CC BY
62
МЕЖДУНАРОДНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
INTERNATIONAL ACTIVITY
Статья поступила в редакцию 27.10.2014 УДК 006.9:533.2
ПРОИЗВОДСТВО ПОВЕРОЧНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
Александров В., Насибулина А.
В статье представлена информация о производстве стандартных образцов состава газовых смесей в Республике Казахстан - создание, существующие возможности и перспективы развития.
Ключевые слова: стандартный образец состава газовой смеси (СО), эталон единицы молярной доли компонентов в газовых средах, однокомпонентная поверочная газовая смесь.
Авторы: АЛЕКСАНДРОВ В.В.
Заведующий сектором по производству
поверочных газовых смесей Карагандинского
филиала РГП «Казахстанский Институт Метрологии»
Казахстан, 100009, г. Караганда,
ул. Анжерская, 22/2
Тел: +7 (705) 419-65-78
E-mail: aleksandrov umz@mail.ru
НАСИБУЛИНА А.
Магистр техники и технологии по направлению «Приборостроение»,
эксперт 2-й категории сектора по производству поверочных газовых смесей Карагандинского филиала РГП «Казахстанский Институт Метрологии» Казахстан, 100009, г. Караганда, ул. Анжерская, 22/2 Тел: +7 (701) 490-99-13 E-mail: Nastasya3112@mail.ru
В Республике Казахстан мелкосерийное производство стандартных образцов состава газовых смесей (далее - стандартные образцы) для нужд предприятий и организаций впервые организовано в 2010 году в Карагандинском филиале РГП «КазИнМетр» на базе Государственного эталона единицы молярной доли компонентов в газовых средах.
В 2011 году производство было выделено в отдельную структурную единицу - сектор по производству поверочных газовых смесей (далее - ПГС), расположенный в отдельно стоящем и специально спроектированном для этих целей производственном корпусе общей площадью 900 м2. В составе производственного корпуса были размещены следующие отделения и помещения: - лаборатория аттестации стандартных образцов (далее по тексту - лаборатория);
- отделение приготовления стандартных образцов;
- отделение термовакуумной десорбции баллонов;
- отделение получения газообразного азота;
- отделение ремонта и освидетельствования сосудов, работающих под давлением;
- ремонтно-механический участок.
По мере планомерного развития производства в период 2011-2014 годов обозначился спектр основных функциональных работ и задач лаборатории:
- мониторинг и анализ потребности предприятий и организаций Республики Казахстан в стандартных образцах с целью разработки и изготовления новых типов стандартных образцов и удовлетворения потребностей в вышеуказанной продукции метрологического назначения;
- научно-исследовательская деятельность, включающая разработку и изготовление новых типов стандартных
образцов, а также методик выполнения измерений компонентов в газовых средах и их последующая стандартизация;
- участие в сличениях в области газового анализа, а также в межлабораторных сравнительных испытаниях;
- испытания и поверка газоаналитических средств измерений.
Мониторинг и анализ потребности предприятий и организаций Республики Казахстан в стандартных образцах
Сегодня заявки на изготовление стандартных образцов поступают от более чем 150 предприятий следующих отраслей промышленности: энергетика и металлургия, газо- и нефтепереработка, угольная промышленность, оборонная промышленность, приборостроение, стандартизация и другие.
По результатам проводимого анализа наиболее востребованные и неосвоенные типы стандартных образцов включаются в план разработки стандартных образцов на последующие годы.
Так, многообразие выпускаемых типов стандартных образцов насчитывает свыше 800 различных типов, утвержденных в качестве государственных стандартных образцов на территории Российской Федерации (Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева. ГСИ. ЭТАЛОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Каталог 2008-2009. МИ 2590-2008. СПб., 2008), и обусловлено, с одной стороны, различным сочетанием газообразных
компонентов в составе (кислород, азот, аргон, водород, метан, пропан, окись углерода, диоксид углерода, гелий, сероводород, меркаптаны, сероуглерод, оксиды азота, диоксид серы, имитаторы природного газа и пр.), с другой - широким диапазоном номинальных значений объемной доли целевых компонентов (от долей ррт до 99,9 %). В связи с этим был проведен детальный анализ и мониторинг потребности предприятий республики с целью выявления необходимых к освоению типов стандартных образцов.
Географически каждый регион Республики Казахстан включает по меньшей мере два крупных предприятия, использующих в своей деятельности приборы газового анализа и имеющих потребность в стандартных образцах. Наиболее крупные предприятия-потребители отмечены на рис. 1.
Анализ потребности предприятий в стандартных образцах на основе заявок, поступивших от потребителей в период с 2010 по 2012 год, показал общую ежегодную потребность предприятий - 1300 экземпляров стандартных образцов. С 2012 года по мере развития инновационных технологий и современных средств измерений газового анализа потребности предприятий в стандарных образцах увеличился в полтора раза и составил приблизительно 2000 экземпляров.
Исследования сфер деятельности каждого предприятия на территории РК и область применения
L I [--.кал шримс!--
•K.t-i\lv I i^jf I ■ 4,1 y" ^рсслпрЧигаiTcMMfiTav.
r&ciyxrad Г1ТС-1
рЖПу К. V!!!* KHHi.L фгррхн ПТОГ
1JH m-.WHH) i ■ i4iiiii4-ptir ll isiki.I
ПЛИ .|Кл;иа.||1
AO "Ккшефташин Cll и;^№нгс1ч>
\( '■• 'Llu.ii . К ilui шр '■
Рис. 1. Крупные промышленные предприятия - потребители стандартных образцов Республики Казахстан
100%-
■ производимые
□непроизводимые
253 148 178 174 797
346 1804
215 242
Газо-и нефтепеработка
Оборонная Приборостроение Угольная промышленность и стандартизация промышленность (МЧС РК) (поверка приборов
и систем аналитического контроля)
Энергетика и металлургия
Рис. 2. Потребность в ПГС отраслей промышленности Республики Казахстан в период с 2010 по 2014 г.
востребованных предприятиями стандартных образцов, а также соотношение типов стандартных образцов, охваченных номенклатурой выпускаемых сектором по производству ПГС Карагандинского филиала РГП «КазИнМетр» типов, позволил выделить и обобщить следующие области (рис. 2):
а) газо- и нефтепереработка - номенклатурой охвачено 78 %;
б) энергетика и металлургия - номенклатурой охвачено 69 %;
в) оборонная промышленность (в т. ч. МЧС РК) - номенклатурой охвачено 59 % (основную долю запрашиваемых типов газовых смесей составляют многокомпонентные газовые смеси и бинарные газовые смеси с концентрацией менее 0,1 %);
г) угольная промышленность - номенклатурой охвачено 58 %;
д) приборостроение и стандартизация (поверка газоаналитических приборов) - номенклатурой охвачено 66 %.
Анализ потребности предприятий в стандартных образцах на основе заявок, поступивших от потребителей на период с 2010 по 2012 год, показал востребованность в газовых смесях на основе окиси углерода, кислорода, метана, водорода, аргона, диоксида углерода, пропана в диапазоне менее 0,1 %, при этом суммарная потребность в данных типах смесей составила 24 % от общей потребности (рис. 3).
Из 24 % востребованных типов стандартных образцов в диапазоне от 0,0001 до 0,1 % об. доли около 80 % составляли стандартные образцы на основе окиси углерода. Для покрытия этой потребности в 2011 году было разработано и утверждено 50 типов стандартных
образцов состава окиси углерода в азоте, воздухе, гелии и аргоне. Разработка и аттестация данных типов стандартных образцов стала возможной при использовании газохроматографического комплекса для анализа микропримесей в чистых газах, введенного в действие в 2010 году. В 2012 году дополнительно разработано 32 типа стандартных образцов на основе кислорода, водорода, метана, пропана, диоксида углерода в вышеуказанном диапазоне. В результате номенклатурой выпускаемых стандартных образцов покрыт почти весь диапазон от 0,0001 до 100 % об. доли на основе кислорода, водорода, метана, пропана, окиси углерода, диоксида углерода.
Тем не менее в номенклатурном перечне выпускаемых типов стандартных образцов 2011-2012 годов отсутствовали стандартные образцы многокомпонентного состава и смеси со следующими компонентами: сероводород (H2S), диоксид серы (SO2), оксид азота (NO), диоксид азота (NO2), аммиак (NH3), карбонилсуль-фида (COS), метилмеркаптана (CH3SH) и этилмеркап-тана (C2H5SH), сероуглерод (CS2), хлора (Cl2), а также стандартные образцы состава имитаторов природного газа. Удельная доля данных типов стандартных образцов составляет 31 %.
Для решения этой задачи в IV квартале 2011 года проведена модернизация комплекса для передачи размера единицы объемной доли вышеуказанных компонентов оптико-абсорбционным газоанализатором, осуществляющим передачу размера единицы молярной
объемная доля, %
□ 0,0001-0,1 □ 0,1-1,0 ■ 1,0-10 ■ 10-100
Рис. 3. Процентное соотношение запрашиваемой продукции стандартных образцов предприятиями Республики Казахстан в различных диапазонах объемной доли
доли данных компонентов в газовых средах. Принцип измерения газоанализатора основан на фотометрическом методе измерения поглощения ультрафиолетового излучения молекулами анализируемых газов.
Начиная с 2012 года на данном комплексе ведутся исследования для разработки методики выполнения измерений для определения содержания газовых компонентов на основе сероводорода (H2S), диоксида серы (SO2), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), аммиака (NH3), карбонилсульфида (COS), метилмер-каптана (CH3SH) и этилмеркаптана (C2H5SH), а также сероуглерода (CS2) и хлора (Cl2). Методика выполнения измерений позволит разработать ПГС 1-го и 2-го разрядов с составом вышеуказанных компонентов. Данные типы стандартных образцов дополнительно покроют до 20 % от общей потребности в стандартных образцах предприятий и организаций республики.
На сегодняшний день номенклатура выпускаемых типов стандартных образцов составляет 361 тип, в перечень вошли 20 типов стандартных образцов на основе сероводорода (H2S), метилмеркаптана (CH3SH) и этилмеркаптана (C2H5SH) нулевого разряда, разработанных в 2013 году. Это дало возможность продолжить разработки в данном направлении в 2013-2014 годах и расширить номенклатуру выпускаемых типов сектором по производству ПГС Карагандинского филиала РГП «КазИнМетр» на 45 типов в 2014 году на основе сероводорода (H2S), метилмеркаптана (CH3SH) и этилмеркаптана (C2H5SH).
Не менее важной и значимой задачей для покрытия потребности в стандартных образцах нефтегазовой отрасли республики является передача размера единицы молярной доли компонентов природного газа.
На предприятиях нефтегазовой отрасли республики для контроля технологических процессов, расчета компонентного состава и теплоты сгорания по ГОСТ 313692008 (ISO 6976:1995) «Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава», ГОСТ 31371-2008 (ISO 6974). «Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности» используются стандартные образцы компонентного состава природного газа (имитаторы природного газа - ИПГ).
ИПГ представляют собой многокомпонентные газовые
смеси, аттестованные по содержанию следующих компонентов: кислород, гелий, водород, окись углерода, метан, пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан, н-пентан, гексан, октан и более тяжелые углеводороды.
В IV квартале 2011 года также проведено до-оснащение комплекса для передачи размера единицы молярной доли специализированным хроматографом для анализа компонентного состава природного газа (Не, Н2, 1\12, 02, С02, углеводороды С1 - С10) в соответствии с ГОСТ 31371-2008 «Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности» с использованием детекторов 3ДТП-ПИД. В 2013 году планируется освоение и ввод в эксплуатацию данного комплекса с последующей разработкой методики выполнения измерений молярной доли компонентов в образцах природного газа, а в период 2013-2015 годов - разработка стандартных образцов состава природного газа (имитаторов природного газа).
Таким образом, проведение поэтапной модернизации государственного эталона единицы молярной доли компонентов в газовых средах позволит к 2015 году освоить выпуск полной номенклатуры стандартных образцов, востребованных предприятиями и организациями наиболее значимых отраслей промышленности, и метрологически обеспечить газоаналитические измерения в республике.
Организация работ по разработке новых типов стандартных образцов
Планомерное дооснащение и модернизация комплексов, входящих в состав государственного эталона единицы молярной доли компонентов в газовых средах, позволило осуществить разработку и утверждение 101 типа стандартных образцов в 2009 году, 61 типа - в 2010 году, 49 типов стандартных образцов - в 2011 году, 33 типа стандартных образцов - в 2012 году, 22 типа стандартных образцов - в 2013 году и 94 типов - в 2014 году (рис. 4).
150 ■ 2010
250
2012 В2013
300 2014
Рис. 4. Количество разработанных ПГС по годам
Таким образом, на сегодняшний день номенклатурный перечень выпускаемых типов стандартных образцов представлен 361 типом. В 2014 году завершается разработка 15 типов трехкомпонентных стандартных образцов на основе сероводорода (H2S), метилмеркаптана (CH3SH) и этилмеркаптана (C2H5SH).
Современными задачами развития сектора по производству ПГС Карагандинского филиала РГП «КазИн-Метр» является разработка методик для определения содержания газовых компонентов на основе диоксида серы (SO2), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), аммиака (NH3), карбонилсульфида (COS), сероуглерода (CS2) и хлора (Cl2), а также для внедрения методик анализа ГОСТов серии ГОСТ 31371-2008 с целью разработки стандартных образцов состава природного газа (имитаторов природного газа).
На сегодняшний момент все типы стандартных образцов, разработанных на основе сектора по производству ПГС Карагандинского филиала РГП «КазИнМетр», внесены в реестр ГСИ РК и имеют статус государственных стандартных образцов. Ознакомиться с полной номенклатурой выпускаемых типов стандартных образцов можно на сайте www.kazinmetr.org
в разделе «Отечественные производители средств измерений».
Пока все разработанные газовые смеси являются однокомпонентными в различных газах-разбавителях. Распределение по аттестованным компонентам стандартных образцов и используемому газу-разбавителю представлено на рис. 5.
Имеется возможность проведения количественного анализа газовых сред различного компонентного состава по следующим методикам выполнения измерений (далее - МВИ), используемым также и при аттестации поверочных газовых смесей 1-го и 2-го разрядов:
• МВИ «Смеси газовые поверочные. Определение молярной концентрации водорода, кислорода, окиси углерода, метана, пропана газохроматографическим методом», регистрационный номер Ю.07.00.00984-2009, 26.08.2009, свидетельство № 350 от 26.08.2009;
• МВИ «Газы и газовые смеси. Определение объемной доли окиси углерода газохроматографическим методом», регистрационный номер ^.07.00.01447-2012, 12.01.2012, свидетельство № 585 от 12.01.2012;
• МВИ «Газы и газовые смеси. Определение объемной доли азота, аргона, водорода, гелия, кислорода,
Газ-
разбавитель
■сн4
■ Не
■ Ar —
■ воздух
■ n2 —
I.1.-.3
СО С02 0Н4 03Н8 Н2 02 Ar
Аттестованый компонент ПГС
Не CH3SH 02H5SH H2S
Рис. 5. Количество стандартных образцов, аттестованных на содержание соответствующего компонента и использование соответствующего газа-разбавителя
оксида углерода, диоксида углерода, метана газохро-матографическим методом» позволяет определять микропримеси в чистых газах, регистрационный номер KZ.07.00.014/2-2012, 16.02.2012, свидетельство № 597 от 16.02.2012;
• МВИ «Газы и газовые смеси. Определение объемной доли аргона, водорода, кислорода, оксида углерода, диоксида углерода, метана газохроматографическим методом», регистрационный номер KZ.07.00.0195/-2014, 16.01.2014, свидетельство № 771 от 16.01.2014;
• МВИ «Газы и газовые смеси. Определение объемной доли сероводорода, метилмеркаптана, этилмеркаптана газохроматографическим методом», регистрационный номер ^.07.00.01947-2014, 23.01.2014, свидетельство № 765 от 23.01.2014.
Широкий диапазон измерений вышеуказанных МВИ (от 0,0001 до 99,9 % об. доли) позволяет проводить анализ большинства перманентных газов и газовых смесей, используемых в различных отраслях экономики и промышленности.
Участие в сличениях в области газового анализа, а также межлабораторных сравнительных испытаниях
С целью организации работ по декларированию калибровочных и измерительных возможностей Карагандинского филиала РГП «КазИнМетр» на основе метрологических характеристик стандартных образцов проведены Ключевые сличения национальных эталонов в области анализа газовой смеси СО2, СО, С3Н8 в азоте (автомобильные газы) по теме КООМЕТ 576^/12. Координатор сличений - ФГУП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.
Координатору сличений ФГУП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева направлен промежуточный отчет.
На заседании ТК 1.8 КООМЕТ «Физико-химия» рассмотрена возможность и выражена заинтересованность в участии Карагандинского филиала РГП «КазИнМетр» в новых темах сличений КООМЕТ:
• ХХХШ/14 Дополнительные сличения «Атмосферные газы-загрязнители: СО в азоте 3 мкмоль/моль)»;
• ХХХШ/14 Ключевые сличения по природному газу.
Наличие результатов сличений стандартных образцов, проведенных в рамках КООМЕТ и системы качества в НМИ в соответствии с требованиями Руководства ИСО/РЕМКО 34-2000 «Общие требования к компетенции производителей стандартных образцов», позволит организовать работу по декларированию калибровочных и измерительных возможностей РГП «КазИнМетр.
Испытания и поверка газоаналитических средств измерений
Немаловажную роль оказывает лаборатория в предоставлении технической базы для проведения испытаний для целей утверждения типа различных типов газоанализаторов, сигнализаторов, датчиков горючих и токсичных газов и прочих приборов газового анализа, проводимых в соответствии с СТ РК 2.95-2005, а также по разработанным и утвержденным программам испытаний.
Широкая номенклатура изготавливаемых эталонных и поверочных газовых смесей, наличие динамического комплекса для воспроизведения единицы молярной доли на базе генератора газовых смесей ГГС-03-03 позволяет охватить диапазоны измерений и измеряемые компоненты большинства газовых каналов газоанализаторов.
Также этот фактор способствовал расширению области аккредитации на право поверки газоаналитических приборов поверочной лаборатории Карагандинского филиала РГП «КазИнМетр».
Заключение
Исследования в области газоаналитических измерений в Республике Казахстан охватывают сравнительно короткий этап. За это время в республике создана нормативная и эталонная база газоаналитических измерений. На базе исследования и внедрения государственного эталона единицы молярной доли компонентов в газовых средах организовано производство стандартных образцов.
Последующая модернизация эталонного оборудования позволяет развивать и расширять производство стандартных образцов и дает возможность охватывать новые области метрологической обеспеченности газоаналитических измерений.
Ежегодное развитие номенклатуры выпускаемых типов стандартных образцов и их внедрение в производство расширяет возможности технической базы для проведения испытаний для целей утверждения типа различных газоанализаторов, сигнализаторов, датчиков горючих и токсичных газов и прочих приборов газового анализа, их поверки, калибровки и метрологической обеспеченности в Республике Казахстан.
Современные задачи производства стандартных образцов в Республике Казахстан - это разработка методик выполнения измерений и утверждение новых типов на основе диоксида серы ^02), оксида азота (N0),
диоксида азота (NO2), аммиака (NH3), карбонилсульфида (COS), сероуглерода (CS2) и хлора (Cl2), а также внедрение методик анализа ГОСТов серии ГОСТ 31371-2008
с целью разработки стандартных образцов состава природного газа (имитаторов природного газа).
PRODUCTION OF CALIBRATION GAS MIXTURES IN THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
V. Aleksandrov*, A. Nasibulina**
The Karaganda branch Kazakhstan Institute of Metrology (RGP KazInMetr) Kazakhstan, 100009, Karaganda, ulitsa Anzherskaia, 22/2 *e-mail: aleksandrov_umz@mail.ru **e-mail: Nastasya3112@mail.ru
The article presents the information about production of reference materials for composition of calibration gas mixtures in the Republic of Kazakhstan -creation, existing capabilities and development prospects.
Key words: reference material (RM) for composition of gas mixtures, measurement standard of molar fraction of components in gas media, single-component calibration gas mixture.
