Система обнаружения газа для токсичного и/или воспламеняющегося газа
Изобретение относится к области распознавания горючих, воспламеняемых и токсичных газов, присутствующих в воздухе, в частности любым образом происходящих из утечек в трубопроводах. Представлена система для обнаружения токсичных и/или воспламеняемых газов, содержащая по меньшей мере измерительный преобразователь, включающий в себя по меньшей мере корпус датчика, электронную цепь, подключаемый блок для вмещения одного или более чувствительного элемента, фильтр, передатчик для передачи сигналов, генерируемых упомянутым измерительным преобразователем с помощью упомянутых чувствительных элементов через канал передачи упомянутого передатчика на дисплей. При этом упомянутый, подключаемый блок включает в себя по меньшей мере один или более чувствительных элементов одного типа или другого типа технологий обнаружения, подходящий для генерации сигнала об обнаружении газа для каждого чувствительного элемента. Генерируемые сигналы об обнаружении передаются от упомянутого передатчика на дисплей, передатчик содержит два или более канала, подходящих для передачи сигнала об обнаружении газа одного типа избыточным образом, или более двух типов газа одновременно для смеси газов. Упомянутая система устроена так, чтобы демонстрировать в одно и то же время сигналы об обнаружении на дисплее, и при этом упомянутый фильтр является заменяемым пользователем в случае неправильного срабатывания или засорения. Достигается повышение надежности обнаружения воспламеняемых и токсичных газов. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.
Данное изобретение относится к области горючих, легковоспламеняющихся и токсичных газов, присутствующих в воздухе, в частности, образующихся из-за протечек труб, например, протечек газообразных углеводородов, или испарения потенциально токсичных и/или взрывчатых газов. Например, предметной областью данного изобретения является обнаружение газов в окружающей среде, в частности, для защиты и безопасности операторов бурения, добычи, транспортировочных и складских объектов. Частные примеры опасной окружающей среды включают в себя объекты нефтепереработки, такие как буровые вышки и/или места добычи газа, или имеющие высокий риск присутствия токсичных или воспламеняющихся газов, также вырабатываемых во многих производственных процессах. Объекты, представляющие интерес для данного изобретения, прежде всего - буровые и подъемные морские установки, такие как морские буровые вышки, а также наземные установки, такие как нефтескважины, где возможные утечки газа содержат смесь, состоящую из воспламеняющихся и токсичных газов, в частности, H2S (сероводород), который исключительно токсичен даже при очень малых концентрациях. Это также может произойти на химических и нефтехимических заводах, на предприятиях промышленности по переработке и хранению жидких и газообразных углеводородов, или предприятий конверсии углеводородов в другие виды топлива, такие как водород, аммиак и прочее.
Также устройства обнаружения, которые далее будут проиллюстрированы в соответствии с данным изобретением, могут использоваться для обнаружения продуктов, преобразованных в топлива, содержащие токсичные газы также в жидкой фазе, которые могут выпускать горючие и/или токсичные газы даже при комнатной температуре. Газы, подлежащие обнаружению согласно данному изобретению, например, выброшенные в атмосферу, могут представлять особую опасность для жизни операторов, а также послужить причиной взрывов, несмотря на постоянные проверки и меры безопасности, такие как сигнализация и обязательные средства защиты, которые, к сожалению, часто оказываются неэффективными.
Данное изобретение относится к инновационным системам для обнаружения токсичных или взрывчатых газов, и также содержит возможные устройства обнаружения и измерения для упомянутых систем. В частности, устройства и системы для обнаружения, предложенные данным изобретением, предназначены для решения наиболее серьезных и, к сожалению, хорошо известных проблем устройств обнаружения известного уровня техники. В частности, обычно системы обнаружения, имеющиеся на рынке, для горючих и токсичных газов для стационарных установок содержат только один вид датчика газа только для одной технологии обнаружения. Каждый датчик такого типа обычно подключается к одному электронному передатчику. В частности, этому аспекту обнаружения с единственным датчиком может, возможно, требоваться присутствие большего количества детекторов и в лучшем случае это все же подразумевает увеличение стоимости. В худшем случае, когда имеется один детектор для одного газа, или потому что только один газ действительно присутствует в окружающей среде, или, возможно, размещение двух детекторов в одном и том же помещении не было осуществлено корректно, проблемы, которые могут возникнуть, могут быть намного более серьезными. Действительно, в случае, когда два или более газов присутствуют в области, а детекторы не размещены правильно (или не имеется два разных вида детекторов), так что присутствие двух упомянутых газов одновременно в одной области не обнаруживается, в случае утечки одного или более токсичных и воспламеняемых газов, которые по отдельности имели бы ограниченные опасные последствия, но вместе в одной окружающей среде могут создать токсичные или даже взрывчатые смеси, если упомянутые газы не обнаруживаются, воздействие может быть не только опасным, но даже разрушительным для человека и объектов, как известно из новостей о взрывах на заводах и/или отравлении людей и частых пожарах и взрывах на морских буровых вышках и наземных скважинах.
Кроме того, несомненно существенная часть детекторов газа, имеющихся на рынке, имеет большие проблемы из-за так называемого неисправного срабатывания и образования засора во входном отверстии газового фильтра датчика. Эта проблема неисправного срабатывания приводит к ложному обнаружению или отсутствию обнаружения. Это явление не может быть обнаружено в датчиках известного уровня техники, потому что фильтр является встроенным компонентом корпуса датчика, и состояние засорения можно обнаружить только при физических калибровочных испытаниях с помощью образца газа. Эксперты в данной области знают, что возможное использование сжатого воздуха для прочистки фильтра может только повредить чувствительный элемент, находящийся за фильтром. Засорение датчика значительно сокращает время отклика датчика, что обычно происходит применением диффузии парциальных давлений газа внутри и снаружи датчика. Время отклика датчика несомненно является фактором, наиболее связанным со своевременным распознаванием возможных опасностей; засорение фильтра нарастает в зависимости от окружающей среды и определенно является очень тяжелым при применении в морских или прибрежных условиях, где солевые отложения представляют настоящую опасность, потому что датчик не может предупредить о наличии опасности, которая, как правило, требует немедленного и своевременного извещения.
С другой стороны, засорение фильтров часто происходит за очень короткое время, и поэтому оно становится еще более опасным для корректной работы детекторов, в частности, но не исключительно, в морских условиях на морских буровых вышках и в пустынных областях, где часто происходит засорение спеченного фильтра солью, мелкодисперсным порошком загрязняющих веществ, также образующих твердые частицы в промышленных зонах.
Кроме того, широко применяемые датчики, в настоящее время имеющиеся на рынке, как те, которые хорошо известны и применяются нефтедобывающими компаниями и другими, работающими в нефтегазовом секторе, имеют корпус датчика и спеченный фильтр, встроенный в упомянутой корпус, который используется в областях, в которых возможно образование взрывчатых смесей и которые классифицируются как таковые. Когда упомянутый фильтр засоряется, и становится известно, что фильтр засорился, что нелегко, учитывая то место, где фильтр установлен, из соображений безопасности фильтр должен быть заменен, даже когда он засорен только на 50%. Операция замены подразумевает большие эксплуатационные расходы, потому что приходится заменять весь датчик, в который встроен фильтр. Когда обнаружено, что время отклика датчика выходит за стандартные параметры, упомянутый датчик необходимо заменить, при этом это подразумевает высокие расходы и затраты времени.
Иллюстративный пример вышеупомянутых проблем известного уровня техники можно найти в документе US 2012/0238101 А1, в котором описывается классическая система обнаружения газа, содержащая использование нескольких типов датчиков, осуществляющих проведение индивидуальных измерений для одного типа газа и вывод на экран упомянутого одного измерения. В любом случае на дисплей выводятся данные только по одному измерению. Кроме того, тип раскрываемого датчика относится к стационарным датчикам со спеченным фильтром, который, как говорилось ранее, нельзя очистить и заменить отдельно, а приходится заменять весь датчик, что является очень дорогостоящей операцией, как уже упоминалось. Что еще более важно, этот тип датчиков представляет большую угрозу безопасности в тех местах, за безопасность которых датчик теоретически отвечает; действительно, упомянутые фильтры могут быть полностью засорены, не проявляя никаких признаков неисправности даже на этапе калибровки, и это не позволяет осуществлять надежное считывание показаний и операции мониторинга, касающиеся присутствия и концентрации тех газов, которые упомянутые датчики должны обнаруживать с возможными трагическими последствиями, как упомянутые выше в связи с проблемами известного уровня техники.
Некоторые примеры элементов обнаружения или чувствительных элементов, используемых в данной области, раскрыты в документе ЕР 1544614, иллюстрирующем элемент, чувствительный к двум газам, содержащий два электрода, разделенных газонепроницаемым участком, обнаруживающий в этом устройстве, например, монооксид углерода и сероводород. Данное раскрытие ничего не говорит обо всем датчике или способах обнаружения, очистке фильтра и т.д. Эти чувствительные элементы предназначены для использования в большом разнообразии сборных датчиков, но конечная надежность датчика не зависит от этих элементов, хотя они являются очень эффективными детекторами для использования в качестве части большего устройства.
С аналогичной точки зрения на чувствительные элементы, используемые или пригодные для использования в данной области, документ WO 2011/053721 раскрывает электрохимический чувствительный элемент, содержащий по меньшей мере первый и второй электроды для обнаружения газа, которые функционируют полностью отдельно друг от друга по отношению к обнаружению и последующей диффузии газов, обнаруженных внутри системы, а также последующей передачи и распознавания вещества. Существенный фактор этого раскрытия представляет противодиффузионный барьер, который, скорее всего, является важным фактором в указанной области. Однако в области обнаружения газа на предмет взрывоопасности этот фактор не очень важен, потому что газы, которые необходимо обнаруживать, к сожалению, уже взаимно перемешаны в окружающем воздухе. В любом случае эти чувствительные элементы нельзя сравнивать с устройствами обнаружения газа, а именно автономными аппаратами, обрабатывающими и генерирующими опасную ситуацию, которая может произойти.
Документ ЕР 1197753 описывает портативное устройство для обнаружения газа, которое может крепиться к телу человека, и которое содержит обычный датчик обнаружения газа; ничего не говорится о проблеме безопасности в связи с неисправным срабатыванием датчиков и другими проблемами, рассматриваемыми в данном документе.
Задача данного изобретения - представить систему обнаружения, разрешающую вышеописанные проблемы.
В частности, задача данного изобретения - представить систему обнаружения по меньшей мере с двойным каналом, позволяющим осуществлять одновременное обнаружение двух или более газов.
Другая задача данного изобретения - представить систему, в которой операция очистки фильтра становится простой и быстрой, и упомянутая чистка главным образом не прерывает работу датчика по непрерывному обнаружению возможного присутствия газа на месте установки.
В связи с этим, также задача данного изобретения - представить систему обнаружения со сменными фильтрами, не требующую замены всего корпуса датчика.
Дальнейшей задачей данного изобретения является оптимизация производственных затрат и связанных с ними затрат пользователя.
Важная задача данного изобретения - повысить безопасность и надежность обнаружения токсичных или воспламеняемых газов, во всех вышеупомянутых областях, а также в других областях, где упомянутая система может понадобиться в целях безопасности.
Также задача данного изобретения - представить систему обнаружения, которая должна быть реализуемой, надежной, простой для использования, а также экономически выгодной.
Эти и другие задачи могут быть решены с помощью системы обнаружения в соответствии с данным изобретением, которое предпочтительно имеет два или более канала, как будет описываться далее в данном документе, отличающейся тем, что обнаружение газа осуществляется системой обнаружения, содержащей избыточный или тройной датчик, а также одновременное измерение воспламеняемых и/или токсичных газов с одиночным или избыточным обнаружением газов в воздухе из-за утечки воспламеняемого и/или токсичного газа или обоих газов, которые, когда присутствуют одновременно, могут образовывать взрывчатые и/или токсичные смеси.
Кроме того, дальнейшее преимущество заключается в том, что упомянутая система обнаружения снабжена сменными фильтрами, таким образом позволяя оптимизировать затраты и ограничивать расходы, а также повышать надежность инструментов обнаружения.
В частности, этот аспект вместе с другими преимуществами, описанными в данном документе, и другие, которые далее описываются в данном документе, значительно повышает безопасность на упомянутых рабочих местах, что является основной и определенно важной задачей данного изобретения для безопасности операторов.
Поэтому задача данного изобретения - инновационная система обнаружения для упомянутых токсичных и/или горючих газов, и в частности, их опасных комбинаций, при этом упомянутая система содержит по меньшей мере корпус датчика, измерительный преобразователь и один или более чувствительных элементов для обнаружения газа.
Система, описанная в данном изобретении, содержит два вида чувствительных элементов с двумя отдельными измерительными преобразователями в одном датчике, имеет уникальную характеристику обнаружения одновременно двух типов газа и незамедлительного извещения об их опасности. В дополнение к буровым установкам, эта система обнаружения с двумя типами чувствительных элементов в одном датчике позволяет сделать избыточным обнаружение двух равных газов или обнаруживать одновременно два разных газа на химических и нефтехимических заводах, в производстве по конверсии и хранению жидких и газообразных углеводородов или производстве по конверсии в другие виды топлива, такие как водород, аммиак и тому подобное.
Система, описываемая в данном изобретении, будет подробно описана с помощью сопровождающих чертежей и их описания, где описываются только некоторые возможные инновационные варианты осуществления, в которых:
Фиг. 1 демонстрирует пример варианта осуществления полной системы, иллюстрирующий систему обнаружения газа в соответствии с данным изобретением более подробно;
Фиг. 2 демонстрирует вариант осуществления инновационной системы в соответствии с данным изобретением в развернутом виде с разрывом технической сборки;
Фиг. 3 демонстрирует дисплей отдельного канала (3а) по сравнению с инновационной системой многоканального дисплея (3b);
Фиг. 4 демонстрирует развернутый и собранный вид инновационной системы в предпочтительном варианте осуществления изобретения;
Фиг. 5 демонстрирует инновационные датчики данного изобретения в формате двойной технологии, т.е. технологии двойного обнаружения;
Фиг. 6 и 7 демонстрируют упомянутые инновационные датчики в среднем и большом форматах соответственно в соответствии с требуемым применением;
Фиг. 8а демонстрирует предпочтительный вариант осуществления системы обнаружения данного изобретения, когда она закреплена, например, на штыре или штанге;
Фиг. 8b демонстрирует существенный участок системы обнаружения данного изобретения, когда оно закреплено на стене; и
Фиг. 9 - таблица, демонстрирующая некоторые возможные комбинации обнаружений, осуществленных инновационными датчиками дальнейшей инновационной системы в соответствии с данным изобретением.
В отношении фиг. 1 чертежей показана система обнаружения 1 в соответствии с данным изобретением, например, установленная на колонне или тому подобной детали, содержащая по меньшей мере в этом варианте осуществления по меньшей мере выносной измерительный преобразователь для обнаружения газов, более тяжелых, чем воздух, по меньшей мере передатчик 2 с двойным каналом 3, в этом примере преимущественно расположенным на эргономичной высоте, чтобы облегчить снятие показаний и операции по обслуживанию, содержащая по меньшей мере один дисплей 4, демонстрирующий исследование газа (в этом случае в соответствии с задачей данного изобретения, для мониторинга двух или более газов имеется больше дисплеев, как подробно видно на фиг. 9), систему световой сигнализации 5, такую как мигающая система газосигнализатора, по меньшей мере акустический сигнал 6, такой как сирена газосигнализатора, и распределительная коробка 7.
В частности, необходимо отметить, что измерительный преобразователь встроен в корпус датчика, где чувствительный элемент напрямую соединен с помощью системы «подключи и работай», т.е. штекерного соединения, предназначенного для генерации сильного сигнала (например, с помощью электрических вариаций), когда происходит контакт с конкретным газом или группой газов, как изображено. Необходимо отметить, что существует несколько типов измерительных преобразователей, также называемых чувствительными элементами, для отдельного или одновременного обнаружения разных категорий газов (таких как, например, углеводород, содержащий воспламеняемые и токсичные газы) с помощью разных типов измерительных преобразователей, вставленных в один корпус, где в особенно предпочтительном варианте осуществления Заявитель упоминает в качестве примера датчик, индивидуально сертифицированный в соответствии с нормами Atex-IECEx (директива взрывозащищенности). Эти классификации и гнезда или корпуса реализуются в классифицированных областях, позволяя получать одновременно двойное измерение одного газа или разных газов, одновременно присутствующих в воздухе, чтобы гарантировать, что при любых условиях обнаружение опасного газа в воздухе произошло и об этом удаленно извещены персонал и сотрудники службы безопасности.
Чувствительные элементы и преобразователи 2, подключенные как указано выше, обычно крепятся к термоизоляционной опоре и оборудованы устройством, поддерживающим постоянную температуру выше 5° для наружной температуры до -55°С (-67°F).
Обеспечивая преимущество, состоящее в использовании инновационного передатчика с одним каналом или двумя независимыми каналами и возможности выносной установки любого датчика с одним чувствительным элементом или двумя чувствительными элементами с одинаковой или разной технологиями, подключение к передатчику теперь выполняется просто, потому что преобразователь, встроенный в датчик, генерирует сильный сигнал, способный преодолевать расстояние до 300 м. Это позволяет установить передатчик на эргономичной высоте, чтобы облегчить операции снятия показаний, обслуживания и калибровки устройства и размещения датчика как можно ближе к источнику риска. Преимущественное свойство предоставляет множество возможностей выносной установки, так как, например, можно установить датчик горючего газа, используя чувствительный элемент IR-типа, напрямую подключенный к передатчику, и от последнего напрямую к измерительному преобразователю, размещенному на верхнем участке установочной колонны; датчик этого типа, например, предназначен для обнаружения метана; тот же передатчик используется для подключения к выносному датчику, например, с чувствительным элементом типа Nano-MOS (нано-МОП), установленным на основании установочной колонны для обнаружения газов, более тяжелых, чем воздух, таких как H2S.
В соответствии сданным примером установки можно установить на той же колонне систему световой сигнализации 5 и акустической сигнализации 6 для предупреждения персонала о локальной опасности.
В отношении фиг. 2 и связанного с ней последующего описания необходимо отметить, что задача системы обнаружения в соответствии с данным изобретением включает в себя также инновационную электронную цепь, которая далее описывается в качестве примера, не ограничивая объема защиты данного изобретения. Все электронные цепи в цепочке обнаружения, передачи, отображения и измерения, принимающие и передающие сигналы от датчиков на месте, содержащем измерительные преобразователи и чувствительные элементы (например, электрохимические или физические элементы) типа РР («подключи и работай»), были разработаны с комплектующими по самым современным технологиям, основанным на новой технологии передачи "1-Wire". Основой технологии передачи "1-Wire" является последовательный протокол, использующий одну основную линию для передачи данных плюс множество ссылок для связи. Преимущества состоят в низком энергопотреблении, низком напряжении и меньшем количестве электронных компонентов, из чего следует повышение надежности. Эта технология позволила подключить чувствительные элементы, имеющие шесть проводов, такие как инфракрасные ячейки, применяемые в авиационно-космической технике, с тремя проводами, существенно снижая время и стоимость датчиков и обеспечивая рабочую проверку в CRC (циклически избыточном коде) с помощью собственного протокола. Каждый 1-Wire взаимодействует в главном устройстве и подчиненном устройстве с исключительным неизменяемым собственным протоколом, реализованном Заявителем на 64-разрядном ID, который используется как генератор адресов, которые должны передаваться по шине 1-Wire. Главное и подчиненное устройства 1-Wire работают с напряжением электропитания в 2,8 вольт постоянного тока, гарантируя минимальное питание и наименьшие размеры кабелей. Эти инновационные измерительные преобразователи имеют интеллектуальный потенциал встроенного микропроцессора, защищенного и нестираемого с прилагаемой аппаратно-реализуемой и программно-реализуемой функциональной программой, позволяющей осуществлять распознавание типа подключенного чувствительного элемента, и предварительно задающей выходной сигнал в передатчике в соответствии со стандартными параметрами действующих в настоящее время международных норм. Чтобы дополнительно повысить безопасность, была создана система распознавания, в которой возможное изменение измерительного преобразователя или чувствительного элемента с другим типом технологии рассматривается как ошибка и прекращает измерение, передавая сигнал об ошибке на дисплей передатчика и в операторскую, в то время как вся система не испытывает повреждений. Преимуществом является замена чувствительного элемента типа РР, которая может осуществляться в работающем состоянии, т.е. без отключения питания от системы, и не требует операций с электроинструментом, так как достаточно просто положить магнит оборудования на дисплей передатчика. Эта операция прекращает соединение передатчик-датчик, позволяя совершать операции по замене чувствительного элемента, очистке или замене фильтра максимум за три минуты, в конце этих операций снимается магнит с дисплея передатчика, электронная система запускает последовательность самодиагностирования всей электроники, которая заканчивается через 30 секунд, показывая четыре нуля на передней панели дисплея и зажигая зеленый светодиод на передней панели, чтобы показать, что система обнаружения газов с датчиками и передатчик настроены и находятся в рабочем состоянии.
Необходимо отметить, что для ясности было выбрано описание конкретного предпочтительного варианта осуществления участка системы обнаружения в соответствии с данным изобретением, чтобы представить технически функциональные детали, требуемые для описания системы, но они просто представляют собой средства решения задачи инновационной системы обнаружения с двумя или более каналами, которые являются предметом данного изобретения, при этом фиг. 2 демонстрирует выносной измерительный преобразователь 100 с двумя каналами обнаружения в развернутом виде основных деталей и их взаимосвязи. В данном частном предпочтительном варианте осуществления два измерительных преобразователя 10, 10' подсоединены к требуемым сборочным соответствующим компонентам, включающим в себя защитные элементы 13, 13' для упомянутых измерительных преобразователей 10, 10', при этом упомянутые измерительные преобразователи подключены к блоку обнаружения 14, 14', содержащему по меньшей мере распределительную коробку 15, 15', соединительные и заземляющие контакты 16, 16' и соединительные кабели 17, 17', которые соединяют измерительные преобразователи 10, 10' преимущественно с измерительным преобразователем с двойным каналом 18 для обнаружения двух или более воспламеняемых и/или токсичных газов и их комбинаций. Упомянутый измерительный преобразователь с двойным каналом содержит дисплей 20 (изображен более подробно на фиг. 3) и по меньшей мере передатчик 21. Необходимо отметить, что в подробных изображениях на фиг. 3, фиг. За показан дисплей известного уровня техники с одним каналом, отображающий на цифровом дисплее 24 сигнал, испускаемый соответствующим газом и включающий в себя индикатор типа обнаруженного газа. На фиг. 3d изображен инновационный преимущественный дисплей с двойным каналом, содержащий по меньшей мере один дисплей 27а со связанным с ним индикатором 28а типа газа для канала 1, и по меньшей мере соответствующий дисплей 27b со связанным с ним индикатором 28b типа газа для канала 2.
В отношении фиг. 4, демонстрирующей инновационный измерительный преобразователь 100, в развернутом и собранном виде в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, в частности, упомянутый измерительный преобразователь 100, по меньшей мере как основные представляющие интерес компоненты для системы в соответствии с данным изобретением, обычно содержит корпус датчика 30 с соответствующей съемной крышкой (форма и размер могут варьироваться в соответствии с конкретным применением), индивидуально спроектированную электронную преобразовательную цепь 31 (которая может изменяться в соответствии с требованиями применения и как описывалось ранее), изолирующие элементы 32, такие как, например, уплотнительные кольца, по меньшей мере один подключаемый блок 33 с одиночным или двойным измерительным преобразователем или даже подключаемый монтажный блок 330 с множеством измерительных преобразователей, затем подключенный к кольцу(ам) 34 для по меньшей мере одного фильтра 35, который частным преимущественным образом можно заменять в соответствии с задачами изобретения, фиксатор 36, закрывающий датчик, и съемный кожух 37 для упомянутого датчика. Очевидно, что кожух 37, как и корпус датчика 30, могут варьироваться в соответствии с конкретным применением. В частности, корпус датчика 30 было спроектировано с подвижным держателем фильтра 35", позволяющим снимать его без отсоединения проводов или соединительных элементов 38, или отключения электропитания инструмента. На практике, если принято решение о возможности заменять чувствительные элементы даже при подаче питания активного тока, обычно называемой ГЗМ (горячая замена на месте), фильтр 35 с этой целью вставляется в кожух 37 корпуса датчика 30, который можно легко очистить или разобрать, когда необходимо заменить его или чувствительный элемент 33, так что во время одной операции можно проверить спеченный фильтр 35 и, если необходимо, упомянутый фильтр можно очистить преимущественным образом, просто вынув его из кожуха. Очевидно, фильтр 35 можно чистить в любой момент во время операций проверки и калибровки газового детектора. Это составляет особое преимущество в отношении ранее упомянутой опасности засорения фильтра, трудности в проверке на предмет такого засорения, невозможности замены и высокой стоимости устройств известного уровня техники.
Реализация системы в соответствии с данным изобретением требует также снова спроектировать измерительный преобразователь и электронный передатчик, который, как указывалось ранее, соединен с автономными датчиками возбуждения с одним или двойным каналом, реализованные, например, на печатной плате многослойного типа, например с компонентами SMD (устройство с поверхностным монтажом), подключенными к одиночному или двойному микро-светодиодному цифровому дисплею или светодиодным дисплеям для локального мониторинга данных, обнаруженных датчиком или датчиками возбуждения, и их передачи в операторскую, обычно расположенную в удаленной и безопасной области.
В частном преимущественном способе это позволяет не только использовать одного оператора для работы, обслуживания и калибровки устройства, когда датчик закреплен внутри передатчика, но также позволяет осуществлять эти операции, когда датчик установлен выносным образом с помощью калибратора. Другим инновационным отличительным признаком устройства этих новых датчиков, в частном преимущественном способе, является то, что они могут устанавливаться главным образом на расстоянии до 300 метров от универсального передатчика сигналов, в то время как инфракрасные и электрохимические датчики, в настоящий момент имеющиеся на рынке, имеют большие ограничения передачи - только несколько метров от передатчика. Учитывая, что при утечке газа часто присутствуют и воспламеняемые, и токсичные газы, использование передатчика с двойным каналом позволяет подключать и датчик воспламеняемых газов, и датчик токсичных газов в одном месте, размещая датчик для легких (воспламеняемых) газов, обычно более легких, чем воздух, в эргономичном положении, то есть на уровне глаз, в то время как датчик токсичных газов размещается на более низком уровне на той же опоре, приблизительно в полуметре от пола (см. прилагаемые чертежи).
На фиг. 5, 6, 7 чертежей изображены несколько альтернативных вариантов осуществления инновационных датчиков газа в соответствии с данным изобретением, в то время как на фиг. 5а и 5b показан собранный корпус датчика в виде сбоку, а фиг. 5b является примером датчика токсичных газов с чувствительным элементом nano-MOS.
Просто для сравнения фиг. 5 с-5е демонстрируют датчики известного уровня техники для последующего четкого сравнения с инновационными датчиками следующих фигур, в то время как фиг. 5 с демонстрирует электрохимический датчик токсичных газов с соответствующим электрохимическим чувствительным элементом, фиг. 5d - инфракрасный датчик с соответствующим IR-датчиком, и фиг. 5е - датчик продуктов сгорания для горючих и воспламеняемых газов с пеллистором (например, состоящим из резистивного элемента), работающего в качестве чувствительного элемента. Фиг. 5f, напротив, демонстрирует инновационный датчик с двойной технологией, включающий в себя, например, два пеллистора Р и чувствительный элемент nano-MOS, который поэтому предназначен для распознавания токсичных и горючих газов, и следовательно является комбинированным каталитическим и nano-MOS датчиком. Кроме того, фиг. 5g демонстрирует другой вариант осуществления упомянутого датчика, в этом случае для токсичных газов, с тройным распознаванием.
Фиг. 6 демонстрирует дальнейшие варианты осуществления инновационного датчика данного изобретения, отличающиеся тем, что упомянутые варианты осуществления относятся к датчикам с двойной или тройной технологией. Фиг. 6а демонстрирует вариант осуществления инновационного датчика с двойной технологией среднего размера, а именно избыточный каталитический датчик воспламеняемых газов, включающий в себя, например, один плюс один пеллистор; фиг. 6b демонстрирует комбинированный каталитический датчик, включающий в себя два пеллистора и инфракрасный IR-детектор для обнаружения воспламеняемых газов и углеводородов; фиг. 6 с демонстрирует избыточный датчик, включающий в себя один электрохимический ЕС и один nano-MOS NM чувствительный элемент; фиг. 6d демонстрирует комбинированный каталитический и электрохимический датчик воспламеняемых и токсичных газов; и наконец фиг. 6е демонстрирует комбинированный nano-MOS NM и инфракрасный IR-датчик токсичных газов и углеводородов.
Наконец, фиг. 7 демонстрирует инновационный датчик в соответствии с данным изобретением в так называемом большом формате. В этих вариантах осуществления фиг. 7а демонстрирует инфракрасный IR-детектор и электрохимический чувствительный элемент, составляющие комбинированный электрохимический/инфракрасный комбинированный датчик; фиг. 7b демонстрирует еще более предпочтительный способ с тройной технологией, а именно электрохимический чувствительный элемент, инфракрасный детектор и два пеллистора, составляющие комбинированный электрохимический/каталитический/инфракрасный датчик для обнаружения токсичных газов, воспламеняемых газов и углеводородов. Фиг. 7с демонстрирует версию датчика с конкретным форматом (демонстрирующего, что имеются многочисленные варианты осуществления, не ограничивающиеся продемонстрированными в документе, которые, как уже указывалось, являются просто примерами реализации) избыточного типа для углеводородов, содержащего по меньшей мере два инфракрасных детектора.
Фиг. 8а и 8b демонстрируют два примера стандартной сборки системы для обнаружения газа с конкретной системой данного изобретения; фиг. 8а демонстрирует монтажный комплект 41 для монтажа на штангу 40, с деталью измерительного преобразователя 401, подключенной к блоку системы обнаружения 400, и вид сзади передатчика 402 со стандартными деталями, такими как крепежные средства 44 и кабель 42 с держателем кабеля 43. Фиг. 8b демонстрирует тот же вариант осуществления системы обнаружения 400, но с фиксацией на стене 46. Необходимо отметить, что упомянутая система 400 преимущественно предназначена для любого типа сборок, при условии, что система имеет подходящий комплект для предполагаемого использования и использует несколько простых механических приспособлений, возможных для перенесения участков соединения и/или сборки, например, кабель 47 с держателем для кабеля 48 или другие соответствующие элементы, которые в соответствии с местом размещения могут легко занимать разные положения относительно креплений.
Для полноты прилагаемая фиг. 9 представляет таблицу, демонстрирующую несколько особенно предпочтительных вариантов осуществления возможных комбинаций инновационных датчиков в соответствии с данным изобретением.
Наконец, преимущественный мультитехнологичный датчик в соответствии с данным изобретением снабжен грязевым щитком, который можно устанавливать на открытом воздухе даже в местах с плохими погодными условиями или с работающей пожарной машиной.
Дополнительная подгонка технологической инновации нового датчика газа для описываемой здесь инновационной системы - это комплект вертикальных опорных стоек, снабженных противодождевой крышей, где датчики и передатчик могут устанавливаться в одном месте, но в разных положениях в соответствии с типом воспламеняемых и/или токсичных газов, учитывая их конкретный удельный вес.Это решение позволяет также добиться избыточности точки обнаружения, чтобы повысить надежность измерения и подключить два типа датчиков с разной технологией и применением на одну опору вместе со всеми вспомогательными устройствами, чтобы известить операторов об обнаруженной непосредственной угрозе локально с помощью сирен, динамиков, мигающих ламп. Решение, полученное с помощью описанных здесь детекторов газа, позволяет повысить безопасность операторов и оборудования, а также добиться значительного снижения затрат на установку и повысить надежность систем сигнализации для защиты операторов.
Использование детекторов газа с несколькими встроенными датчиками и передатчиками является оптимальным решением для полной защиты буровых платформ, вышек и установок по добыче газа и нефти, представляющих высокий риск для окружающей среды, гарантируя высокую надежность и одновременно крупномасштабную экономию при реализации интегрированной системы, состоящей из стойки для установки компонентов системы обнаружения, сигнализации и предупреждения, которые все включены в одно решение. Эти отличительные признаки являются обязательными условиями на установках с высоким риском, как те, на которых присутствуют токсичные и/или взрывчатые газы и вытекающая из этого опасность пожара.
Инновационная система обнаружения данного изобретения обычно предлагает и содержит по меньшей мере следующие перечисленные элементы:
- По меньшей мере корпус датчика, который может содержать один, два или три чувствительных элемента с одинаковой технологией или разными технологиями, или для разных газов и технологий для генерации сигналов, относящихся к разным газам, присутствующим одновременно.
- Одновременная работа разных чувствительных элементов или датчиков одного типа, но избыточных, чтобы добиться большей надежности системы обнаружения.
- Подключение разных датчиков к передатчику с двойным каналом, демонстрирующим два показания одновременно на двух независимых дисплеях, чтобы гарантировать лучшее обнаружение для защиты области, представляющей интерес из-за утечек токсичных и/или взрывчатых газов.
- Чувствительные элементы можно заменять в работающем состоянии путем помещения магнита на дисплей и вставки (извлечение и вставка по типу «подключи и работай») не отключая датчик от питания.
- Возможность очистки или замены спеченного фильтра (который может быть изготовлен из нержавеющей стали 316L) во время обычной процедуры обслуживания или при возникшей необходимости из-за засорения пылью, например, после плохих погодных условий.
- Чувствительные элементы, содержащие измерительные преобразователи, имеющие встроенную интеллектуальную электронику для распознавания типа подключенного чувствительного элемента и преобразования сигнала в соответствии с обнаруженной физической переменной, выбранной предварительно для системы, упомянутая интеллектуальная электронная система отправляет сигнал в передатчик, который в свою очередь подает в систему питание, требующееся для разных компонентов.
- Возможность преобразовывать сигнал в стандартную величину, например 4-20 миллиампер в соответствии с действующими нормами.
- Коммуникация с внешним миром или окружающей средой с помощью последовательного соединения, например, на паре с протоколом RS 485 modbus или другими протоколами, такими как Hart и так далее.
- Передатчик, специально спроектированный для соответствия требованиям упомянутой инновационной системы обнаружения газа, которая затем спроектирована и изготовлена с помощью компонентов SMD, чтобы принимать по меньшей мере два независимых электрических сигнала от многоконтактного датчика с двумя каналами или двух независимых одноконтактных датчиков, и генерировать два независимых возбуждения с двумя выходами разной величины, один для передатчика и другой для датчика.
И кроме того, чтобы реализовать выполнимый вариант осуществления:
- один или более цифровой дисплей с четырехразрядными микро-светодиодами или светодиодными индикаторами для стандартной передачи сигналов, как, например, с 4-20 миллиампер,
цепь с тремя твердотельными реле для передачи сигналов через электрические соединения предварительного оповещения, тревожного оповещения и состоянии отказа
- последовательная коммуникация Modbus, последовательная коммуникация Hart, RS 485,
- корпус передатчика и корпус датчика с независимой и связанной сертификацией в соответствии с нормами АТЕХ lECEx (или корпус для установки в областях, классифицированных по различным классам опасности присутствия взрывчатых газов или смесей).
Необходимо отметить, что каждый элемент с определенной номенклатурой или порядком величины передачи данных указываются здесь только в качестве примера частных предпочтительных вариантов осуществления инновационной системы для обнаружения газа, описанной в данном изобретении.
Дополнительные вариации, в которых элементы системы соединяются различным образом путем сопоставления частей, зацепления или соединения элементов, или альтернативные сборки элементов системы, такие как разные варианты осуществления измерительных преобразователей или альтернативное расположение одного или более фильтров, а также вариации системы обнаружения в деталях, не относящихся непосредственно к инновационной системе, описанной в данном изобретении, должны считаться задачей данного изобретения.
Например, альтернативные формы элементов обнаружения, такие как закругленные, прямоугольные, восьмиугольные и другие формы, не относятся к задачам производства и защиты задачи данного изобретения, даже в случае альтернативных форм или расположений, но в любом случае подходят для задач изобретения, или любой вид материалов, или любая модификация, попадающие в область задачи изобретения, полностью должны рассматриваться как альтернативные варианты осуществления предпочтительных вариантов, описанных ранее, в которых модификации и изменения, касающиеся, например, геометрических форм, выбранных для различных подвижных и фиксированных элементов, материалов, используемых для каждой детали, и даже технические характеристики операционной системы, или модификации и настройки программного обеспечения могут быть использованы, не отклоняясь, тем не менее, от объема защиты данного изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
1. Система для обнаружения токсичных и/или воспламеняемых газов, содержащая по меньшей мере измерительный преобразователь (10, 10', 401), включающий в себя по меньшей мере корпус датчика (30), электронную цепь (31), подключаемый блок (33, 330) для вмещения одного или более чувствительного элемента, и фильтр (35), упомянутая система содержит также передатчик (21, 402) для передачи сигналов, генерируемых упомянутым измерительным преобразователем с помощью упомянутых чувствительных элементов через канал передачи упомянутого передатчика (21, 402) на дисплей (20, 26), отличающаяся тем, что упомянутый по меньшей мере один подключаемый блок (30, 330) включает в себя по меньшей мере один или более чувствительных элементов одного типа или другого типа технологий обнаружения, подходящий для генерации сигнала об обнаружении газа для каждого чувствительного элемента, упомянутые генерируемые сигналы об обнаружении передаются от упомянутого передатчика (21, 402) на упомянутый дисплей (20, 26), упомянутый передатчик (21, 402) содержит по меньшей мере два или более канала, подходящих для передачи сигнала об обнаружении газа одного типа избыточным образом, или более двух типов газа одновременно для смеси газов, упомянутая система устроена так, чтобы демонстрировать в одно и то же время упомянутые сигналы об обнаружении на упомянутом дисплее (20, 26), и при этом упомянутый фильтр (35) является заменяемым пользователем в случае неправильного срабатывания или засорения.
2. Система (1, 400) для обнаружения газа согласно п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый измерительный преобразователь (10, 10', 401), содержащий по меньшей мере упомянутый корпус датчика (30), изоляционные элементы (32) между частями, электронную цепь (31), подключаемый блок (33), фильтр (35), держатель фильтра (35') и кожух (37), причем указанные фильтр (35) и кожух (37) могут быть извлечены по меньшей мере во время операций калибровки и чистки.
3. Система (1, 400) для обнаружения газа по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый фильтр (35) расположен с возможностью извлечения в съемном кожухе (37) и запирается в указанном съемном кожухе (37) посредством подключаемого блока (33).
4. Система (1, 400) для обнаружения газа по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый фильтр (35) может быть заменен или очищен при отсоединении съемного кожуха (37) от корпуса датчика (30).
5. Система (1, 400) для обнаружения газа по предыдущим пунктам, отличающаяся тем, что упомянутые чувствительные элементы одного типа подходят для работы одновременно избыточным образом для большей надежности системы, или упомянутые чувствительные элементы разного типа подходят для работы одновременно для разных типов газов, или упомянутые чувствительные элементы одного типа подходят для работы тройным способом с оперативной логикой два из трех.
6. Система (1, 400) для обнаружения газа по предыдущим пунктам, отличающаяся тем, что упомянутый передатчик подходит для передачи сигналов, соответствующих каждому обнаруженному газу, так чтобы демонстрировать в одно и то же время упомянутые сигналы об обнаружении на одном или более дисплее (27а, 27b) или на одном и более индикаторах (28а, 28b).
7. Система (1, 400) для обнаружения газа по предыдущим пунктам, отличающаяся тем, что упомянутые чувствительные элементы содержат интеллектуальную электронику, встроенную в один чувствительный элемент, чтобы позволить распознавать тип чувствительного элемента, который подключен к измерительному преобразователю (10, 10', 401), чтобы преобразовывать сигнал, подлежащий передаче, в соответствии с обнаруженной физической переменной.
8. Система (1, 400) для обнаружения газа по п. 7, отличающаяся тем, что упомянутая интеллектуальная электроника подходит для отправки сигнала на упомянутый передатчик (21, 402), который в свою очередь подходит для подачи питания в систему, требуемого для работы разных компонентов упомянутой системы.
9. Система (1, 400) для обнаружения газа по предыдущим пунктам, отличающаяся тем, что упомянутый передатчик (21, 402) подходит для получения по меньшей мере двух независимых электрических сигналов от двухконтактного множественного датчика или двух независимых единичных одноконтактных датчиков.
10. Система (1, 400) для обнаружения газа по п. 7, отличающаяся тем, что упомянутый передатчик (21, 402) подходит для генерирования двух независимых возбуждений по меньшей мере с двумя выходами с разным значением, один из которых для упомянутого передатчика, а другой для упомянутого по меньшей мере одного измерительного преобразователя и чувствительного элемента.
11. Система (1, 400) для обнаружения газа по предыдущим пунктам, отличающаяся тем, что упомянутые чувствительные элементы являются электрохимическими, или инфракрасного IR-типа, или чувствительными элементами для продуктов горения, или комбинацией двух или более типов упомянутых элементов, с одной или множеством ячеек или nano-MOS или полупроводником для токсичных газов, или с каталитическим сгоранием или термальным парамагнитным для горючих/воспламеняемых газов, а также комбинацией одного или более типов упомянутых чувствительных элементов для одновременного обнаружения разных газов, как горючих и воспламеняемых, так и токсичных газов.
