Эффективность и безопасность современных непрерывных технологических процессов, таких как обжиг окатышей в металлургии, напрямую зависят от достоверности и оперативности данных газового анализа [1]. Комплекты газоаналитического оборудования (КГО), выполняющие эти задачи, представляют собой сложные инженерные системы, интегрирующие узлы отбора, подготовки, анализа и отвода пробы. Сердцем такой системы, определяющим логику взаимодействия всех компонентов и последовательность технологических операций, является принципиальная схема газовых соединений. Её разработка выходит за рамки простого соединения аппаратов трубопроводами, она требует системного подхода, учитывающего химический состав среды, параметры технологического процесса, требования безопасности и метрологии. Целью данной работы является обобщение принципов и представление практических решений по разработке схемы на примере создания КГО для мониторинга кислорода в обжиговой машине.
Методология проектирования принципиальной схемы газовых соединений.
Исходными данными для разработки послужили:
- Состав и свойства анализируемой среды: забалластированный воздух (смесь воздуха и продуктов сгорания), содержащий механические примеси и пары влаги.
- Требования к анализируемому компоненту: кислород (О₂) в диапазоне 0–21 % об.д., измеряемый термомагнитным методом, что обусловило критическую важность глубокой осушки пробы.
- Требования безопасности: взрывобезопасная категория места отбора.
Проектирование велось на основе принципа одноканальной системы с рециркуляцией пробы, обеспечивающей минимальное время отклика. Основной задачей стало проектирование тракта, гарантирующего приоритетную подготовку пробы перед её подачей на анализ, особенно в части осушки.
Описание и анализ разработанной принципиальной пневматической схемы
Схема представлена на рисунке 1. Газовая проба отбирается через взрывозащищенный шаровой кран и сразу поступает на первичную механическую очистку в фильтр грубой очистки, где удаляются крупные частицы. Затем поток направляется в систему осушки, которая состоит из двух последовательных ступеней: сначала проба пассивно охлаждается в воздушном холодильнике, а затем активно доводится до необходимой температуры точки росы в термоэлектрическом холодильнике, что обеспечивает конденсацию и удаление паров влаги. Далее с помощью побудителя расхода формируется стабильный поток, который через трехходовой кран в положении «Анализ» поступает на фильтр тонкой очистки для окончательного удаления мельчайших примесей. После этого расход пробы визуально контролируется и точно регулируется с помощью индикатора-регулятора расхода, после чего подготовленная газовая смесь поступает в измерительную ячейку газоанализатора для определения концентрации кислорода. После анализа отработанная проба безопасно отводится в систему сброса.
Рис. 1. Схема пневматических газовых соединений
Режимы функционирования системы, реализуемые схемой
ПСГС предусматривает три основных режима работы, что обеспечивает её функциональную полноту.
Режим непрерывного анализа (штатный). Описан выше. Является основным режимом эксплуатации. Электрическая схема дополняет газовую, вводя задержку включения ПР-9 и ПН с помощью реле времени, гарантируя выход ТХ-410 на рабочий режим до начала прокачки пробы
Режим калибровки и поверки. Оператор переключает кран КТ3 в положение «Калибровка». Технологическая проба отсекается шаровым краном КР. Через линию ГСО подается азот (нулевая точка) или поверочная смесь кислорода в азоте. Поток проходит непосредственно через КТ3, фильтр тонкой очистки, ИРР и газоанализатор, минуя узлы грубой очистки и осушки. Данный режим обеспечивает метрологическую прослеживаемость и соответствует требованиям ГОСТ Р 52931–2008.
В работе на практическом примере продемонстрировано, что принципиальная схема газовых соединений является фундаментальным документом, определяющим не только конфигурацию, но и интеллектуальную составляющую системы технологического контроля.
Литература:
- Вартанов А. З., Рубан А. Д., Шкуратник В. Л. Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг. М.: Горная книга, 2009.
- ГОСТ Р 52931–2008. Приборы контрольно-измерительные. Общие технические условия.
