Контрольно-измерительные приборы

 

 

Прибор представляет собой  изогнутую стеклянную трубку, заполненную  до половины жидкостью  (вода, ртуть). Трубку закрепляют по отвесу вертикально на твердом основании и по ее высоте наносят шкалу в миллиметрах. Измеряемая величина уравновешивается и определяется столбом h рабочей жидкости, равным сумме столбов h₁и h₂ в обоих коленах трубки. При измерении давления или разрежения один конец трубки оставляют открытым, а другой соединяют с объектом измерения, а при измерении разности давлений к обоим концам трубки подводят измеряемые давления.

Результат измерения давления обычно выражается в миллиметрах  водяного или ртутного столба. Для  получения давления в Паскалях используют формулу Р=hgr, где g — местное ускорение свободного падения; r — плотность рабочей жидкости.

При измерении давления U-образным манометром возможны погрешности: из-за отклонения значений ускорения gи плотности р от расчетных; ошибок в считывании показаний h₁и h₂вследствие неправильного нанесения шкалы ; неравномерности температурногорасширения шкалы, стекла и рабочей жидкости.

Схема чашечного (однотрубного) манометра. Одна из трубок заменена широким  сосудом , сообщающимся с измерительной стеклянной трубкой. Площадь сечения сосуда значительно больше, чем площадь сечения измерительной трубки.

При измерении давления или  разности давлений большее из них  подается в сосуд, а меньшее —  в измерительную трубку.

Под действием измеряемого  давления жидкость в трубке поднимается  на высоту h₁, a в сосуде опускается на h₂, при этом высота столба жидкости, соответствующего измеряемой величине, равна сумме h₁и h₂. Однако, если отношение площадей поперечных сечений сосуда и трубки, больше 400, величиной h₂(изменением уровня в сосуде) можно пренебречь и отсчет вести только по уровню жидкости в трубке.

В этом случае ошибка считывания показаний по сравнению с U-образными приборами уменьшается в 2 раза, а остальные ошибки измерения давления те же, что и для U-образных приборов.

При измерении малых давлений, разрежений или разностей давлений применяют однотрубные микроманометры ММН с наклонной измерительной  трубкой, которые являются более точными (класс точности 0,5 или 1), чем другие приборы, и применяются в лабораториях и промышленных условиях при испытаниях оборудования.

Показания микроманометра при  измерениях определяют по длине столбика l рабочей жидкости трубки, имеющей угол наклона a. При этом жидкость поднимается на высоту h₁=lsinα. Если прибор заполнен жидкостью с плотностью, указанной на нем, то давление в ПаскаляхP=lK=lpsina (где К — постоянное значение прибора). Прибор ММН рассчитан на пять диапазонов измерения (О — 0,5; 0—0,75; О— 1; 0—1,5 и 0 — 2 кПа), которым соответствует определенное значение К, указанное рядом с отверстиями на установочной дуге . Прибор снабжен уровнем  и установочными винтами . Для установки на шкале нулевого значения давления в сосуде  имеется вытеснитель . Наклонная трубка фиксируется с помощью дуги .

Разновидностью однотрубных  манометров являются поплавковые дифманометры ДП. В отличие от рассмотренных выше приборов в широком сосуде дифманометра, куда подается большее давление, находится поплавок, который перемещается, следуя за изменением уровня рабочей жидкости. Основной недостаток этих приборов — необходимость передачи перемещений поплавка, расположенного внутри сосуда высокого давления, к отсчетному устройству.

В качестве образцовых или  лабораторных средств измерений давления в диапазоне от 10^-1 до 10²³ Па используют грузопоршневые манометры МП (классов точности 0,02; 0,05), которые также работают по методу сообщающихся сосудов. Измеряемое давление в них уравновешивается силой тяжести поршня с грузами.

Высокая точность воспроизведения  и измерения давления в этих манометрах определяется высокой точностью  заданной массы грузов и площади  поперечного сечения поршня.

Принцип действия барометров основан на уравновешивании атмосферного давления давлением ртутного столба, заключенного в барометрической: трубке. Погрешность считывания в этих приборах не превышает ±0,1 мм.

                2.2Хроматографические газоанализаторы

Хроматографические газоанализаторы применяются для определения компонентного состава углеводородных и дымовых (отходящих) газов.

Техническое обслуживание хроматографических газоанализаторов должно производиться не реже одного раза в год. При техническом обслуживании проверяется состояние электрических устройств, газовой системы, механических частей и устраняются все выявленные неисправности. После ремонта производится государственная проверка прибора. Проверка герметичности газовой системы хроматографа должна производиться перед началом работ (анализов).

Ведомственная поверка хроматографических газоанализаторов должна проводиться один раз в год поверочными газовыми смесями (ПГС) заданной концентрации. Состав ПГС должен подтверждаться документами.

Хроматографические газоанализаторы предназначены для анализа многокомпонентных газовых смесей, состава жидкостей и твердых тел. Хроматографы являются приборами периодического действия, более сложными по устройству, чем рассмотренные газоанализаторы. Процесс измерения в этих приборах распадается на две стадии: хроматографическое разделение газовой смеси на отдельные компоненты и идентификация (детектирование) компонентов, включающая качественный и количественный их анализ. Хроматографическое разделение смеси на отдельные компоненты, открытое в 1903 г. М.С. Цветом, осуществляется за счет различной скорости движения газов вдоль слоя сорбента, обусловленной характером внешних и внутренних межмолекулярных взаимодействий. В настоящее время по возможностям разделения и анализа многокомпонентных  смесей хроматография не имеет конкурирующих  методов. Хроматографию можно использовать для анализа низкокипящих газов, смесей летучих и термически стойких  твердых и жидких веществ, температура  кипения которых достигает 500 °С и выше. К числу преимуществ этого метода относится также высокая чувствительность (достигающая при использовании ионизационных детекторов 10-11...10-12 г/см3) в сочетании с малым объемом отбираемой пробы, сравнительно высокой точностью и малым временем анализа. Существует три разновидности хроматографического метода измерения, различающиеся способом перемещения анализируемой смеси: проявительный, фронтальный и вытеснительный. Первый метод является наиболее распространенным. В его рамках различают следующие разновидности, обусловленные процессом разделения смеси на компоненты: газоадсорбционный, газожидкостный и капиллярный. Последний является разновидностью газожидкостного способа разделения. Принципиальные схемы  хроматографа и разделения смеси  газов в колонке представлены на рис. 1.   Рис. 1. Принципиальная схема газового хроматографа: 1 — баллон; 2 — регулятор; 3 — дозатор; 4 — разделительная колонка; 5 — терморегулятор; 6 — детектор; 7 — регистрирующий прибор; 8,9 — микропроцессорное и цифропечатающее устройств Из баллона 1 газ-носитель поступает в хроматограф. Для  поддержания в процессе работы постоянной скорости газа-носителя используется регулятор 2, содержащий редуктор, манометр и измеритель расхода газа. В газ-носитель дозатором 5 периодически вводится проба анализируемого газа. В разделительной колонке 4, заполненной  твердым или жидким сорбентом, анализируемая  смесь разделяется на компоненты. Вдоль слоя сорбента с большей  скоростью движутся наименее сорбируемые газы. Поэтому в пробе смеси газов (рис. 1, б), содержащей три компонента А, В и С, первым выносится наименее сорбируемый газ А, а последним — хорошо сорбируемый С После разделения каждый компонент  с газом-носителем образует бинарную смесь, анализ которой может быть произведен различными методами, в  том числе рассмотренными выше и  реализуемыми в детекторе 6. Поскольку  в процессе измерения свойства газа-носителя могут меняться, при пропускании  последнего через детектор фиксируются  изменения его свойств, вызванные  присутствием компонента анализируемой  смеси. Для улучшения разделения компонентов температурный режим  колонки может меняться с помощью  терморегулятора 5 с программным  управлением. Выходной сигнал детектора 6 подается на регистрирующий прибор 7, микропроцессорное 8 и цифропечатающее 9 устройства. На диаграмме самопишущего прибора 7 выход каждого из компонентов  сопровождается пиком, площадь которого зависит от концентрации этого газа. График, фиксирующий выход компонентов, называют хроматограммой. Использование микропроцессорного измерительного устройства с соответствующим интерфейсом обеспечивает автоматический анализ хроматографического разделения и позволяет ввести информацию о составе газов в АСУ ТП. Хроматаграмма (рис. 2) является носителем как качественной информации о виде компонентов смеси, так и количественной — об их концентрации.   Рис. 2. Хроматограмма разделения смеси трех компонентов Значение последней определяется площадью пика или его высотой. Поскольку  разделение газов осуществляется за счет их различных сорбционных свойств, время выхода того или иного компонента при постоянной скорости газа-носителя определяет вид газа. Эта характеристика называется временем удерживания tR. Она численно равна интервалу времени от момента ввода пробы газа до момента, соответствующего максимуму пика. Более устойчивой характеристикой, не зависящей от колебаний объемной скорости газа-носителя v, является удерживаемый объем газа-носителя VR = tRV Время удерживания, как и  ширина пика, может выражаться в  единицах времени tR, τ и единицах длины l, μ, измеренных по диаграммной ленте. Ширина пика определяется у его основания — τ, μ  или на половине высоты — τ0,5, μ0,5. Отношение к последним величинам времени удерживания характеризует эффективность хромато- графической колонки: N =  5,545 (tR /τ0,5)2 = 5,545(l/μ0,5)2 Эффективность разделения двух компонентов газовой смеси определяет такой показатель, как степень  разделения R = (tR1  - tR2 )/ (τ0,5 1 + τ0,5 2 ) Порог чувствительности хроматографа рассчитывается по формуле Δ = 2acVu/(QS), где цифра 2а — удвоенная амплитуда  высокочастотных колебаний нулевой  линии хроматографа; с — концентрация определяемого компонента; V— объем дозы; и — скорость движения диаграммной ленты; Q — расход газа через детектор; S — площадь пика хроматограммы. Порог чувствительности может быть рассчитан и по другому определяющему параметру-высоте пика. Хроматографическое разделение сложный процесс, составляющими которого являются сорбция, десорбция, диффузия. Последняя, сопровождая процесс разделения, вызывает размытие пиков и ухудшает качество разделения. 2.2.1Особенность хроматографического метода анализа — влияние на результаты измерения большого числа взаимосвязанных параметров: 1) характеризующих работу  разделительной колонки (длина,  диаметр, форма), материал колонки,  природа сорбента, его пористость, зернение, характер набивки, толщина  жидкой пленки, температурный режим  колонки; 2) связанных с газом носителем: природа и наличие примесей, скорость и давление; 3) связанных с работой дозатора: объем пробы, его стабильность, способ ввода пробы; 4) связанных с работой детектора: чувствительность, инерционность, линейность градуировочной характеристики, стабильность; 5) обусловленных способом регистрации выходного сигнала детектора и методом обработки хроматограммы: погрешность, инерционность, чувствительность вторичного прибора, скорость движения диаграммной бумаги, погрешность расчета качественных и количественных показателей хроматографического разделения.

 

2.3Переносные и стационарные газоанализаторы, газоискатели и газоиндикаторы

Для выявления загазованности подземных сооружений, подвалов зданий, а также производственных и жилых  помещений могут применяться  переносные газоанализаторы термохимического действия типа ПГФ и газоанализаторы-интерферометры.

Допустимая погрешность  газоанализаторов термохимического действия при анализе смесей воздуха с  метаном не должна превышать ±0,15 % объема по первому пределу, ±0,5 % объема по второму пределу; при анализе смесей воздуха с пропаном ±0,1 % объема по первому пределу, ±0,3 % объема по второму пределу. Газоанализаторы термохимического действия должны подвергаться государственной поверке с помощью ПГС не реже одного раза в 6месяцев и после каждого ремонта прибора.

При анализе проб воздуха  в зданиях и сооружениях с  помощью газоанализатора-интерферометра прокачку пробы, в составе которой  может находиться углекислота, необходимо производить через поглотительный патрон. Пригодность химического  поглотителя углекислоты определяется путем пропускания пробы воздуха, содержащей 2 % углекислоты, через газовую линию прибора, при этом указатель измеряемой величины должен оставаться в исходном (нулевом) положении. Продолжительность работы поглотительного патрона без перезарядки - не более 600 анализов. Перезарядка патронов должна производиться в лабораторных условиях. Проверка газоанализаторов-интерферометров на точность показаний должна производиться эталонными смесями один раз в 6 месяцев.

 Проверка газоанализаторов  термохимического действия и  газоанализаторов-интерферометров  может производиться на установке, обеспечивающей дозирование газовоздушной смеси по 5-му классу точности.

 Газоискатели предназначены для определения мест утечек газа из подземных газопроводов методом зондового бурения. Порядок подготовки прибора к работе, производство работ и его техническое обслуживание должны соответствовать требованиям паспорта на изделие.

 Газоиндикаторы высокочувствительные предназначены для обнаружения утечек газа из подземных газопроводов. Запрещается включать газоиндикатор в закрытых помещениях при наличии в них концентрации газа. Порядок подготовки прибора к работе, производство работ и его техническое обслуживание должны соответствовать требованиям руководства по эксплуатации.

 Для вновь газифицированных  коммунально-бытовых объектов должна  предусматриваться установка газосигнализаторов  для предотвращения или локализации  загазованности помещений.

    Для количественного определения наличия газов в окружающем воздухе применяют газоанализаторы и газосигнализаторы.

Для определения концентрации горючего газа, как правило, служат переносные газоиндикаторы типа ПГФ-2м1 и шахтные газоанализаторы-интерферометры типов ШИ-3, ШИ-5, ШИ-10.

Газоанализаторы типа ШИ могут  использоваться для определения  концентрации в воздухе пропан-бутановой смеси. Для этого в приборе, отградуированном на метан, нужно полученное на шкале значение разделить на коэффициент 5,8.

Для постоянного автоматического  контроля загазованности воздуха применяют  газосигнализаторы типов СШ-2, СВК-ЗМ-1, СТХ, «Пропан»; СВИ, перекосной сигнализатор утечек газа СУГ-1У35 и др. Эти приборы при появлении в воздухе определенной концентрации газа включают звуковой или световой сигнал либо электрическую схему безопасности (вентиляции, отключения подачи газа и др.).

Наряду с переносными  приборами, применяемыми в оперативной  работе газовых служб, в эксплуатационной деятельности газовых хозяйств широко используют высокочувствительные газоиндикаторы типов ВГИ-2, «Тестер-СНч», «Универсал», «Вариотек» и др.

 

Приборы контроля изоляции газопроводов

 Приборы для определения  физико-химических свойств битумов  должны подвергаться проверке  на соответствие основных узлов  приборов государственным стандартам  не реже одного раза в год,  а также после всех ремонтов.

Ток высокого напряжения в  искровых дефектоскопах должен подаваться на щуп с соблюдением условий, исключающих соприкосновение работающего  с токоведущими частями, находящимися под высоким напряжением.

Напряжение тока, проходящего по токоведущим проводам через ручку щупа, не должно превышать 1000 В.

Искатели повреждений  изоляции газопроводов применяются  для определения и нахождения сквозных дефектов в изоляции строящихся, а также эксплуатируемых газопроводов.

Каждый искатель повреждений  изоляции должен иметь паспорт и  техническую инструкцию, подтверждающие технические возможности прибора.

    Контроль качества защитных изоляционных покрытий выполняют как в процессе строительства, так и при эксплуатации газопроводов. Эффективность защиты от коррозии и ее стоимость во многом зависят от правильного выбора типа покрытия, его свойств и качества нанесения. Чем хуже защитное покрытие, тем больше расходов на электрохимическую защиту, содержание и техническое обслуживание трубопровода.

Тщательный контроль за покрытием во время его нанесения и при последующих операциях с трубами является очень важным фактором для обеспечения высокого качества защиты. На каждой стадии изоляции и укладки трубопроводов необходим контроль изоляционного материала, очистки поверхности трубопровода, толщины и сплошности нанесенного покрытия. Кроме того, следует выявлять места дефектов изоляционного покрытия трубопровода после укладки его в траншею и засыпки. Выявленные крупные дефекты изоляции необходимо устранить.

В стандарте США Rp-01-69 Национальной Ассоциации коррозионистов (NACE) сформулированы следующие требования к покрытиям и их контролю:

каждое защитное покрытие (как проводящее, так и изолирующее), применяемое  для защиты наружной поверхности  от коррозии, необходимо наносить на правильно  подготовленную поверхность; оно должно обладать достаточными адгезионными свойствами, чтобы не допускать миграции влаги под покрытием, необходимой вязкостью, чтобы противостоять растрескиванию, и прочностью для обеспечения предотвращения повреждений при работе с трубами и под воздействием грунта, а также свойствами, позволяющими применять катодную защиту;

каждое наружное защитное покрытие, обладающее электрически изолирующими свойствами, должно иметь низкую гидрофильность и высокое электрическое сопротивление;

наружное защитное покрытие необходимо осмотреть перед укладкой трубопровода в траншею и засыпкой его, но ремонт покрытия требуется только при крупных  повреждениях, при мелких повреждениях покрытия не ремонтируют;

наружное покрытие должно быть защищено от вредного воздействия грунта и  от возможных повреждений, вызванных  воздействием опорных блоков;

если изолированный трубопровод  предусматривается уложить проталкиванием, продавливанием или другим сходным  методом, необходимо принять меры предосторожности для предотвращения повреждения  изоляции;

каждую операцию нанесения изоляции следует проводить под надзором инспектора, толщину покрытия, температуру  мастики, адгезию и другие параметры  необходимо периодически контролировать, а полученные результаты сверять  с установленными нормами; при этом большое значение придается визуальному  контролю опытного инспектора, который  отвечает за каждый этап изоляционно-укладочных работ; и только в тех случаях, когда повреждение не может быть обнаружено визуально,  рекомендуется применять электрические дефектоскопы.

Аналогичный подход к выполнению изоляционно-укладочных работ полезно использовать и  в наших условиях дополнительно  к существующим требованиям проведения таких работ при строительстве  и ремонте трубопроводов.

Качество нанесенного на трубы  изоляционного покрытия определяют внешним осмотром, измерением толщины  и сплошности покрытия, адгезии (прилипаемости) к металлу, прочности при ударе, переходного сопротивления. Внешний осмотр изоляции следует проводить в процессе наложения каждого слоя покрытия по всей длине трубы и после окончания изоляции. При этом не допускаются пропуски, поры, трещины, сгустки, вздутия, пузыри, расслоения, складки и другие дефекты изоляции.

При нанесении защитных оберток  контролируют натяжение полотнища, обеспечивающее плотное прилегание обертки к поверхности изоляционного  покрытия трубопровода, а также ширину нахлеста витков, которая должна быть не менее 2 см (на концах обертки - 10-15 см). Защитные обертки, не имеющие прочного сцепления в конце полотнища, а при необходимости и через каждые 10-12 м, закрепляются бандажом, клеем или другим подходящим способом.