CC BY
16
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОПЫТ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОРТАТИВНЫХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ И ГАЗОСИГНАЛИЗАТОРОВ АММИАКА НА ВОДОРОДНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ФКП «НИЦ РКП» Бахвалов А.В. Email: [email protected]
Бахвалов Александр Владимирович — кандидат биологических наук, начальник группы, центральная химическая лаборатория, Федеральное казённое предприятие Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности, г. Пересвет
Аннотация: широкое применение в промышленности аммиачных холодильных установок обусловливает необходимость контроля содержания аммиака в воздухе рабочей зоны. Существуют различные способы проведения такого контроля, как химические, так и инструментальные. Инструментальные методы реализуются с помощью стационарных систем контроля опасных накоплений (СКОН) и портативных приборов, газоанализаторов и газосигнализаторов.
В настоящее время на рынке аналитического оборудования представлен широкий спектр газоанализаторов и газосигнализаторов аммиака. Они различаются как по форме исполнения, так и по принципу детектирования аммиака. Для решения производственных задач следует учитывать эти различия и подбирать оптимальную модель. Правильный выбор модели газоанализатора или газосигнализатора аммиака позволит оптимизировать затраты на его эксплуатацию. Ключевые слова: аммиак, газоанализатор, газосигнализатор, производственная безопасность, аммиачная холодильная установка.
PRACTICAL EXPERIENCE IN USE OF PORTABLE AMMONIA GAS ANALYZERS AND AMMONIA GAS SYGNALYZERS AT THE HYDROGEN MANUFACTURING FKP "NITS RKP" Bahvalov A.V.
Bahvalov Alehander Vladimirovich — PhD in biology, Head of the Group, CENTRAL CHEMICAL LABORATORY, FEDERAL GOVERNMENT ENTERPRISE SCIENTIFIC AND TESTING CENTER OF THE ROCKET AND SPACE INDUSTRY, PERESVET
Abstract: the widespread use of ammonia refrigeration units in industry makes it necessary to control the ammonia content in the air of the working area. There are various methods of such control, both chemical and instrumental. Instrumental methods are implemented using stationary systems of monitoring hazardous accumulations (SMHA) and portable devices, gas analyzers and gas signalyzers.
Nowdays the analytical equipment market offers a wide range of ammonia gas analyzers and gas signalyzers. They differ both in their design and in the principle of ammonia detection. To solve manufacture tasks, these differences should be taken into account and the optimal model should be selected. The correct choice of the model of ammonia gas analyzer or gas signalyzer will optimize the cost of its operation.
Keywords: ammonia, gas analyzer, gas signalyzer, industrial safety, ammonia refrigeration unit.
УДК 66.03
Введение
Аммиачные холодильные установки (АХУ) широко применяются в разных отраслях промышленности, где требуется охлаждение в интервалах температур от +50С до -450С. Наиболее широкое применение АХУ находят в пищевой промышленности, где они используются для производства и хранения замороженных продуктов питания. Также АХУ находят применение в машиностроительной промышленности и в производстве криогенных продуктов. Так, на ФКП «НИЦ РКП» АХУ используются на водородном производстве для предварительного охлаждения водорода (в процессе его ожижения) с одновременным удалением из водорода паров воды и масла методом вымораживания. Другое направление
использования АХУ на предприятии - создание низких температур для проведения климатических испытаний специальной техники.
Широкое распространение АХУ обусловлено следующими фактами [4]:
1. Использование аммиака не регулируется международными договорами по парниковым и озонразрушающим веществам (Киотский и Монреальский протоколы).
2. Аммиак высокоэффективен как рабочее тело холодильных машин: он легко конденсируется при избыточном давлении и обладает достаточным холодообразованием при испарении.
3. Накоплен большой практический опыт использования аммиака, хорошо изучены его физические и химические свойства, а также степень влияния на окружающую среду и здоровье человека.
4. Аммиак сравнительно дёшев и производится многими предприятиями, на рынке нет дефицита.
Область применения портативных газосигнализаторов аммиака
Аммиак является токсичным веществом 4 класса опасности, поэтому предприятия, эксплуатирующие АХУ, являются опасными производственными объектами в соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ от 21.07.1997 г. [5].
Непосредственная эксплуатация АХУ осуществляется в соответствии с «Правилами безопасности аммиачных холодильных установок ПБ 09-595-03» [3]. Данный документ устанавливает предельно-допустимую концентрацию (ПДК) аммиака в воздухе производственных помещений 20 мг/м3. Помещения, где размещены аппараты АХУ, должны быть оборудованы газоанализаторами, входящими в систему контроля опасных накоплений. При достижении ПДК должна включаться световая и звуковая сигнализация.
Кроме стационарных газоанализаторов, при обслуживании АХУ используются также портативные, переносные приборы. Их применение оправдано в следующих случаях:
1. При проведении ремонтных работ, для контроля содержания аммиака в воздухе непосредственно в зоне ремонта, рядом с работающими.
2. При поиске утечек аммиака, контроле герметичности соединений и сварных швов агрегатов.
3. При контроле содержания аммиака в помещениях, смежных с АХУ и не оборудованных стационарными газоанализаторами.
4. При устранении неисправностей стационарных газоанализаторов, а также для контроля их корректной работы.
Даже при штатной эксплуатации АХУ, происходят выбросы аммиака в атмосферу, например, при проведении продувок конденсаторов от неконденсирующихся примесей. Для идентификации аммиака в воздухе и определения его концентрации используются различные методы, как химические, так и с применением газоанализаторов и газосигнализаторов. Газосигнализаторы отличаются от газоанализаторов наличием в них возможности подачи звукового или светозвукового сигнала при достижении предельно-допустимой концентрации аммиака в воздухе. Поэтому газосигнализаторы предпочтительнее в работе [1]. Эти приборы могут быть укомплектованы сразу несколькими детекторами, для одновременного определения нескольких газов в воздухе. Так, для водородного производства актуальны приборы, определяющие одновременно содержание аммиака и водорода в воздухе рабочей зоны.
В настоящее время на рынке представлен большой набор моделей газосигнализаторов, различающихся по числу определяемых газов, размерам и массе, времени автономной работы, принципу детектирования. В этой статье мы рассмотрим некоторые модели портативных газосигнализаторов, применявшихся в разное время в ФКП «НИЦ РКП», разберём их достоинства и недостатки.
Обзор некоторых моделей портативных газоанализаторов и газосигнализаторов аммиака
Универсальный газоанализатор «УГ-2», производитель - Черкасский государственный завод химреактивов, Украина
Этот прибор относится к газоанализаторам, поскольку лишь определяет концентрацию аммиака в воздухе без возможности подачи звукового или светозвукового сигнала. Однако мы считаем необходимым упомянуть этот прибор в статье, так как такие приборы применяются на производстве с 1970-х годов до настоящего времени.
Прибор представляет собой механическое воздухозаборное устройство и комплект индикаторных трубок. Воздухозаборное устройство позволяет прокачивать через
индикаторную трубку 100, 200, 300 или 400 мл анализируемого воздуха, в зависимости от определяемой концентрации вещества. Объём отбираемого воздуха зависит от положения штока. В современной версии УГ-2 индикаторные трубки проставляются уже снаряжёнными индикаторным порошком, а в более ранних версиях трубки необходимо снаряжать самостоятельно: индикаторный порошок поставлялся в запаянных стеклянных ампулах.
Чтобы подготовить прибор к работе, необходимо вручную вдавить шток воздухозаборного устройства в корпус и поставить на фиксатор. Затем подсоединить индикаторную трубку и снять шток с фиксатора. Распрямляющаяся пружина выдавит шток в исходное положение, а через трубку пройдёт заданный объём воздуха. При наличии в воздухе аммиака, индикаторный порошок посинеет на большую или меньшую длину от начала трубки. Сравнивая длину окрашенного слоя с прилагаемой шкалой, определяют концентрацию аммиака.
Так как принцип работы прибора - механический, то подавать светозвуковой сигнал о превышении ПДК аммиака в воздухе он, естественно, не может. Недостатком прибора является необходимость снаряжения индикаторных трубок и достаточно большой вес: 1,5 кг. Ещё один недостаток - отсутствие возможности работы в фоновом режиме, после выполнения каждого анализа прибор необходимо заново готовить к работе.
Достоинства прибора вытекают из его недостатков. Так как прибор механический, он не требует подзарядки или смены батареек. Также нет риска выхода из строя сенсора при подаче на прибор высокой концентрации аммиака (что бывает при поиске утечек) - достаточно просто сменить индикаторную трубку. Ещё одно достоинство - длительный реальный срок хранения индикаторных порошков для трубок. Так, имеющиеся в нашей лаборатории порошки в ампулах 1987 года выпуска отлично работают по сей день. Сразу оговоримся, что применение расходных материалов с истекшим сроком годности недопустимо для обеспечения производственной безопасности, но для обеспечения вспомогательных работ, таких, как поиск утечек аммиака, их использование допустимо.
В настоящее время газоанализатор УГ-2 морально устарел. Однозначно рекомендовать его приобретение мы не можем, но и не рекомендуем немедленно избавляться от уже имеющихся приборов, особенно если имеется запас индикаторных порошков. Прибор может с успехом использоваться для вспомогательных работ на АХУ.
Индивидуальный газосигнализатор аммиака «Астра-В», производитель - АО НПП «Дельта», Россия
Прибор предназначен для непрерывного автоматического измерения концентрации аммиака. Используется для обеспечения индивидуальной безопасности работников, имеет крепление, позволяющее закреплять прибор на спецодежде. Имеет звуковую и световую сигнализацию при превышении концентрации аммиака выше ПДК 20 мг/м3.
Главное достоинство прибора «Астра-В» - малый вес (150 г) и быстрая подготовка к работе: прибор начинает измерения сразу после включения. Желательно включать прибор вне помещения АХУ, чтобы проверить стабильность нулевого уровня сигнала: на дисплее должны отобразиться цифры «000». Прибор имеет взрывобезопасное исполнение, однако зарядка должна осуществляться вне взрывоопасных зон.
Из недостатков данного прибора следует отметить сравнительно небольшой срок службы сенсора аммиака и невозможность одновременного контроля нескольких газов. Так, в приборе используется электрохимический сенсор МетЬгарог NH3/CR-100 (производство - Швейцария), номинальный срок службы которого составляет 2 года. По нашему опыту реальный срок службы этих сенсоров доходит до 4 - 5 лет, то есть приборы ещё проходят государственную поверку. В момент выхода сенсора из строя показания прибора не выходят на «000» даже на открытом воздухе, срабатывает звуковая сигнализация. Малые габариты прибора не позволяют разместить в нём несколько сенсоров. Например, для одновременного определения содержания аммиака и водорода, что актуально для водородного производства.
В целом, газосигнализатор «Астра-В» зарекомендовал себя как недорогой, мобильный и достаточно надёжный прибор.
Газосигнализатор «ОКА-92МТ» с выносным блоком датчиков. Производитель - ООО «Информаналитика», Россия
В составе газосигнализатора ОКА-92МТ два блока: блок индикации и блок сенсоров. В блоке сенсоров может быть установлено от 1 до 5 сенсоров, то есть прибор может одновременно определять содержание от 1 до 5 газов в воздухе. Выносной блок сенсоров соединён с блоком индикации проводом длиной от 6 до 30 метров (по заказу). Имеет световую и звуковую сигнализацию при превышении ПДК как по аммиаку (20 мг/м3), так и по другим газам в соответствии с их ПДК. Набор определяемых газов согласовывается при заказе прибора.
Конфигурация газосигнализатора «ОКА-92МТ» оптимальна для обеспечения требований безопасности при работе в подвалах, колодцах или внутри резервуаров: блок сенсоров опускается, например, в колодец прямо на проводе. Для обеспечения безопасности работ блок следует опускать в рабочую зону до спуска в неё персонала. Прибор может быть использован контроля состояния атмосферы не только в колодцах, в любых других помещениях тоже, просто в этом случае блок сенсоров следует держать в руках.
На нашем предприятии хорошо зарекомендовала себя конфигурация «ОКА-92 МТ» с кабелем длиной 6 метров и сенсорами на аммиак, кислород и водород. Таким образом, возможен одновременный контроль всех параметров воздуха рабочей зоны, необходимый на водородном производстве.
Основной недостаток этого прибора - малый срок службы сенсоров. В конструкции прибора используются сенсоры отечественного производства ООО «Информаналитика» 2Е-NH3 0-900ppm, номинальный срок службы которых составляет 2 года. Но реальный срок службы (как и у прибора «Астра-В») составляет 4 - 5 лет. Признаком выхода сенсора из строя является невозможность установления показаний прибора на «0» даже на открытом воздухе. В этом случае следует произвести замену сенсоров.
Портативный газосигнализатор токсичных газов Riken Keiki SC-8000. Производитель -Riken Keiki Company, Япония
Прибор представляет собой портативный газосигнализатор с принудительным отбором проб воздуха, имеет встроенный насос. Изготовлен во взрывобезопасном исполнении. Снабжён наплечным ремнём для переноски и выносным щупом для отбора проб воздуха. Газосигнализатор одноканальный, имеет сенсор только на один компонент; комплектация согласовывается при покупке прибора. Газосигнализатор имеет два порога светозвуковой сигнализации: при содержании аммиака в воздухе 20 мг/м3 (первый уровень) и 60 мг/м3 (второй уровень). Масса прибора - около 1 кг.
Основные достоинства прибора Riken Keiki SC-8000 - наличие выносного щупа в сочетании с побудителем расхода. Такой прибор удобно применять для анализа воздушной среды при входе в помещение. Достаточно внести в помещение щуп на вытянутой руке и по показаниям прибора убедиться в отсутствии опасных концентраций аммиака.
Такой прибор очень удобен при проведении ремонтных работ на АХУ. Так, при выводе АХУ в ремонт, её элементы продуваются азотом для удаления аммиака. Избыточное давление в системах при этом незначительно, что делает затруднительным применение приборов без побудителя расхода: направить струю азота на сенсор газосигнализатора часто затруднительно. Наличие побудителя расхода в газосигнализаторе Riken Keiki SC-8000 позволяет определить содержание аммиака в продувочном азоте даже при отсутствии избыточного давления. Для этого следует вставить щуп прибора, например, в манометровую трубку (при снятом манометре). Забор газа будет осуществлён побудителем расхода и по показаниям прибора можно будет сделать вывод о достаточности продувки.
Ещё из достоинств прибора Riken Keiki SC-8000 следует отметить ударопрочный водонепроницаемый корпус и аккумуляторную батарею большой ёмкости.
Из недостатков прибора следует отметить невозможность контроля содержания нескольких газов в атмосфере и небольшой срок службы применяемого электрохимического сенсора аммиака. Как и другие производители сенсоров, компания Riken Keiki заявляет срок службы своих сенсоров в 2 года, как у приборов «Астра» и «ОКА-92-МТ». Признаком выхода сенсора из строя является невозможность выхода газосигнализатора на «0» даже на свежем воздухе. Сказать о реальном сроке службы сенсоров «Riken Keiki» мы пока не можем, так как прибор находится в эксплуатации менее чем 2 года. Однако наша практика применения других газосигнализаторов этой компании указывает на долговечность сенсоров, значительно превышающую их заявленный срок службы.
Переносной газосигнализатор аммиака «Honeywell SPM Flex Gas Monitor». Производитель - «Honeywell Analytics», США
Прибор представляет собой переносной газосигнализатор с принудительным отбором проб воздуха, имеет встроенный побудитель расхода. Прибор довольно тяжёлый, весит около 5кг, может устанавливаться стационарно в производственном помещении или использоваться как переносной. Изготовлен во взрывобезопасном исполнении. Снабжён выносным щупом для отбора проб воздуха.
Принципиальным отличием прибора «Honeywell» от остальных рассмотренных электронных приборов, является принцип детектирования с использованием химкассет. Анализируемый воздух в течение 30 секунд подаётся на бумажную ленту химкассеты,
пропитанную реагентом. В присутствии аммиака лента окрашивается в красный цвет, причём интенсивность окраски пропорциональна содержанию аммиака в воздухе. Затем с помощью оптического сенсора определяется степень изменения цвета ленты и проводится расчёт содержания аммиака в воздухе. После выполнения анализа лента химкассеты автоматически перематывается и цикл повторяется.
Ресурс химкассеты производителем не указывается, указывается только возможность непрерывного выполнения анализов в течение двух недель. Однако, если не держать прибор постоянно включённым, то ресурс химкассеты должен оказаться существенным.
На нашем предприятии прибор такого типа используется недавно, поэтому точно описать его ресурс пока невозможно. Однако одно можно сказать с уверенностью: ресурс прибора ограничен ресурсом химкассеты, которая является расходным материалом. Срок службы самого прибора, по данным производителя, составляет 10 лет. Это и послужило причиной приобретения газосигнализатора аммиака «Honeywell SPM Flex Gas Monitor»: отработавшая химкассета заменяется новой, без необходимости отправлять прибор в сервисный центр для замены сенсора. Заключение
Наличие на рынке большого количества моделей приборов для определения содержания аммиака в воздухе рабочей зоны требует тщательного выбора моделей для решения конкретных производственных задач. Правильный выбор модели прибора позволит решить производственную задачу с меньшими материальными затратами.
Наш опыт показывает, что при необходимости выполнения большого количества определений аммиака в воздухе оптимально выбирать приборы на основе электрохимических сенсоров («Астра», «ОКА-92МТ» или «Riken Keiki SC-8000»). В этом случае удастся сэкономить на расходных материалах. Если же задача определения аммиака в воздухе возникает эпизодически, то лучше выбрать приборы со сменными расходными материалами, например, «УГ-2» или современный «Honeywell SPM Flex Gas Monitor». При их использовании можно сэкономить на сервисном обслуживании, связанной с заменой сенсоров.
Также следует упомянуть, что существуют и чисто химические методы количественного определения содержания аммиака в воздухе рабочей зоны [2, 58-60]. В этой статье метод не рассматривался. Его применение оправдано при выполнении единичных определений.
Список литературы / References
1. Железное А.А., Тронин С.Я. Приборы контроля параметров воздуха: газоанализаторы и газосигнализаторы // Противопожарные и аварийные средства, 2006. № 3. С. 52-59.
2. Методические указания на определение вредных веществ в воздухе. М.: ЦРИА «Морфлот», 1981. 256 с.
3. ПБ 09-595-03. Правила безопасности аммиачных холодильных установок. М.: Центрмаг, 2019. 58 с.
4. Украинский О.В. Анализ промышленной безопасности при эксплуатации аммиачных холодильных установок предприятий пищевой промышленности // Промышленная и экологическая безопасность, 2007. № 8 (10). С. 69-71.
5. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». № 116-ФЗ от 21.07.1997г., с изменениями от 07.03.2017 г. С.-П.: Деан, 2018. 64 с.
