УДК 620.179.16
ОЦЕНКА МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ
В. П. Луконин
Представлен обзор различных систем оперативного обнаружения и локализации утечек опасных технологических сред из оборудования. Дана таблица методов обнаружения утечек с экспертной оценкой пригодности того или иного метода для определенных целей.
Современное химическое производство связано с использованием и обращением в технологических процессах множества потенциально опасных веществ. Ежегодно наблюдается устойчивый рост количества аварийных ситуаций на технологических объектах. При утечках опасных технологических сред из оборудования через неплотности соединений и дефекты материала аппаратов и трубопроводов в воздухе производственного помещения могут создаваться токсичные, взрывоопасные и пожароопасные смеси. Такая ситуация может в конечном итоге привести к необратимым последствиям, вплоть до тяжелых аварий с человеческими жертвами.
Таким образом, своевременное обнаружение и локализация мест утечек потенциально опасных сред из технологического оборудования способно в значительной мере повысить безопасность производства.
Наиболее целесообразными для оперативного обнаружения и локализации утечек являются автоматизированные распределенные системы контроля (АРСК), в которых датчики устанавливаются в вероятных местах возникновения утечек (фланцы, штуцеры, сальниковые уплотнения и т. п.). Использование таких систем значительно эффективней, чем, например, портативных течеискателей, поскольку они осуществляют непрерывный контроль и повышают его достоверность за счет исключения человеческого фактора. Однако эффективность и надежность работы таких систем зависит от метода обнаружения утечек. Оценку пригодности того или иного метода к использованию в АРСК следует проводить по требованиям, вытекающим из особенностей построения и функций решаемых АРСК.
На рисунке показаны методы обнаружения утечек из работающего крупногабаритного технологического оборудования, которые разделяются на несколько основных групп: гидромеханические методы, манометрические методы, акустические методы и газоаналитические методы.
Самыми простыми и самыми распространенными методами контроля наличия утечек из работающего оборудования являются гидромеханические методы, основанные на регистрации пузырьков газа, выходящего через канал течи. Различают пузырьковый метод и метод обмыливания. Наибольшее распространение на промышленных предприятиях получил метод обмыливания. Данный метод заключается в следующем: на наиболее вероятное место утечки (фланец, сварной шов, резьбовое соединение, штуцер) наносится мыльный раствор. При наличии газовой течи в месте ее возникновения происходит образование пузырей, причем скорость роста и размеры пузырей свидетельствуют о величине утечки. Преимуществами данного метода являются дешевизна, наглядность и простота реализации, метод не требует приборного оснащения и специальных пробных газов, имеет высокую чувствительность, операции выявления и локализации течей совмещены. К недостаткам следует отнести сложность, а часто и невозможность использования на труднодоступ-
ных коммуникациях, опасность работы персонала в местах утечек токсичных сред, так как метод не позволяет оценку концентрации токсичной примеси в воздухе, невозможность автоматизации, влияние субъективного фактора на результаты.
Манометрические методы основаны на регистрации изменения давления в испытываемом оборудовании. Данные методы широко распространены на стадиях изготовления и монтажа технологического оборудования, где в качестве технологической среды используется вода или воздух. Методика проведения гидравлических и пневматических испытаний одинакова: в испытываемом оборудовании создается повышенное давление и производится регистрация изменения давления в течение заданного времени. Следует отметить более высокую безопасность гидравлических испытаний по сравнению с пневматическими испытаниями, так как при пневматических испытаниях возможно разрушение техноло-
гического оборудования с разлетом обломков, что может привести к травмированию персонала. Контроль герметичности технологического оборудования в процессе работы с использованием манометрических методов используется эксплуатационным персоналом по показаниям датчиков давления на основе собственного опыта. Появление новых датчиков давления, способных работать в широком диапазоне давлений с высокой точностью и малой инерционностью, обладающих повышенной степенью защиты от воздействий окружающей среды (например Метран-49), позволяет при наличии математической проработки алгоритмов контроля реализовать распределенные автоматические системы контроля наличия утечек в многотоннажных производствах, в которых не обращаются вещества с высокой токсичностью и взрывопожароопасностью.
Акустический метод реализуется путем регистрации у. з. колебаний, создаваемых газами, проходящими через неплотности и дефекты материала оболочек оборудования. Важнейшим преимуществом акустических течеискателей является их универсальность. Акустический течеиска-тель регистрирует утечки любых газов, так как любой газ создает в месте утечки акустические колебания.
Индикаторный метод реализуется путем нанесения индикаторов (в виде паст, бумажных или матерчатых лент). В результате реакции в местах утечек на индикаторном покрытии появляются цветные пятна. Люминесцентный метод основан на регистрации следов газообразного люминофора в УФ свете. Гидролюминесцентный метод аналогичен люминесцентному. Отличие состоит в использовании водорастворимых люминофоров, что позволяет совмещать испытания на герметичность с испытаниями на прочность.
Газоаналитические методы основаны на обнаружении газообразных пробных веществ с помощью газоаналитической аппаратуры. При масс-спектрометрическом методе регистрируются утечки гелия. Малая молекулярная масса гелия и его химическая инертность обеспечивают безопасность обращения и хорошее проникновение через малые дефекты. Поскольку в атмосферном воздухе гелий содержится в весьма малых количествах, фоновые эффекты при работе с ним существенно ниже, чем при использовании других газов. При использовании галогенного метода регистрируются утечки галогенсодержащих веществ. Основным пробным веществом при галогенном методе служат фреон-12 и фреон-22 (могут использоваться и другие галогенсодержащие вещества). Фреоны — химически инертные и малотоксичные вещества. Обезвоженные фреоны в жидком и парообразном состоянии совершенно инертны ко всем металлам, однако будучи хорошими растворителями многих органических веществ вызывают набухание уплотняющих прокладок. Поэтому, когда применяется фреон как пробное вещество, применяют фреоностойкую резину. Для фреона-22 рекомендуются прокладки из политетрафторэтилена.
Хроматографический метод реализуется путем хроматографического анализа воздуха рабочей зоны. С помощью хроматографов можно проводить качественное и количественное определение утечек потенциально опасных сред. Использование хроматографического метода в РСК имеет свои особенности. В данном случае колонка хроматографа одна, а к вероятным местам возникновения утечек подводятся пробоотборные трубки, которые через коммутирующее устройство подключаются к колонке хроматографа.
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ
Как отмечалось выше, критерии оценки методов обусловливаются особенностями РСК.
Важным требованием, предъявляемым к РСК, является работа РСК без остановки технологического процесса, то есть когда выбранный метод либо позволяет обнаруживать утечку потенциально опасного вещества (ПОВ), используемого в технологическом процессе, либо специально введенное пробное вещество не оказывает влияния на протекание технологического процесса.
При обращении нескольких ПОВ актуальной является проблема обнаружения утечек разных веществ одним методом. Таким образом, многокомпонентный анализ, реализуемый с помощью одного метода, позволяет упростить систему и использовать датчики одного типа.
Эффективность РСК зависит так же и от быстродействия метода, то есть времени от возникновения утечки до момента поступления информации о наличии утечки в систему управления технологическим процессом и оповещения оператора.
Метод Параметр Индикаторный Люминесцентный Гидро-люми-несцен-тный Пневматические испытания Гидравлические испытания Масс-спект-ромет-риче-ский Гало-генны! метод Хрома-тогра-фиче-ский Акустический Газо-анали-тичес-кие сенсоры Метод обмы-лива-ния
4 увствител ьность
в промышленных ю-8 10"* 10-« ю-6 ю-6 10-'3 10-' 1СГ»%об 10-5 ю-7 ю-5
условиях, м3 Па/с..... + ± ± - - + + + - ± -
Использование инди- люм rlHO- ВОЗ- вода гелий фреон тех- тех- тех- мыль-
пробного веще- каторы фо зы дух нолог. нолог. нолог. ная
ства............................. - ± ± - - среда среда среда плен-
+ + + ка
Контроль утечек бе:
остановки ТП........... ± ± ± ± + + + + + +
Многокомпонент-
ный анализ................ - - - - - ± + + + + +
Селективность конт
роля............................ - ± ± - - + + + - + -
Быстродействие .... - - - - - ± ± - + + -
Сопряжение с ЭВМ. - - - + + ± + + + + -
Простота монтажа
датчиков.................... - - - ± ± - + - + + нет
Отсутствие системы
пробоотбора............. + + + + ± - ± - + + +
Точность локализа-
ции утечки................ + + ± - - ± ± ± ± + +
Низкое энергопотре
бление датчиков нет нет нет ± ± - + - + + нет
Экспертная оценка.. 6 7 6 7 7 9 13 13 17 21 7
Применение в системах управления технологическим процессом микропроцессорных контроллеров и промышленных ЭВМ — требование к простоте подключения к ЭВМ. Применение в системе контроля безопасности ЭВМ позволяет не только повысить оперативность получения информации, но и исключить субъективный фактор в оценке величины утечки.
Применение датчиков на различном технологическом оборудовании ставит задачу простоты монтажа при минимальных изменениях в конструкции оборудования и отсутствии сложной системы пробоотбора, которая так же может п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.