  газовоздушного потока до 8 м/с.

1.13.6. Изменение пространственного  положения переносного метанометра или датчика стационарного метанометра в любом направлении от вертикальной оси не должно превышать:

90° - для метанометров индивидуального контроля и метанометров, встраиваемых в добычные и проходческие машины;

30° - для остальных метанометров.

1.13.7. Требования к воздействию  механических факторов в зависимости  от назначения метанометров следует нормировать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа по ГОСТ 14254, ГОСТ 17516 и ГОСТ 16962, а для метанометров с встроенными измерительными приборами - с учетом требований, предъявляемых к измерительным приборам.

1.13.8. Запыленность атмосферы  для автоматических метанометров не должна быть более, г/м³:

2,5 - для встраиваемых в добычные и проходческие машины;

2 - для индивидуального  контроля;

1 - для остальных метанометров, в том числе и эпизодического действия.

1.13.9. Для автоматических метанометров изменения напряжения питающей сети - от 0,85 до 1,1 номинального значения напряжения.

1.14. Дополнительные погрешности  следует нормировать раздельно  для каждого из влияющих факторов, вызывающих изменение показаний  (срабатывания), превышающее 20 % основной  погрешности, по п. 1.13 в долях предела допускаемой основной абсолютной погрешности в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

1.14.1. Значения частных  дополнительных погрешностей следует  выбирать с таким расчетом, чтобы  значение суммарной квадратической дополнительной погрешности не превышало удвоенного значения предела допускаемой основной абсолютной погрешности. Частные дополнительные погрешности следует нормировать для части интервала рабочих условий, определяемой условиями при градуировке и ее нормируемым значением.

Примечание. При значении верхнего предела диапазона измерения более 2,5 % объемной доли метана или при отклонении рабочих условий от нормированных в п. 1.13 значение суммарной квадратической погрешности должно нормироваться в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

1.15. Состав метановоздушной смеси (МВС) или поверочной газовой смеси (ПГС), служащих для градуировки и контроля характеристик метанометра, и предельно допускаемые изменения каждого из неизмеряемых компонентов в смесях или в исходном газе, используемом для получения МВС, следует нормировать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа. Объемная доля метана в смеси не должна превышать 50 % нижнего предела взрываемости.

1.15.1. Предельно допускаемое  содержание неизмеряемых компонентов в градуировочной МВС не должно вызывать дополнительную погрешность метанометра, превышающую 0,2 предела допускаемой основной абсолютной погрешности метанометра.

1.16. Время прогрева автоматических  метанометров следует устанавливать в стандартах или технических условиях на метанометры конкретного типа. Время прогрева не должно превышать значений, указанных ниже:

10 мин - для метанометров, практически не требующих предварительного прогрева;

60 мин - для метанометров с предварительным прогревом.

1.16.1. Время прогрева метанометров эпизодического действия следует устанавливать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа, причем оно не должно превышать 1 мин.

1.17. Предел допускаемой  абсолютной динамической погрешности  для автоматических метанометров подгруппы МС2 не должен превышать удвоенного значения предела допускаемой основной абсолютной погрешности.

1.18. Допускаемое значение  времени срабатывания автоматических  метанометров различных групп не должно превышать значений, указанных в табл. 2.

Таблица 2

Для метанометров эпизодического действия, использующих тепловой принцип измерения, следует нормировать время измерения, значение которого необходимо указывать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

1.20. Метанометры, основанные на термохимическом принципе измерения, должны выдерживать без ухудшения метрологических характеристик газовую перегрузку. Метанометр должен обеспечивать однозначность получаемой информации.

Значение объемной доли метана при газовой перегрузке, продолжительность  его воздействия и время восстановления работоспособности метанометров следует нормировать в стандартах или технических условиях на метанометры конкретного типа.

Примечание. Для индивидуальных и групповых метанометров допускается обеспечение однозначности показаний путем получения информации только о превышении верхнего предела рабочего диапазона метанометра.

1.21. Переносные метанометры, кроме метанометров эпизодического действия, питаемые от автономных источников, должны быть оборудованы устройством для контроля напряжения питания с предупредительным сигналом о разряде аккумуляторов.

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности срабатывания сигнализации о разряде аккумуляторов  блока питания не должен превышать  основную погрешность и должен устанавливаться  в стандартах или технических  условиях на метанометр конкретного типа.

Примечание. Если по требованию заказчика стационарные метанометры комплектуются встроенными аккумуляторами, то они должны подавать сигналы в случае снижения напряжения питания ниже допустимого уровня.

1.22. Переносные метанометры, а также первичные преобразователи стационарных метанометров должны иметь уровень взрывозащиты РО. Электрические цепи метанометров, совмещенные с головным светильником, должны быть искробезопасными уровня Иа. Термоэлементы первичных преобразователей должны быть искробезопасными уровня Иа или иметь специальный вид взрывозащиты по п. 1.22.2 настоящего стандарта. Допускается для метанометров, совмещенных с шахтным головным светильником, уровень взрывозащиты, соответствующий уровню взрывозащиты головного светильника. Взрывонепроницаемая оболочка должна отвечать требованиям

1.22.1. Оболочки метанометров должны иметь степень защиты от внешних воздействий не ниже IP54 по ГОСТ 14254, кроме первичных преобразователей, степень защиты которых устанавливают в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

1.22.2. Уровень взрывозащиты РО термоэлементов первичных преобразователей метанометров должен быть обеспечен специальным видом взрывозащиты, который достигается ограничением температур нагрева до безопасных значений, поддержанием искробезопасного тока в цепи питания и применением средств, препятствующих прониканию угольной пыли к нагретой поверхности термоэлементов и повышению температур за счет интенсификации газообмена.

1.22.2.1. Безопасная температура  на поверхности термоэлемента t_d должна быть в 1,5 раза ниже минимальной температуры воспламенения МВС на данном термоэлементе.

1.22.2.2. Электрические цепи  питания термоэлементов должны  быть искробезопасными.

1.23. При превышении предела допускаемых значений объемной доли метана или скорости его нарастания автоматические метанометры должны обеспечивать сигнализацию.

При наличии акустической сигнализации уровень звукового  давления должен быть не менее 75 дБ у  индивидуальных, не менее 80 дБ у групповых  и не менее 95 дБ у стационарных метанометров на расстоянии 1 м по оси на частотах от 800 до 2500 Гц.

Видимость светового сигнала  по оси источника должна обеспечиваться на расстоянии 10 м.

Прерывность сигнализации и ее параметры должны нормироваться в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

По согласованию с заказчиком допускается использовать в метанометрах следующие световые сигналы:

а) красный сигнал - для  сигнализации содержания метана с объемной долей, соответствующей аварийному сигналу;

б) желтый сигнал - для сигнализации о повреждении прибора;

в) зеленый сигнал - для  сигнализации о включении питания.

1.24. Отдельные блоки метанометров (первичные преобразователи, аппараты сигнализации, стойки телеизмерения, блоки питания) должны быть взаимозаменяемыми.

Для обеспечения взаимозаменяемости допускается корректировка параметров схемы метанометра, для которых предусмотрены регулирующие устройства.

1.25. Комплектность метанометра (в том числе и на вспомогательные устройства для поверки) устанавливается в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

1.26. По требованию потребителя к метанометру следует прилагать ремонтную документацию. Номенклатура ремонтной документации - по согласованию между изготовителем и потребителем.

1.27. Массу и потребляемую мощность различных групп метанометров, а также массу переносных автоматических метанометров следует устанавливать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

1.28. Номинальная функция преобразования метанометра и предел допускаемого ее отклонения при необходимости должны нормироваться в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

1.29. Метанометр должен иметь сигнал о включении.

1.30. Метанометр с побудителем расхода должен иметь указатель направления метановоздушного потока.

1.31. При испытаниях на удар сбрасыванием с высоты 0,5 м отклонение показаний индивидуальных, групповых метанометров и датчиков стационарных метанометров не должно превышать основную погрешность.

2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

2.1. Переносные метанометры, первичные преобразователи стационарных метанометров, метанометрические части комбинированных приборов или совмещенных с шахтным оборудованием, эксплуатируемые в подземных условиях, должны иметь уровень взрывозащиты РО.

Отдельные блоки стационарных метанометров могут иметь более низкие уровни взрывозащиты, исполнения РН или общепромышленное в зависимости от назначения и условий эксплуатации.

2.2. На наружные металлические  части метанометров не должно попадать электрическое напряжение, опасное для обслуживающего персонала.

2.3. Метанометры с электропитанием от сети должны иметь световую индикацию включения сетевого напряжения, а также внутренние и наружные зажимы для заземления корпуса.

2.4. На крышках корпусов  стационарных метанометров, кроме искробезопасных блоков, должны быть блокирующие устройства, обеспечивающие снятие напряжения при проведении осмотров и ремонтов аппаратуры.

2.5. При настройке и  испытаниях метанометров в помещениях должна быть исключена возможность образования взрывоопасных МВС.

2.6. В помещениях и испытательных  камерах, в которых проводят  настройку и испытания метанометров, следует контролировать объемную долю метана и обеспечить сигнализацию (световую и звуковую) при появлении в помещении метана (в объемных долях) более 1 %.

Помещения должны быть оборудованы  приточно-вытяжной вентиляцией.

2.7. При зарядке блоков  питания с герметичными аккумуляторами  должны быть соблюдены правила  заряда в строгом соответствии  с руководством по эксплуатации  метанометра.

2.8. При использовании  сосудов с поверочными метановоздушными смесями, МВС в испытательных камерах, сосудов с чистым метаном или воздухом под давлением следует выполнять требования, изложенные в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденных Госгортехнадзором СССР.

2.9. При монтаже стационарных  метанометров, наладочных и поверочных работах, а также их эксплуатации в условиях шахты следует выполнять требования, изложенные в «Правилах безопасности в угольных и сланцевых шахтах» и «Правилах технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт».

3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Метанометры проверяют на соответствие требованиям:

п. 1.5 и 1.28 - при испытаниях всех видов метанометров (приемосдаточных, периодических, государственных контрольных, государственных приемочных, межведомственных или ведомственных);

п. 1.18 - при испытаниях всех видов метанометров подгрупп МП2 и МС2;

п. 1.7, 1.9, 1.11, 1.13.1, 1.13.3, 1.13.9, 1.14, 1.16, 1.18, 1.20, 1.21, 1.24, 1.26, 2.2 - 2.4 - при периодических и государственных контрольных испытаниях;

п. 1.22.2.1 - 1.22.2.9, 2.1 - при испытаниях на взрывозащищенность по ГОСТ 12.2.021* в испытательной организации;

п. 1.13.8, 1.23 - при межведомственных или ведомственных испытаниях.

* Действуют «Правила сертификации  электрооборудования для взрывоопасных  сред», утвержденные Постановлением  Госстандарта России и Госгортехнадзора  России от 19.03.2003 № 28/10.

3.2. Испытания автоматических метанометров на соответствие требованиям пп. 1.5, 1.7, 1.9, 1.11, 1.16, 1.18, 1.20, 1.21, 1.22.2.1 - 1.22.2.9, 1.24 - 1.28, 2.1 - 2.4 и метанометров эпизодического действия на соответствие требованиям пп. 1.5, 1.16, 1.20, 1.21, 1.22.2.1 - 1.22.2.9, 1.24, 1.25, 1.27, 1.28, 2.1 следует проводить в условиях, изложенных в п. 1.12.

3.3. Метанометры следует испытывать в рабочем состоянии и с комплектом вспомогательных устройств, необходимых для нормального функционирования прибора. Перед проведением испытания метанометр должен быть смонтирован в соответствии с инструкцией по эксплуатации предприятия-изготовителя и прогрет в соответствии с требованиями п. 1.16.

3.4. Испытания метанометров по п. 1.14 следует проводить в условиях, приведенных в п. 1.13. Испытаниям должно быть подвергнуто не менее трех образцов метанометров.

3.5. МВС для испытаний  по составу и допускаемому  числу неизмеряемых компонентов должны соответствовать п. 1.15 и 1.15.1.

3.6. Количество ПГС (МВС), необходимое для поверки метанометра, следует указывать в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

3.7. Для испытаний метанометров необходимо использовать поверочные стенды с применением ПГС в баллонах или МВС, приготовленных в специальных испытательных камерах и аттестованных образцовым метанометром, предел допускаемой основной погрешности которого должен быть не менее чем в три раза ниже предела допускаемой основной погрешности рабочего метанометра.

При отношении погрешностей рабочего и образцового метанометров, равном 2 в условиях предприятия-изготовителя и ремонтного предприятия, или от 2 до 1 - в условиях шахты, рабочие приборы в камере следует проверять с учетом погрешности образцового метанометра по методике жесткой поверки (приложение 1). В диапазоне измерения 2,5 % объемной доли метана и более отношение указанных погрешностей должно быть не менее 2.При проведении аттестации смеси в камере образцовым метанометром эпизодического действия за конечный результат определения объемной доли метана следует принимать среднее арифметическое значение результатов отсчетов (с введением поправок на изменение внешних условий, например при использовании лабораторного интерферометра), полученное из трех измерений одной и той же объемной доли метана.

ПГС целесообразно использовать только при проверке основных погрешностей измерения и срабатывания метанометров.

При проведении испытаний  в камерах объемную долю метана при  срабатывании исполнительного устройства автоматического метанометра или его возврате в исходное положение следует определять при постепенном повышении (понижении) объемной доли метана, но не более чем через 0,05 - 0,10 %.

3.8. При подаче ПГС, МВС  или изменении объемной доли  метана в смеси в процессе  проведения испытаний автоматических  метанометров показания (выходные сигналы) следует отсчитывать не ранее чем через полное время установления показаний.

3.9. При проведении испытаний  температура МВС или ПГС в  баллонах должна быть равна  температуре метанометров.

3.10. Число одновременно испытуемых автоматических метанометров (первичных преобразователей) в камерах при проверке основной погрешности следует определять из расчета обеспечения на каждый первичный преобразователь с объемными термоэлементами не менее 7 л смеси в течение 10 мин непрерывной работы и не менее 1,5 л смеси на каждый первичный преобразователь с точечными термоэлементами за это же время работы при значении выгорания метана в камере в обоих случаях не более 0,01 %.

3.11. Допускается на одних  метанометрах проводить климатические испытания всех видов и одновременно на других метанометрах - механические испытания всех видов. В этом случае необходимо брать удвоенное, по сравнению с указанным в п. 3.4, число метанометров.

При проведении климатических  и механических испытаний метанометры эпизодического действия в камере или на стенде должны находиться в выключенном состоянии, а автоматические - во включенном.

Методики определения  действия влияющих факторов могут быть конкретизированы в стандартах или  технических условиях на метанометр конкретного типа.

Перед определением метрологических  характеристик метанометров необходимо провести подготовительные операции, предусмотренные в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

3.12. Влияние изменения температуры окружающей среды на значение показаний (срабатывания) следует проверять сравнением значений показаний (срабатывания) метанометра при повышенной (пониженной) температуре и температуре определения основной погрешности.

3.13.. Переносные метанометры или первичные преобразователи стационарных метанометров предварительно должны быть помещены в испытательную камеру, в которой создают объемную долю метана, указанную в п. 3.16. Затем испытательная камера с приборами (первичными преобразователями) и остальные блоки стационарного метанометра, кроме блоков, предназначенных для работы в условиях, указанных в п. 1.12, должны быть установлены в камере тепла и холода любого типа, параметры которой позволяют создать рабочий диапазон температур по п. 1.13.

Баллоны с газовыми смесями  или исходными чистыми газами должны находиться вне камеры. До включения  нагрева (охлаждения) камеры должны быть сняты показания метанометров и зафиксированы объемные доли метана при срабатывании метанометров.

3.14. Длительность воздействия температурного фактора должна быть не менее 5 ч. По истечении указанного времени в метановоздушной смеси должны быть сняты показания и зафиксированы объемные доли метана при срабатывании.

3.15. Изменение выходного сигнала следует пересчитывать на каждые 10 °С изменения температуры окружающей среды.

Полученное значение дополнительной температурной погрешности не должно превышать значения, нормированного в стандартах или технических  условиях на метанометр конкретного типа.

3.16. Влияние изменения  атмосферного давления на значение  выходного сигнала следует проверять  сравнением значений выходного  сигнала метанометра при повышенном (пониженном) атмосферном давлении и давлении, при котором была определена основная погрешность.

3.17. Влияние изменений атмосферного давления следует определять в камере давления, позволяющей повышать (понижать) давление в пределах, указанных в п. 1.13, с приведенной погрешностью не более 5 %.

3.18. Влияние изменений атмосферного давления необходимо проверять в последовательности, приведенной ниже:

установить переносные метанометры или первичные преобразователи стационарных метанометров в камеру давления, создать объемную долю метана, указанную в п. 3.16, снять показания и зафиксировать срабатывание приборов;

повысить (понизить) давление в камере, снять показание и  зафиксировать объемную долю метана при срабатывании метанометров.

Значение дополнительной погрешности метанометра следует определять при изменении атмосферного давления на каждые 3,3 кПа.

Полученное значение дополнительной погрешности не должно превышать  значения, нормированного в стандартах или технических условиях на метанометр конкретного типа.

3.19. Влияние изменения влагосодержания анализируемой газовой смеси на значение выходного сигнала метанометра следует проверять сравнением значений выходных сигналов, полученных при относительной влажности метановоздушной смеси 100 %, температуре 35 °С и в условиях, в которых была определена основная погрешность.

Примечание. До разработки и освоения серийного производства специальных климатических камер, позволяющих создавать МВС в среде с относительной влажностью 100 % при температуре 35 °С, и образцовых средств измерений объемной доли метана в указанной среде допускается проводить испытания при относительной влажности 100 % и температуре 25 °С с последующей проверкой показаний (срабатывания) на МВС непосредственно после извлечения метанометра или его первичного преобразователя из климатической камеры.