«Газоанализатор АНКАТ 7621» : «Технические средства автоматизации» » Мы с АГНИ

Лист

4

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назначение

Газоанализаторы АНКАТ 7621 предназначены для не­прерывного контроля содержания в производственном помеще­нии или наружных установках одного из следующих компонен­тов:

1)диоксида серы (SO ₂ );

2)оксида углерода (СО ₂ );

3)сероводорода (H ₂ S);

4)хлора (Cl).

и выдачи аварийной сигнализации при превышении ПДК измеря­емого компонента.

Газоанализаторы предназначены для эксплуатации в соста­ве стационарных станций контроля промышленных зон и могут комплектоваться:

• блоком питания и сигнализации;
• блоком обработки и регистрации.

Блок питания и сигнализации (БПиС) рассчитан на подклю­чение до восьми модулей газоанализаторов, имеет световую к звуковую сигнализацию по каждому каналу и сухие контакты для подключения внешних устройств сигнализации.

Блок обработки и регистрации (БОиР) рассчитан на подклю­чение до шестнадцати модулей газоанализаторов, осуществляет обработку информации для связи с управляющей ЭВМ.

Параметры, характеризующие условия эксплуатации газоанализатора:

1)вибрация частотой 10-55 HZ, амплитудой не более 0,15 MM;

2)атмосферное давление в пределах от 84 до 106,7 КPa;

3)температура окружающего воздуха от 5 до 45°с или от минус 30 до плюс 45°с (для исполнений АНКАТ 7621-01ВН(Э), -02 ВН(Э)), -03 ВН(Э), -04 ВН(Э), -04 ВН(Э).

4) относительная влажность от 30 до 95%.

Лист

5

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

1.2 Технические характеристики и

условия эксплуатации

Диапазоны измерения газоанализаторов, mg/m³ :

• для диоксида серы 0-20;
• для оксида углерода 0-50;
• для сероводорода 0-20;
• для хлора (АНКАТ 7621-04Н1) 0-5;
• для хлора (АНКАТ 7Б21-04Н2) 0-50;

Цена единицы младшего разряда индикации концентрации цифрового отсчетного устройства составляет, mg/m ³

для диоксида серы 0,1

для оксида углерода 0,1

для сероводорода 0,1

для хлора (с диапазоном 0-5 mg/m ³ ) 0,01

(с диапазоном 0-50 mg/m ³ ) 0,1

Потребляемая мощность газоанализаторов, V*A, не более:

1) 0,6 — для исполнений АНКАТ 7621-01 (Э, В, ВЭ, ВН, ВНЭ), -02 (Э, В, ВЭ, ВН, ВНЭ), -03 (Э, В, ВЭ, ВН, ВЭН), -04Н1(Э, В, ВЭ), -04Н2(Э, В, ВЭ);

2) 25 — для исполнений АНКАТ 7621-01ПВ, -02 ПВ, -03ПВ, -04ПН1, -04ПН2, -04ПВ1, -04ПВ2;

3) -60 — для исполнений АНКАТ 7621-01К, -03К, -04К1, -04К2.

Габаритные размеры составных частей газоанализаторов не более:

модуля газоанализатора ( кроме исполнений АНКАТ 7621-01 ВН,

-02 ВН , -03 ВН — 190X115X80 мм;

модуля газоанализатора исполнений АНКАТ 7621-01 ВН,

-02 ВН , -03 ВН — D-102 mm, H-81mm;

• блока питания и сигнализации — 215x265x305 mm;
• блока обработки и регистрации — 215x514x10 mm;

Лист

6

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Электрическое питание газоанализатора :

• +15-30V — для исполнений АНКАТ 7621-01 (Э, В, ВЭ, ВН, ВНЭ), -02 (Э, В, ВЭ, ВН, ВНЭ), -03 (Э, В, ВЭ, ВН, ВЭН), -04Н1(Э, В, ВЭ), -04Н2(Э, В, ВЭ);вэ).

(220 ±22) V частотой (50 ±1) Hz -.для исполнений АНКАТ 7621-01ПВ, -02 ПВ, -03ПВ, -04ПН1, -04ПН2, -04ПВ1, -04ПВ2, -03К, -04К1, -04К2

Параметры искробезопасных цепей БПИС газоанализато­ров АНКАТ 7621

-01ПВ(ПВЭ, В, ВЭ, ВН, ВНЭ, ПВН, ПВНЭ) -02ПВ (ПВЭ, В, ВЭ, ВН, ВНЭ, ПВН, ПВНЭ), -ОЗПВ(ПВЭ, В, ВЭ, ВН, ВНЭ, ПВН, ПВНЭ) должны быть:

ток короткого замыкания не более 27 mA,

напряжение не более 22 V

электрическая емкость линии связи не более 0,25 μF»

индуктивность линии связи не более 1 mH

ток срабатывания устройства искрозащиты не более — 120 mА.

Внешний вид газоанализатора (кроме исполнений АНКАТ 7621-01ВН(ВНЭ, ПВН, ПВНЭ), -02ВН(ВНЭ,ПВН,ПВНЭ), -03ВН(ВНЭ,ПВН,ПВНЭ) представлен на рис. 1. Модуль газоанализатора состоит из устройства измери­тельного — 1 и электрохимической ячейки — 2. На переднюю панель устройства измерительного выведены следующие элементы:

• жидкокристаллическкй индикатор, показывающий концентрацию газа — 3;
• потенциометры — 4-5;

— кнопка, отключающая подачу сигнала в линию связи при калибровке газоанализатора — 6.

Лист

7

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

1.3. Устройство и работа прибора

В газоанализаторе используется электрохимичес­кий метод.

Функциональная схема газоанализатора АНКАТ 762I-01,

-02, -03, -04H1, -04II2 изображена на рис. 2, рис. 2а.

Лист

8

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Питание газоанализатора осуществляется от источ­ника 15-30 V. Двухпроводная линия служит одновременно для дистанционной передачи токового сигнала газоанализатора.

Токовый сигнал поступает в устройство сигнализации и может

быть использован для подключения вторичных показывающих приборов.

Напряжение питания подается сначала в стабилизатор, выходное напряжение которого используется для питания измерительного преобразователя.

• В газоанализаторе использована трехэлектродная

дифференциально включенная электрохимическая ячейка. Газоанализатор (кроме исполнений АНКАТ 7621-01ВН, -02ВН, -03ВН) построен с использованием счетверенного операционного усилителя К1401УД2 и АЦП с двойным интегрированием -К572ПВ5. В АЦП поступает напряжение с выхода нормирую­щего преобразователя, построенного на одном из операцион­ных усилителей.

Газоанализатор исполнений АНКАТ 7621-01ВН, -02ВН, -03ВН построен с использованием счетверенного операционного усилителя К1401УД2.

При нулевом показании газоанализатора резистором R ₀ устанавливается ток в линии связи I_С0 =4 мА. Резистором R_k , нагружающим выход нормирующего преобразователя, устанавливается ток I_CK =20 мА при показаниях газоанали­затора соответствующих концу шкалы. При отсутствующих нагрузочных резисторах R₀ и R_k потребление в цепи пита­ния газоанализатора не зависит от уровня измеряемой кон­центрации, это является условием токового преобразова­ния в цепи питания.

Таким образом, газоанализатор имеет унифицированные токовый выход 4-20мА, соответствующий европейскому стандарту — при напряжении блока питания +30V газоанализатор допускает изменение нагрузочного сопро­тивления в линии связи от 0 до 400 0м.

При отсутствии нагрузочного сопротивления в линии связи напряжение блока питания может быть снижено до 15V.

Лист

9

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Схема подключения дополнительных модулей газоанализаторов к блоку БОиР.

Схема использует шестнадцать модулей газоанализатора и микропроцессорный контроллер (блок обработки и регистрации).

Каждый модуль питается от источника +30V, который находится в составе БОиР. С помощью двухпроводных линий связи, включающих в себя одновременно и цепи питания, модули газоанализаторов связаны с блоком обработки и регистрации. Информация об измеряемой концентрации по каждому каналу измерения обрабатывается МП контроллером, отображается в индикации на передней панели блока.

Блок обработки и регистрации имеет выходы: шину «сухих» контактов реле для подключения по каждому, каналу внешних устройств сигнализации, шину для связи с внешней ЭВМ.

Схема подключения дополнительных модулей газоанализаторов к блоку БПиС .

Схема, использующая восемь модулей газоана­лизаторов к блок питания и сигнализации, изображен на рис.4 и рис.4а (в зависимости от исполнении газоана­лизаторов)

Лист

10

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Каждый модуль питается от источника +22V , который находится в составе БПиС. С помощью двухпроводной линии свя­зи, включающей в себя одновременно и цепь питания, модуль газоанализатора связан с блоком питания и сигнализации.

Блок питания и сигнализации обеспечивает одновременное питание восьми модулей газоанализаторов, а также звуковую и визуальную сигнализацию о превышении порога измерения по каждому каналу.

Блок питания и сигнализации имеет выходы :

-для подключения модулей газоанализаторов (клемная ко­лодка X4) с видом защиты «искробезопасная электрическая цепь» по ГОСТ 22782.5;

-для подключения внешних цепей сигнализации, шину сухих контактов реле (клемная колодка Х2, A3);

-для подключения вторичных приборов (клемная колодка Х5).

По требованиям взрывозащиты вторичные приборы должны обязательно иметь искробезопасные входные цепи.

Лист

11

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Конструктивно газоанализатор состоит из устройства из­мерительного и электрохимической ячейки (ЭХЯ) (рис 1)

ЭХЯ является чувствитель­ным элементом газоанализатора. Она состоит из:

• рабочего электрода (РЭ);
• сравнительного электрода (СЭ);

— компенсационного электрода (КЭ), которые изготовлены пу­тем нанесения металлического катализатора на пористую фто­ропластовую пленку. Со стороны электролита электроды защи­щены устойчивой к составу электролита тканью и проницаемей решеткой для придания механической прочности конструкции.

Рабочий и компенсационный электроды выполнены на одной подложке, но к компенсационному электроду доступ анализи­руемого воздуха перекрыт непроницаемой пленкой. Крепление электродов в ячейке разборное.

К рабочему и компенсационному электродам по отношению к сравнительному приложен одинаковый потенциал. При попа­дании детектируемого газа через пористую подложку на метал­лический катализатор рабочего электрода, происходит окисле­ние газа с выделением свободных электронов. С помощью элек­трической схемы газоанализатора электрический сигнал норми­руется, преобразуется в цифровую и токовую форму.

В электрической схеме газоанализатора имеется терморе­зистор, предназначенный для компенсации изменения коэф­фициента преобразования ячейки вследствие изменения коэф­фициента диффузии через пористую пленку при изменении тем­пературы окружающей среды.

Компенсационный электрод с анализируемым воздухом не соприкасается и изменение тока через него (при изменении температуры окружающей среды) используется для стабилиза­ции нулевых показаний газоанализатора. Ремонт не предус­матривается. За отдельную плату завод-изготовитель может поставить электрохимическую ячейку взамен отработавшей свой ресурс.

Упрощенное описание схемы электрической принципиальной газо­анализатора АНКАТ 7621(рис.5) :

Лист

12

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Лист

13

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

В качестве датчика в газоанализаторе используется трехэлектродная дифференциально включенная электрохимическая ячейка диффузионного типа. Операционные усилители образуют усилители постоянного тока рабочего и компенсацион­ного каналов с потенциостатом. За счет суммирования в усилителе осуществляется компенсация фоновых нулевых токов ЭХЯ (и термокомпенсация температурно зависимой цепи).

Интегрирующая цепь использует­ся в качестве фильтра для подавления НЧ помех при переходных процессах в ЭХЯ.

Операционный усилитель и транзистор выполняют функций нормирующего усилите­ля с термокомпенсацией.

Нагрузочный резистор определяет уровень тока в цепи питания газоанализатора, то есть определяет коэффициент преобразования газоанализатора для внешнего выходного токового сигнала, Выход нормирующего преобразователя в газоанализаторах с АЦП связан со входом АЦП.

Возможные неисправности и способы их устранения.

Возможные отклонения от нормальной работы перечислены в табл. 1

табл. 1

Во всех остальных случаях ремонт производится в специализированных мастерских.

Лист

14

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Количество вещества выражается в единицах объема или массы (т.е. в м³ или килограммах).

Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и объемным, и массовым методами, количество газа — только объемным. Для твердых и сыпучих материалов используется понятие насыпной или объемной массы, которая зависит от гранулометрического состава сыпучего материала. Для более точных измерений количество сыпучего материала определяется взвешиванием.

Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени. Массовый расход измеряется в кг/с, объемный — в м³ /с.

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.

Классификация:

Механические

объемные

ковшовые

барабанного типа

мерники

скоростные

по методу переменного перепада давления

по методу постоянного перепада давления

напорные трубки

ротационные

Электрические

электромагнитные

ультразвуковые

радиоактивные

Лист

15

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Метод переменного перепада давления

Является самым распространенным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа.

В измерительной технике сужающими устройствами являются диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

Наиболее часто из них применяются диафрагмы, которые представляют собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы. Затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции, поток сужается до минимального значения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением.

I — I — сечение потока до искажения формы.

II — II — сечение в месте максимального сужения.

Р _п — потери давления на трение и завихрения.

Разность давлений Р ₁ — Р₂ зависит от расхода среды, протекающей через трубопровод.

В случае использования сопла струя, протекающая через него, не отрывается от его профилированной части и поэтому Р _п меньше.

Еще меньше потери Р _п в сопле Вентури.

Перепад давления измеряется дифманометрами. Комплект расходомера состоит из элементов:

1) сужающее устройство (Д);

2) импульсные трубки (Т);

3) дифманометр (ДМ).

В качестве дифманометров обычно используются преобразователи разности давлений типа «Сапфир».

Лист

16

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

• Расходомеры постоянного перепада давления

К ним относятся гидродинамические, поршневые, поплавковые, ротаметрические расходомеры.

Наиболее распространенными приборами группы расходомеров постоянного перепада давления являются ротаметры (см. рис. 3.3.), которые имеют ряд преимуществ перед расходометрами переменного перепада давления:

а) потери Р _п незначительны и не зависят от расхода;

• б) имеют большой диапазон измерения и позволяют измерять малые расходы.

Принцип действия основан на измерении положения Н поплавка, вращающегося в расширяющейся кверху трубке под влиянием направленной вверх струи.

Q — расход проходящего через трубку газа или жидкости,

a — угол наклона стенок трубки.

Зависимость Н от Q нелинейна, но в начальном и среднем участках равномерность делений шкалы искажается в незначительной степени.

Отсутствие прямой зависимости между Q и Н требует индивидуальной градуировки каждого прибора.

Ротаметрические трубки обычно изготавливаются из стекла, на которое наносится шкала. Ротор также может быть изготовлен в виде шарика или диска.

Расходомеры переменного уровня

Используются для измерения расходов смесей продуктов, содержащих твердые частицы, пульсирующих потоков, особо активных сред.

Измерения осуществляются при атмосферном давлении. Состоит из элементов (см. рис. 3.4.): 1 — калиброванный сосуд, 2 — уровнемерное стекло, 3 — отверстие в днище, 4 — перегородка для успокоения потока

Лист

17

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Расходомеры скоростного напора

Измерение расхода основано на зависимости динамического напора от скорости потока измеряемой среды.

Дифманометр, соединяющий обе трубки, показывает динамическое давление, по которому судят о скорости потока и, следовательно, о расходе.

Лист

1 8

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Расчет среднего суточного расхода природного газа, измеряемого расходомером с диафрагмой

Исходные данные:

— избыточное давление ;

— барометрическое давление ;

— температура газа t =5°С;

— плотность газа в нормальных условиях ρ =0,740 кг/м³;

— содержание в газе:

• азота 2,68 % мольных;
• двуокиси углерода 0,37% мольных;

— планиметрическое число при обработке диаграммы расходомера N= 5,72;

— предельный перепад давления =6390 ;

— диаметр диафрагмы d=143 мм;

— диаметр трубопровода D = 250 мм;

— относительная площадь m =0,4096;

— материал диафрагмы сталь марки IXI8HIOT;

— материал трубопровода сталь марки IXI8HIOT;

— коэффициент расширения материала:

• диафрагмы β =0,0000165;
• трубопровода β’ =0,0000165.

— коэфициенты сжимаемости :

, , ,

Определиv средний суточный расход газа.

1. Уравнение для расчета суточного расхода газа.

1. Постоянная расходомерного устройства

=2.286*10 ⁵ ,

коэффициент расхода α =0,6630 при , m =0,4096 и D=250 мм.

3. Планиметрическое число N=5,72 находим в процессе обработки диаграммы расходомера.

Определяются:

— среднее значение перепада давления

=3717.274841280;

— абсолютное давление

=26.0196;

— отношение ΔР/ Р=142.864.

4.Показатель адиабаты газа

=1.4220692455621017600,

Лист

19

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата