Устройство для обнаружения утечек горючих газов

 

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;

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

COUN

РЕСПУБЛИН

З 511 С О1 М 3/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° с э а

М

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН ЫТИЙ (2 1) 3568492/24-25 (22) 21. 12. 82 (46) 23. 11.84. Бюл. Ф 43 (72) В.М. Хромов, А.A. Дмитриев и И.Н. Бебелин (53) 620. 165. 29 (088. 8) (56) 1. Патент Австралии У 22577/77, кл. G 01 М 3/28, опублик. 14.06.79.

2. Павленко В.А. Газоанализаторы.

M., "Машиностроение", 1965, с. 55-56 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

УТЕЧЕЕ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ из сланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением, содержащее каталитический чувствительный элемент из порис,.ЯО„„1125488 A того проницаемого материала с термобатареей, соединенной с вторичным прибором,о т л и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повышения точности определения интенсивности утечки и осуществления возможности предотвращения попадания горючего. газа в атмосферу путем его дожигания, каталитический элемент размещен в сопряженных канавках, выполненных на уплотняющих поверхностях Аланцевого соединения между уплотнением и наружной боковой поверхностью этого соединения, а свободные спаи термобатареи расположены между каталитическим элементом и уплотнением фланцевого соединения;

1125488 2 личного принципа действия (пневматического, эжекционного, газоразряд. ного и др.). Однако эти устройства выполняют только информационные функции — обнаружение самого факта утечки беэ последующего окисления газа.

Известны устройства для дожигания газовых смесей, например для

1О дожигания водорода, выделяемого из аккумуляторов. Однако эти устройства не определяют наличие и интенсивность газовыделения.

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

Известно устройство для контроля

2 утечки продукта из фланцевого разъема трубопровода, выполненное в виде плоской шайбы, установленной между фланцами, в которой выполнено сквозное радиальное отверстие, через которое отбирается утечка продукта (1 ).

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

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для обнаружения утечек горючих газов из сланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением, содержащее каталитический чувствительньпs элемент из пористого проницаемого материала с термобатареей, соединенной со вторичным прибором» (2 f.

Недостатками известного устройства являются: невозможность определения месторасположения утечки газа;установление только самого факта присутствия газа в атмосфере без возможЙости локализации утечки и предотвращения попадания газа в объем защищаемого помещения.

Изобретение относится к устройствам для обнаружения, измерения и беспламенного 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 использовайия может иметь место нарушение герме.тичности транспортных систем (например, фланцевых соединений, в особенности при значительных перепадах температур), что ведет к утечке газа и образованию пожаровзрывоопасных смесей с воздухом или кислородом, Для предупреждения аварийных ситуаций в этом случае необходимо комплекс-. ное решение проблемы, состоящее иэ следующих основных задач: своевременной. сигнализации об утечке, определения интенсивности утечки, локализации утечки, организации беспламенного окисления горючего газа.

Для обнаружения и определения кон центрации газов используются газоаналиэаторы различной конструкции и принципа действия. Наиболь-. шее распространение получили термические газоанализаторы, в которых используется экзотермический эффек реакции окисления. Известны два типа термохимических газоанализаторов. К первому типу относятся газоанализаторы, в которых катапитическое окисление происходит на нагретой каталитически активной нити, являющейся одновременно чувствительным 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 катализаторе 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 0,01—

0,10 г/куб.м.

Для обнаружения утечки газов известны сигнализаторы утечки разЭти недостатки ооусловлены тем, что отбор анализируемой газовой пробы производится из атмосферы помещения, а именно из мест наиболее вероятного скопления горючего газа. Интенсивность утечки газа может быть приблиНа 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 сопряженньгх канавках 6, выполненных на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения 7 между уплотнением

8 и наружной боковой поверхностью этого соединения, а свободные спаи

45

11254 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 атMochepy путем его беспламенного дожи- о гания ими выполнена быть не может.

Таким образом, известное устройство также не обеспечивает полного решения 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 вторичным прибором, каталитический эле- 30 мент размещен в сопряженных канавках, выполненных на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения между уплотнением и наружной боковой поверхностью этого соединения, а свободные спаи термобатареи расположены

1между каталитическим элементом и уплотнением фланцевого соединения.

88 4 термобатареи расположены между каталитическим 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, прокалки) вмонтирован термодатчик, представляющий собой термобатарею, состоящую из дифференциальных термопар, последовательно соединенньгх 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 конструкции и газовой среды. Вывод термобатареи подключается к вторичному регистI рирующему прибору (например, электронному потенциометру) или сигнализатору. Каталитически активный элемент размещается в сопряженных канавках прямоугольного сечения.

Зти канавки выполняются на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения. Каталитический элемент уплотняется с помощью прокладок, при этом прикладываемое давление не должно приводить к его механическому 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 одинаковую температуру. Поэтому термоЗДС на выходе термобатареи равна нулю, т.е. показания регистрирующего прибора (самопишущего или показывающего) так же соответствуют нулевой отметке шкалы. При нарушении герметичности соединения горючий газ, например водород, проникает в пространство между уплотнением 8 и спяев термобатарен, равном 10,термоЭДС составляет Е =- 0,(17 ° 1 ° l0

0,7 м В, т,е. указатель регистрирующего прибора находится во второй

5 трети его шкалы, что соответствует минимальной погрешности показания прибора.

Испытания устройства, размещенного во флакцевом соединении трубопровода, показало его кядежкую работоспособность с точки зрения выдачи предупредительного сигналя при появлении утечки и полноты окисления водорода (определяемой с помощью

15 хроматографического анализа). 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 катализатора в экзотермическую реакцию, что ведет к выделению тепла и появлению градиента температур между рабочими и свободными спаями термобатареи и появлению термоЭДС.

Величина термоЭДС пропорциональна количеству тепла, выделяемому 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 каталчзаторов и пористая керамика, на которую наносится активный для горючего газа каталитический состав. Наиболее оптимальная толщина каталитического элемента 2-5 мм.При указанных параметрах обеспечивается низкое газодинамическое сопротивление каталитического элемента (1020 Па), создаются благоприятные ЗО условия для диффузии и смешения воздуха с газом, а также обеспечивается достаточное время их контакта с катализатором.

Термобатарея может быть изготовлена из хромель-капелевых термопар, имеющих постоянную термоЭДС на

1 градус (0,07 ФВ/град.) a достаточно широком диапазоне температур.Количество спаев термобатареи определяется заданной чувствительностью вторичного прибора. Например, если минимальный перепад температур между рабочими и свободньпчи спаями термобатареи задан равным 1 град, а диапа-„,, зон измерения регистриру|ощего прибора — 0-1 м В, то при количестве

Техническим преимушеством предлагаемого устройства в сравкекнк с изьесткым является простота конструкции н изготовления, возможность установки устройства непосредственно в места предполагаемой протечки го— рючего газа, а также возможность его беспламенного,цожнгакия.

0сковкым преимуществом изобретения является то, что око ке только обкарупявает утечку- газа, ко н позволяет определить интенсивность этой утечки я также прецотвратить попадание гор1очего raзя Б aтмосферу производственного помещения за счет его окисления кислородом воздухе на поверхности катализатора.

Использование изобретения создает, таким образом, дополкителькьпй поло,жительный эффект,, заключающийся в возможности определения кктексивкости утечки газа и его oêèñëåHHÿ.

Полохлтельный эффект заключается также в повышении псжярокзрывобезопасности производств, технологически связанных с горючими газамк, уменьшении затрат ка обеспечение техники безопасности прн проведении работ с

))25488 Риг. 2

Составитель В. Екаев

Техред Л.Коцвбияк Корректор А.0бручаР

Редактор В. Данко

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 8529/30 Тирам 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5