Устройство для обнаружения утечек горючих газов Советский патент 1984 года по МПК G01M3/28 

1

Изобретение относится к устройствам для обнаружения, измерения и бесготаменного дожигания утечек горючих газов, т.е. к системам контроля газовых сред и системам дожигания, и может применяться в различных отраслях промышленности, связанных с производством и потреблением горючих газов.

При подаче горючих газов к месту их непосредственного использования может иметь место нарушение герме.тичности транспортных систем (например, фланцевых соединений, в особенности при значительных перепадах температур), что ведет к утечке газ к образованию пожаровзрывоопасных смесей с воздухом или кислородом. Для предупреждения аварийных ситуаций в этом случае необходимо комплекс ное решение проблемы, состоящее из следующих основных задач: своевременной сигнализации об утечке, опреI деления интенсивности утечки, локализации утечки, организации беспламенного окисления горючего газа.

. Для обнаружения и определения коцентрации газов используются газоанализаторы различной конструкции и принципа действия. Наибольшее распространение получили термические газоанализаторы, в которых используется экзотермический эффек реакции окисления. Известны два типа термохимических газоанализаторов. К первому типу относятся газоанализаторы, в которых каталитическое окисление происходит на нагретой каталитически активной нити, являющейся одновременночувствительным эл- -ментом - плечом измерительного моста. Газоанализаторы этого типа находят применение для определения сравнительно больших концентраций - порядка нескольких процентов. В газоанализаторах второго типа каталитическое окисление происходит на гранулированном ката.гшзаторе при прохождении через него анализируемой смеси. Полезный тепловой эффект каталитического окисления измеряется в потоке с помощью термометра сопротивления или термобатареи. Приборы этого типа применяются для определения малых концентраций порядка 0,010,10 г/куб.м.

Для обнарркения утечки газов известны сигнализаторы утечки раз254882

личного принципа действия (пневматического, эжекционнрго, газоразрядного и,др.). Однако эти устройства выполняют только информационные 5 функции - обнаружение самого факта утечки без последующего окисления газа.

Известны устройства для дожигания газовых смесей, например для 10 дожигания водорода, вьщеляемого из аккумуляторов, Однако эти устройства не определяют наличие и интенсивность газовьщеления.

Таким образом, каждый из назван15 ньгх типов устройств решает только одну из поставленных задач (или сигнализация об утечке, или определение концентрации горючего газа в смеси, или дожигание газа), но 20 не обеспечивает комплексного решения всей проблемы в целом - предупреждение об аварийной ситуации и ее предотвращение.

Известно устройство для контроля 25 утечки продукта из фланцевого разъема трубопровода, вьтолненное в виде плоской шайбы, установленной между фланцами, в которой вьтолнено сквозное радиальное отверстие, через 3Q которое отбирается утечка продукта fl.

Однако данное устройство не позволяет производить контроль горю.чих продуктов с их дожиганием.

Наиболее близким по технической 5 сущности к изобретению является

устройство для обнаружения утечек горючих газов из фланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением, содержащее каталитический чувствительньш элемент из пористого проницаемого материала с термобатареей, соединенной со вторичным прибором. },

Недостатками известного устройства ЯВЛЯЮТСЯ;невозможность определения месторасположения утечки газа;установление только самого факта присутствия газа в атмосфере без возможйости локализации утечки и предотвра , щения попадания газа в обтаем заш щаемого помещения.

Эти недостатки оьусловлены тем, что отбор анализируемой газовой пробы 5 производится из атмосферы помещения, аименно измест наиболео вероятного скопления горючего газа. Интенсивность утечки газа может быть прибли31

женно определена только расчетным путем, если .известны объем помещения концентрации газа и время его натекания. По конструктивной схеме газоанализаторы предназначены только для определения концентрации компонента, который уже находится в составе анализируемой смеси. Поэтому задача предотвращения попадания газа в атмосферу путем его беспламенного дожигания ими вьтолнена быть не может. Таким образом, известное устройство также не обеспечивает полного решени поставленной задачи.

Целью изобретения является повышение точности определения интенсивности утечки и осуществление возможности предотвращения попадания горючего газа в атмосферу путем его дожигания с воздухом на поверхности катализатора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для обнаружения утечек горючих газов из фланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением, содержащем каталитический чувствительный элемент из пористого проницаемого материала с термобатареей, соединенной с втоpH4HbiM прибором, каталитический элемент размещен в сопряженных канавках выполненных на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения между уплотнением и наружной боковой поверхностью этого соединения, а свободные спаи термобатареи расположены между каталитическим элементом и уплотнением фланцевого соединения.

На фиг.1 изображен каталитически активный элемент с термобатареей, продольный разрез; на фиг.2 размещение каталитического элемента во фланцевом соединении.

Устройство для обнаружения горючих газов содержит каталитический чувствительный элемент 1 из пористого проницаемого материала,внутри которого расположены рабочие спаи 2 термобатареи, свободные слои 3 которой расположены вне пористого материала. Выводы 4 термобатареи подсоединены к вторичному прибору 5. Каталитический элемент размещен в сопряженных канавках 6, вьшолненных на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения 7 межлу уплотнением 8 и наружной боковой поверхностью этого соединения, а свободные спаи

88Л

термобатареи расположены между каталитггческим элементом и уплотнением фланцевого соединения.

Каталитический элемент представляет собой проницаемый пористый

материал (например, носитель для промышленных катализаторов или пористая керамика), на поверхность которого нанесен каталитически активный состав. В каталитический элемент в

процессе .его приготовления (формовки, прессовки, гфокалки) вмонтирован термодатчик, представляющий собой термобатарею, состоящую из дифференциальных термопар, последовательно соединенных между собой. Рабочие спаи термобатареи размещаются внутри каталитического элемента, а свободные спаи выведены наружу на расстоянии 10-20 диаметров термопарной проволоки от внешней поверхности каталитического элемента. Указанный диапазон расстояния является оптимальным, так как при большем

расстоянии возможно появление градиента температур между рабочими и свободными спаями термобатареи за счет теплопроводности конструкьщй и газовой среды. Вывод термобатареи подключается к вторично гу регистрирующему прибору (например, электронномл потенциометру) или сигнали затору. Каталитически активный элемент размещается в сопряженных канавках прямоугольного сечения. Эти канавки выполняются на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения. Каталит1меский элемент уплотняется с помощью прокладок,

при этом прикладываемое давление не . .

ДОЛЖНО приводить к его механическо ry разрушению.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной эксплуатации магистрали (отсутствие утечки горючего газа через уплотнение 8) рабочие и свободные спаи термобатареи, расположенные в непосредственной близости одни от других, имеют оди, наковую температуру. Поэтому термоЭДС на выходе термобатареи равна нулю, т.е. показания регистрирующего прибора (самопишуп1его или показывающего) так же соответствуют нулевой отметке шкалы. При HapymeHiiH герметичности соединения горючий газ, например водород, проникает в пространство между уплотнением 8 и

каталитическим элементом 1. Поскольку каталитический элемент 1 выполнен из проницаемого материала, то водород смешивается с кислородом воздуха, диффундирующим через поры, вступает с ним на поверхности катализатйра в экзотермическую реакцию, что ведет к вьщелению тепла и появлению градиента температур между рабочими и свободными спаями термобатареи и появлению термоЭДС.

Величина термоЭДС пропорциональн количеству тепла, вьщеляемому .при окислении горючего газа, т.е. интенсивности его утечки, что позволяет провести предварительную тарировку вторичного регистрирующего прибора.

Материалом для приготовления каталитического элемента могут служить пористые носители для промьппленных катализаторов и пористая керамика на которую наносится активн для горючего газа каталитический состав. Наиболее оптимальная толщин каталитического элемента 2-5 мм,При указанных параметрах обеспечивается низкое газодинамическое сопротивление каталитического элемента (1020 Па), создаются благоприятные условия для диффузии и смешения воздуха с газом, а также обеспечивается достаточное время их контакта с катализатором.

Термобатарея может быть изготов лена из хромель-капелевых термопар, имеющих постоянную термоЭДС на 1 градус (0,07 мВ/град.) в достато но широком диапазоне температур.Количество спаев термобатареи определяется заданной чувствительностью вторичного прибора. Например, если минимальньА перепад температур межд рабочими и свободньми спаяг да термобатареи задан равньиу 1 град, а диапзон измерения регистрирующего прибора - 0-1 мВ, то при количестве

спаев термобатареи, равном 10,термоЭДС составляет Е 0,7-1 -10 . Оз7л«Вэ т.е. указатель регистрирующего прибора находится во второй трети его шкалы, что соответствует минимальной погрешности показания прибора.

Испытания устройства, размещенного во фланцевом соединении трубопровода, показало его надежную работоспособность с точки зрения выдачи предупредительного сигнала при появлении утечки и полноты окисления водорода (определяемой с помощью хроматографического анализа),

Техн -щеским преимуществом предлагаемого устройства в сравненил с известным является простота конструкции и изготовления, возможность установки устройства непосредствекно в место предполагаемой протечки горючего газа, а также возможность его беспламенного дожигания.

Основньм npeHivryLn;ecTBOM изобретения является то, что оно ке только обнаруживает утечку газа, но и позволяет определить интенсивность этой утечки5 а также предотвратить попадание горючего газа в атмосферу производственного помещения за счет его окисления кислородом воздуха на поверхности катализатора.

Использование изобретения создает таким образом, дополнительньш положительный эффект, заключающийся в возможности определения интенсивности утечки газа и его окисления.

Положительньй эффект заключается также в повышении пожаровзрывобезопасности производств, технологически связанных с горючими газами, уменьшении затрат на обеспечение техники безопасности при проведе1 ии работ с горючими газами.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ГОРЮЧИХ ГАЗОВ из фланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением,содержащее каталитичес кий чувствительный элемент из порис Раг7 того проницаемого материала с термобатареей, соединенной с вторичным прибором,о тличающееся тем,что,с целью повьшения точности определения интенсивности утечки и осуществления возможности предотвращения попадания горючего газа в атмосферу путем его дожигания, каталитический элемент размещен в сопряженных канавках, вьтолнен11ьгх на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения между уплотнением и наружной боковой поверхностью этого соединения, а свободные спаи термобатареи расположены между каталитическим элементом и уплотнением фланцевого соединения;