книги из ГПНТБ / Местер, И. М. Автоматизация контроля и регулирования рудничного проветривания

0,0—0,05; SO2 0,0—0,02 и других газов, состоящих из двух и более молекул.

Газоанализатор «Инфралит-Ех» изготовляют во взрывобезопас­ ном литом алюминиевом корпусе. Верхняя часть газоанализатора состоит из измерительного усилителя, оптического двухканального устройства с обтюратором, лучеприемника и камер. Нижняя секция содержит элементы полупроводникового блока питания. На лицевой панели размещены рукоятки управления. Предусмотрена механи­ ческая и электрическая блокировка при снятии верхней и нижней

ния влияние двуокиси углерода может составить более половины шкалы газоанализатора (см. § 9).

Датчики, основанные на предварительном химическом преобразовании окиси углерода в другие химические соединения или на реакции восстановления благородных металлов

из их солей

Способ предварительного химического преобразования окиси углерода в другие химические соединения, которые затем могут быть определены известными методами, широко применяется в авто­ матических газоанализаторах. Такими методами являются:

162

Определение окиси углерода производят по ртути, йоду или дву­ окиси углерода.

Чувствительность этих методов весьма высока — до 3 -10“ 5 % СО, однако анализируемый газ требует тщательной подготовки. Эти методы полошены в основу ряда газоанализаторов для определения микроконцентраций различных газов.

Автоматический универсальный стационарный газоанализатор ФЛ 5501 предназначен для определения микроконцентраций различ­ ных газов (в том числе СО), не содержащих механических примесей. Газоанализатор работает при относительной влажности от 30 до 80% и температуре от -(-5 до -f50° С. Расход смеси через газоанали­ затор 0,15; 0,5 или 1,0 л/мин. Основная погрешность от верхнего предела ±10% . Продолжительность одного цикла анализа 2,5; 5 или 10 мин. Напряжение питания 127 в при частоте 50 гц. Масса газоанализатора составляет 70 кг. Газоанализатор может быть ис­ пользован в системах автоматического регулирования, однако не­ обходимость самостоятельной градуировки шкалы потребителем, трудность подбора химических реактивов для индикаторной ленты, ограничения по влажности, а также ряд конструктивных особенно­ стей весьма затрудняют использование газоанализатора в рудничных условиях.

Разработан также автоматический датчик газоанализатора для непрерывного определения содержания окиси углерода в воздухе типа ФЛ 2101 с пределами измерения от 0 до 0,002% СО. Ограниче­ нием применения указанного датчика является невозможность уда­ ления его от места отбора пробы более чем на 5 м.

Известны методы анализа содержания окиси углерода при взаимо­ действии с солями благородных металлов (хлористый палладий, хлорное золото и др.). Эти методы весьма чувствительны, но из-за необходимости использования драгоценных металлов малопригодны для применения в шахтах.

На основании анализа существующих методов определения окиси углерода (в том числе и методов третьей группы датчиков) в СКВ АП АН СССР сделан вывод о перспективности использования метода пятиокиси йода с последующим фотоколориметрированием цветной окраски, образуемой парами йода на специально пропитанной ин­ дикаторной ленте, для разработки рудничного автоматического га­ зоанализатора, так как большинство методов не удовлетворяет тре­ бованиями, предъявляемым к газоанализатору из-за:

недостаточной избирательности метода инфракрасного поглоще­ ния в условиях повышенной концентрации С 02, N 02, S02 и влаги;

высокой токсичности ртути при использовании метода восстано­ вления HgO при повышенной температуре;

применения жидких щелочных растворов, сложности дозирова­ ния и регенерации растворов, а также необходимости поглощения

необходимости применения драгоценных металлов при исполь­ зовании метода восстановления их из солей и больших затрат вре­ мени на анализ.

В соответствии с техническим заданием Специальным конструк­ торским бюро АП АН СССР при участии ЦНИГРИ создан опытный образец автоматического газоанализатора для определения микро­ концентраций окиси углерода в рудничной атмосфере типа ФЛ

2104.

Газоанализатор ФЛ 2104 является стационарным автоматическим показывающим самопишущим и сигнализирующим устройством, работающим в циклическом режиме. Он предназначен для определе­ ния объемной концентрации окиси углерода в воздухе рудников и шахт в пределах от 0 до 0,01%. Тип газоанализатора — фотоколо­ риметрический ленточный.

Газоанализатор состоит из трех основных узлов: блока газоана­ лизатора в термошкафу, индикатора расхода ГИ-6 и блока побуди­ теля расхода ПР-3. Газоанализатор предназначен для работы при температуре окружающей среды от + 5 до -j_25° С, относительной влажности до 90% и атмосферном давлении 101,3 ± 2,8 ки/м2.

Питание газоанализатора осуществляется от сети переменного тока частотой 50 гц и напряжением блока газоанализатора 127 в

( j-10 ----- 15%), блока ПГ-З — трехфазным током напряжением 380 в

±10%.

Потребляемая общая мощность вместе с нагревателями системы термостатирования составляет 0,75 ква. Питание блока газоанализа­ тора и системы термостатирования осуществляется раздельно.

Основная приведенная погрешность измерения окиси углерода ±0,0015об.%. Дополнительная приведенная погрешность от из­ менения напряжения питания на каждые ±10% от 127 в соста­ вляет ±0,0003 об. % СО.

Гасстояние от точки отбора пробы до блока газоанализатора по длине трубопровода может достигать 180 м при внутреннем диаметре трубопровода 9 мм. Для соединения индикатора ГИ-6 с блоком газо­ анализатора применяется резиновый шланг диаметром 9 мм (ГОСТ

9356-60) и кабель МКШ 7 X 0,5 (ГОСТ 10348-71).

Время установления показаний с момента изменения концентра­ ции окиси углерода на расстоянии 150 м от блока газоанализатора на входе индикатора ГИ-6 при времени цикла 5 мин не превышает

20 мин.

Время непрерывной работы без замены составляет: для фильтровосушителей (при 100%-ной относительной влажности анализируемого воздуха и температуре окружающей среды +25° С) 1000 ч, для фильт­

0,01% — 2000 ч и при концентрации СО 0,005% — 4000 ч.

Масса комплекта газоанализатора по частям составляет: блока газоанализатора в термошкафу 140 кг, блока побудителя расхода ПГ-З 34 кг, индикатора расхода ГИ-6 20 кг.

164

Анализируемый воздух после очистки в блоке фильтров посту­ пает в реакционную печь, заполненную пятиокисыо йода, где проис­ ходит выделение паров йода, количество которых пропорционально содержанию окиси углерода в воздухе. Пары йода взаимодействуют с химическим реагентом, заранее нанесенным на индикаторную лен­ ту. Индикаторная лента окрашивается, при этом плотность окраски пропорциональна количеству паров йода и исходной кон­ центрации окиси углерода.

Плотность окраски на ленте измеряют по измене­ нию светового потока путем сопоставления рабочего све­ тового потока, отраженного от образовавшегося на лепте пятна, с эталонным световым потоком. Разность световых потоков преобразуется фото­ электрической схемой в элек­ трический сигнал, который после усиления подается па электронный показывающий

исамопишущий прибор

ПСР1-11.

Конструктивно газоанализатор ФЛ 2104 состоит из трех олоков: блока газоанализатора, побудителя расхода ПР-3 и индикатора рас­

хода РИ-6.

Работа всех элементов блока газоанализатора осуществляется от приводного двигателя АД-7 с редуктором, понижающим число оборотов с 2200 до 5 в минутуРазгерметизация реакционной камеры и перемещение индикаторной ленты на шаг, равный И мм, проис­

ходит через каждые 5 мин.

В электрическую схему газоанализатора ФЛ 2104 входят схемы блока газоанализатора, блока ПР-3 и блока РИ-6. Электрическая схема блока газоанализатора состоит из схем электронного блока,

165

блока датчика, блока термостатирования, блока ГІР-8, блока ПСР1-11 и пульта управления.

Блок газоанализатора представляет собой термошкаф, сваренный из стальных уголков и закрытьи1! съемными панелями, которые при­ креплены к каркасу на винтах-

На рис. III.11 показан газоанализатор ФЛ 2104, установленный на 12-м участке Дегтярского рудника для контроля исходящей струи блоков 18 и 20.

Индикатор расхода РИ-6 (рис. III.11, а) укреплен на стойке в вентиляционном квершлаге блока 18 в 70—80 м от блока газоана­ лизатора и побудителя расхода ПР-3- Для защиты от взрывной волны РИ-6 помещен в металлический кожух с отверстием для воздухоза­ борного устройства. Блок газоанализатора и побудитель расхода ПР-3 (рис. III.И , б) установлены в нише южного полевого штрека гор. 370 м. Лицевая сторона термошкафа показана с открытой двер­ цей. На панели видны: в левом верхнем углу датчик с лентопротяж­ ным механизмом и реакционной камерой, в левом нижнем углу — электронный блок, в правом верхнем углу — электронный самопи­ шущий регулирующий и показывающий прибор ПСР1-11, под ним находится блок управления с сигнальными лампами и ниже блок побудителя расхода ПР-8. Под блоком газоанализатора размещен побудитель расхода ПР-3.

В схеме газоанализатора предусмотрено реле времени, которое включает блок ПР-3 с выдержкой времени 0—30 мин после произ­ водства взрывных работ для предохранения газовых линий от запол­ нения недопустимо высокой начальной концентрацией окиси угле­ рода.

Производственные испытания газоанализатора ФЛ 2104 прово­ дили по специально разработанной ЦНИГРИ программе и методике. Цель испытаний заключалась в проверке соответствия параметров газоанализатора ФЛ 2104 требованиям технического задания, про­ верке работоспособности узлов, определении надежности элементов при работе в рудничной атмосфере, разработке рекомендаций по совершенствованию газоанализатора.

На рис. III.12 показаны двухсуточные диаграммные ленты с за­ писью прибором ПСР1-11 концентрации СО в вентиляционном квер­ шлаге блока 18-

Из графиков видна цикличность производства взрывных работ на участке в конце смены через каждые 8 ч. Начальная концентра­ ция СО зависит от количества ВВ, израсходованного за один взрыв. Места установки газоанализаторов в шахте определяются производ­ ственной необходимостью. Индикатор расхода РИ-6 устанавливали в начале вентиляционной выработки (на исходящей струе) на рас­ стоянии 1,5 м от почвы (в случае применения нагнетательного про­ ветривания) и в зоне производства работ в случае применения вса­ сывающего проветривания. Кроме того, место установки приемного устройства — индикатора расхода РИ-6 — в забое выработки опре­ делялось исходя из соображений защиты РИ-6 от взрывной волны.

166

t

б

а

а — огибающей кривой; б — возврата к

Датчики, основанные на методе каталитического сжигания окиси углерода до двуокиси углерода

Наиболее известными газоанализаторами, основанными на изме­ рении теплового эффекта в реакционной камере при окислении окиси углерода в углекислый газ в присутствии катализатора, являются переносный газоопределитель окиси углерода МакНИИ типа СО-3 и дистанционный газоопределитель окиси углерода РДВ-2- Эти приборы имеют точность ±0,002% при концентрации СО 0,002— 0,05%.

ВСКВ АН АН СССР был разработан газоанализатор ТХ 2104, основанный на указанном принципе и который некоторое время вы­ пускал Вырусский завод газоанализаторов. Однако из-за сложности

инестабильности характеристик газоанализатор был снят с произ­ водства.

Взаключение следует отметить, что существующие как отече­ ственные, так и зарубежные автоматические газоанализаторы на СО все еще достаточно сложны, что значительно затрудняет их внедре­ ние в практику.

§12. СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ПЫЛИ В РУДНИЧНОМ ВОЗДУХЕ

Пыль, взвешенная в рудничном воздухе, является одним из по­ стоянно действующих вредных факторов, отрицательно влияющих на состояние здоровья горняков. Работами советских и зарубежных исследователей доказана возможность развития силикоза под воз­ действием не только кварцевых, но и других разновидностей пыли, образующейся при разрушении горных пород, содержащих даже в незначительных количествах свободную двуокись кремнияСреди профессиональных заболеваний пневмокониозы составляют более 30% и устойчиво занимают первое место. Одной из причин этого является несовершенство существующих методов контроля, которым присущ ряд значительных недостатков (см. § 2), обусловливающих невозможность оперативного управления как средствами защиты от пыли, так и обеспыливающей вентиляцией.

Необходимость создания автоматических непрерывно действу­ ющих пылеизмерительных датчиков, пригодных для использования в САР, стоит перед горной наукой со всей остротой. Датчик пыльности воздуха (ДПВ) должен иметь не менее двух диапазонов измерения (0—10 и 0—50 мг/м3) при допустимой погрешности измерения ±10% . ДПВ должен устойчиво работать при температуре окружающего воз­ духа в пределах —5 ж -|-35° С. ДПВ не должен быть критичен к круп­ ности пыли, так как ее средняя крупность может изменяться в до­ вольно широких пределах. ДПВ должен быть рассчитан для работы, с пылью следующей дисперсности: от 0,4 до 1,0 мк — 70—75%,

от 1,0 до 2,0 мк — 25—30%, от 2,0 до 5,0 мк 0,2—1,0% при различ­ ном химическом составе. Для определения инерционности ДПВ

170

были проведены исследования колебаний запыленности воздуха во времени, которые рассматривались как случайный процесс. Ре­ гистрацию процесса колебаний запыленности рудничного воздуха осуществляли с помощью малоинерционного измерителя запылен­ ности воздуха ИПВ-5647. Были изучены процессы колебаний за­ пыленности рудничного воздуха в 25 различных точках рудника. Вычисление характеристик исследуемых случайных процессов про­ изводилось по формулам, приведенным в работе [93].

Осредненная нормированная корреляционная функция была ап­

Коэффициент затухания нормированной корреляционной функ­ ции подбирали методом наименьших квадратов.

На рис. III.13 показан график осредненной нормированной корре­ ляционной функции стационарного случайного процесса колебаний запыленности рудничного воздуха. Для того чтобы определять сред­ нюю запыленность с известной точностью (±10%), требуется про­ изводить измерения в течение определенного времени t через опре­ деленные промежутки времени At.

В работе [75] показано, что если нормированные корреляционные функции наблюдаемых стационарных случайных процессов аппрок­ симированы экспонентами вида рп = е~а 1т !, то продолжительность измерения и интервал между измерениями можно определять по формулам:

Следовательно, измерение запыленности воздуха необходимо про­ изводить практически непрерывно. Только в этом случае можно

171