Лаборатория для обнаружения утечки газа

Устройство относится к мобильным средствам выявления утечек бытового или природного газа. Решается задача расширения арсенала мобильных средств мониторинга состава атмосферы вблизи промышленных объектов, в частности, газопроводов.. Устройство выполнено на базе автомобиля типа «Газель», в салоне которого установлены стойка с измерительной аппаратурой в составе, по крайней мере, одного газоанализатора с детектором углеводородных газов, в частности, метана, рабочее место оператора, энергетический модуль, бортовой компьютер, средства телекоммуникации, а также воздухозаборник, установленный вне салона, причем газоанализатор размещен в изолированном боксе и снабжен средствами подвода воздуха в газоанализатор и фильтрации воздуха. Газоанализатор (или их набор) может быть связан с компьютером через цифровой выход для передачи данных через интерфейс, например, RS-232. В качестве средства фильтрации воздуха могут быть использованы прямоточный осевой циклон или электростатический фильтр. Новым является установка воздухозаборника под днищем автомобиля с обеспечением забора набегающего потока воздуха, при этом воздухозаборник выполнен в виде конуса, в открытом основании которого установлен фильтр грубой очистки воздуха, в частности, решетчатый. Техническим результатом является регистрация содержания и состава газовой смеси в слое воздуха вблизи вероятных областей утечки газа при меньшем влиянии конвекции воздуха под днищем автомобиля. 1 нез. п. ф-лы 6 з.п. ф-лы 1 ил.

Полезная модель относится к мобильным средствам контроля состава атмосферы вблизи газопроводов и может быть использована для динамического контроля утечек бытового или природного газа.

Известны мобильные лаборатории для мониторинга воздушной среды в рабочей зоне, смонтированные на базе легковых или грузовых автомобилей или прицепов, которые включают установленные в кузове устройства пробоотбора, газоанализаторы, компьютеризированную систему сбора и обработки информации, а также систему электропитания, рабочее место оператора, системы жизнеобеспечения (обогрева и кондиционирования воздуха в лаборатории), системы телекоммуникаций для связи с удаленным центральным постом и другое оборудование для решения поставленных задач в реальном времени, например, автоматическую метеостанцию (см., например, www.christmas-plus.ru/autolaball/labgas). Для анализа газового состава воздушной среды в рабочей зоне могут применяться как селективные, например, типа ИГС-38, так и многокомпонентные газоанализаторы, например, системы КОЛИОН-1В, ДЕГА и др. для измерения концентрации паров углеводородов, включая метан, а также оксидов углерода, кислорода, сероводорода и др.. Газоанализаторы применяются в сочетании с пробоотборниками - одно- и многоканальными, в мобильном или стационарном исполнении, обеспечивающими поступление на анализ определенного объема пробы с заданной скоростью прокачки (в частности, аспираторы серии AM, ОП и др.). При этом анализ газовой пробы может быть проведен различными способами (инфракрасная спектроскопия /RU 114367/, газовая хроматография /RU 2199054/, полупроводниковые химические сенсоры /RU 111675/, термокатализ /RU 2250455/ и др.). Выбор способа анализа определяется регламентом обследования рабочей зоны - стационарные измерения содержания контролируемого газа в точках профиля или непрерывная запись данных о содержании контролируемого газа в атмосфере при движении мобильной лаборатории.

Известен универсальный мобильный комплекс, содержащий корпус с отсеками, в которых размещены съемные мини-контейнеры для оборудования, а также аварийно-спасательное оборудование, осветительно-энергетическое оборудование, средства защиты органов дыхания, устройства сбора и хранения нефти и нефтепродуктов, газоанализаторы углеводородов, автономные устройства для нанесения сорбента, оборудование для отмывки и первичной очистки загрязненной территории и технических средств (RU 70142). Известный мобильный комплекс выполнен в виде модуля, а его корпус выполнен в виде унифицированного двадцатифутового контейнера. В силу обширных функциональных задач, исполняемых устройством, он укомплектован дополнительными устройствами, обеспечивающими его работу - насос с приводом, установку пожаротушения, насосные гидравлические станции, насосы высокого давления и др., и допускает установку газоанализаторов любого типа для исследования атмосферы в рабочей зоне.

Известна мобильная станция для экологического контроля окружающей среды, а именно, атмосферы, содержащая автомобиль, в салоне которого расположены стойки для размещения измерительной аппаратуры, стол оператора, на котором установлена ЭВМ и энергетический модуль в виде автономного источника питания на основе аккумуляторной батареи, воздухозаборник, установленный на крыше салона автомобиля, метеостанцию, размещенную снаружи салона на телескопической мачте, а также GPS-приемник, при этом в качестве измерительной аппаратуры использованы газоанализаторы, в частности, окислов азота, кремния и углерода, и аэрозольные анализаторы, снабженные фильтроаспирационной установкой с индивидуальными счетчиками прокачиваемого объема воздуха (RU 69267). Известная мобильная станция может служить лабораторией для обнаружения утечек газа при мониторинге состояния газопроводов и газораспределительных сетей, так как обеспечивает анализ содержания различных соединений в воздухе рабочей зоны в режиме движения автомобиля, однако установка воздухозаборника на крыше автомобиля снижает точность измерений локальных концентраций анализируемых соединений вследствие возрастания интенсивности конвекции воздуха при удалении от поверхности земли, что снижает надежность анализа состояния атмосферы в рабочей зоне при выявлении утечек газа, например, в газопроводе.

Известная мобильная станция для мониторинга состояния атмосферы, включающая автомобиль, в салоне которого установлены стойка с измерительной аппаратурой, включающей, по крайней мере, один газоанализатор, снабженный средствами подвода и фильтрации воздуха со счетчиком прокачиваемого объема воздуха, рабочее место оператора, бортовой компьютер, энергетический модуль, средства телекоммуникации, а также установленный вне салона воздухозаборник, выбрана наиболее близким аналогом заявляемой лаборатории для обнаружения утечек газа.

Задача полезной модели состоит в расширении арсенала мобильных средств контроля состава атмосферы для выявления утечек газа из газопроводов.

Задача решена тем, что в лаборатории для обнаружения утечек газа, включающей автомобиль, в салоне которого установлены стойка с измерительной аппаратурой, включающей, по крайней мере, один газоанализатор, снабженный средствами подвода и фильтрации воздуха со счетчиком прокачиваемого объема воздуха, рабочее место оператора, энергетический модуль, бортовой компьютер и средства телекоммуникации, а также установленный вне салона воздухозаборник, в соответствии с полезной моделью, воздухозаборник размещен под днищем автомобиля с обеспечением забора набегающего потока воздуха и снабжен на входе потока воздуха фильтром грубой очистки воздуха, при этом, по крайней мере, один газоанализатор содержит детектор углеводородных газов и размещен в изолированном боксе.

Кроме того, измерительная аппаратура включает набор газоанализаторов для комплексного анализа состава прокачиваемого объема воздуха.

Кроме того, воздухозаборник имеет форму конуса с открытым основанием, в котором укреплен фильтр грубой очистки воздуха.

Кроме того, в качестве средства фильтрации воздуха использован циклон, в частности, прямоточный осевой циклон.

Кроме того, в качестве средства фильтрации воздуха использован электростатический фильтр.

Кроме того, в качестве детектора углеводородных газов использован датчик метана.

Кроме того, устройство снабжено средством измерения температуры прокачиваемого объема

Техническим результатом полезной модели является обеспечение регистрации содержания и состава газовой смеси, включая углеводородный газ (метан), в слое воздуха, параметры которого максимально близки к параметрам воздушной среды вблизи вероятных областей утечки газа из-за меньшего влияния конвекции воздуха под днищем автомобиля.

Заявляемое устройство (в разрезе) схематически представлено на фиг.. Лаборатория выполнена на базе автомобиля (1), в частности, типа «Газель», «Соболь», Fiat Ducato и т.п., с боковой или задней распашной дверью и боковым остеклением, а также штатной установкой вентиляции, очистки воздуха и отопления. Кабина водителя (2) отделена от салона (3) перегородкой. Салон (3) утеплен, имеет источники освещения, на полу салона размещено шумопоглощающее покрытие, например, типа «автолин». В салоне (3), преимущественно, вблизи борта, в изолированном боксе (4) на амортизированной стойке размещена измерительная аппаратура (5), а в средней части салона (3) установлено рабочее место оператора (6), укомплектованное поворотным креслом и амортизированным столом, на котором размещены пульт управления, монитор и принтер, связанные с бортовым компьютером (7), в качестве которого может быть использован ноутбук. Рабочее место оператора (6) снабжено средствами телекоммуникации (8), в частности, GPS-приемником (навигатором), с помощью которого регистрируют маршрут автомобиля, определяют местонахождение автомобиля, координаты зон утечки газа на местности, время наблюдения. Для приема внешних электромагнитных сигналов крыша салона (3), по крайне мере, частично, выполнена радиопрозрачной. На пульт управления вынесена приборная доска с цифровыми индикаторами измеряемых параметров, и видеотерминал регистрирующей аппаратуры, подсоединенный к бортовому компьютеру (7), который обеспечивает архивирование данных, составление протоколов измерений и отчетных материалов.

Система электропитания автомобиля имеет две цепи - одна обеспечивает работу аппаратуры и оборудования при напряжении 10-14 В (системы вентиляции, отопления, освещения и др.) через импульсные преобразователи 220 В АС/14 В, а также преобразователи 12 В/19 В для питания ноутбука (7). Вторая цепь электропитания - промышленная сеть переменного тока 220 В, подключение к которой производится посредством силового кабеля через ввод на борту автомобиля (1), и бортовой встраиваемый электрогенератор, который установлен в изолированном отсеке (9) и при необходимости обеспечивает работу измерительной аппаратуры (5). Бортовой электрогенератор, например, бензогенератор марки YAMAHA, работает на автомобильном топливе, которое поступает из бака автомобиля (1) в бак генератора известным образом, например, через топливный насос. В аварийной ситуации поступление топлива в бак генератора перекрывается бензоклапаном. Пуск генератора производится электростартером, который дублирован ручным пуском. Цепи электропитания заземлены и амортизированы. Управление режимами работы системы электропитания и контроль состояния ее элементов производится с пульта управления. Дополнительно в салоне (3) размещены и укреплены стационарно ящики и стойки с рабочим инструментом, который может понадобиться при эксплуатации автомобиля-лаборатории (автомобильный инструмент, огнетушитель и др.).

Измерительная аппаратура (5) представлена по крайней мере одним газоанализатором (далее - газоанализатор 5), детектор которого позволяет выделить из воздуха молекулы метана CH₄ и измерить их содержание в пробе воздуха, как например, газоанализатор «Поларис» (метанометр), одноканальный газоанализатор ИГС «Марш-В», сигнализатор газа со встроенным датчиком метана SPC-23-3400 и др.. При выполнении комплексного анализа состава воздушной среды и мониторинге утечек газа вблизи газопроводов и технологического оборудования, или в промышленных зонах могут быть использованы наборы газоанализаторов с селективными датчиками анализируемых газов (горючих и токсичных газов) и/или современные мультигазовые многоканальные газоанализаторы с детекторами токсичных и горючих газов, включая метан, для одновременных измерений в реальном времени концентраций искомых веществ. Для оборудования лаборатории могут быть использованы, в частности, многокомпонентный газоанализатор GASMET DX 4015/DX 4030 для контроля вещества воздуха рабочей зоны в непрерывном потоке газа, портативные мультигазовые анализаторы МСП-Сигма с двумя оптическими сенсорами, которые определяют концентрацию метана С и сумму С2-С10 на уровне ПДК, и др.. Измерительная аппаратура может быть укомплектована стационарными и автономными переносными приборами, которые работают в режиме диффузионного отбора пробы или в режиме нагнетания потока, а также оснащены средствами световой и звуковой сигнализации при работе в пороговом режиме измерений для выявления областей аномальной концентрации газа, например, газоанализаторы типа ЭГС-М во взрывозащищенном исполнении. С учетом размеров мобильной лаборатории выбирают газоанализаторы, имеющие цифровой выход для передачи измеренного сигнала на компьютер посредством интерфейса RS-232 или RS-485, или USB-интерфейса, что позволяет обособить приборы в изолированном боксе (4) вблизи вентилируемого борта автомобиля (1) и отделить их от салона (3).

Подача воздуха (газовой смеси) на анализ производится стационарным потоком через воздухозаборник (10), который размещен под днищем автомобиля (1) на максимальном удалении от его выхлопной трубы, например, под кабиной (2), для уменьшения теплового воздействия на набегающий поток воздуха, снижения влияния выхлопных газов и конвективных движений атмосферного воздуха на газовый ореол областей утечки газа. Воздухозаборник (10) выполнен, предпочтительно, в форме конуса, основание которого открыто для обеспечения забора набегающего потока воздуха, и снабжено фильтром грубой очистки воздуха (11) - решеткой - для исключения попадания в канал забора воздуха камней, крупных частиц грунта и т.п. Решетка крепится к воздухозаборнику (10), например, хомутом. Коническая форма воздухозаборника (10) приводит к увеличению скорости потока воздуха в его вершине, открывающейся в средство подвода воздуха (12) (далее - воздуховод (12), в котором на пути газового потока установлен фильтр тонкой очистки - пылеуловитель (13), в частности, электростатический фильтр, в котором частицы пыли в воздухе сначала электризуются, а затем оседают на заряженной решетке этого фильтра, или циклон, в частности, прямоточный осевой циклон, устанавливаемый в горизонтальном участке воздуховода (12) после воздухозаборника (10). В циклоне отделение примесных частиц пыли и жидкости происходит под действием центробежной силы, прижимающей твердые частицы к стенкам циклонных трубок и создающей напор потока воздуха (газовой смеси) в воздуховоде (12). Воздуховод (12) введен в салон (3) через люк в полу. Далее в воздуховоде (12) по ходу движения потока воздуха размещен счетчик прокачиваемого объема воздуха (газовой смеси) (14), после которого очищенный воздух (газовая смесь) поступает в газоанализатор (5) по трубке воздуховода (12) через штуцер, вмонтированный в изолированный бокс (4). Воздуховод (12) может быть выполнен из пластмассовой, гофрированной трубки, трубки с тефлоновым покрытием, его диаметр согласуется с суммарным проходным сечением трубок, подводящих газовую смесь к задействованным газоанализаторам. При использовании нескольких газоанализаторов может быть обеспечена разводка прокачиваемого потока и подвод газовой смеси к каждому из них. При любой заданной скорости движения автомобиля может быть определен общий объем прокачиваемого через газоанализатор (5) воздуха (газовой смеси), его измеряют известным методом - например, счетчиком объема прокачиваемого газа, например, типа СГ-16МТ с чувствительным элементом - турбинкой, который обеспечивает прокачку 10-100 м³/ч газового потока. Кроме того, объем потока газа, поступающего к какому-либо газоанализатору может быть определен расчетным путем по площади проходного сечения подводящей газ трубки и скорости движения автомобиля. В воздуховоде (12) размещен также датчик температуры газа в пропускаемом потоке, которая является одним из параметров, используемым в расчетах объемов утечки газа. В качестве такого датчика может быть выбрана встроенная термопара, подключенная к бортовому компьютеру (7). Доступ к воздухозаборнику (10) и к пылесборнику пылеуловителя-циклона (13) для его очистки может быть осуществлен непосредственно при осмотре днища автомобиля (1), воздухозаборник жестко укреплен на днище на кронштейне (14). Приточный забор воздуха при движении автомобиля (1) не требует дополнительной компрессии. Вентиляция салона (3) производится набегающим потоком воздуха через приоткрытые окна салона (3) или посредством автомобильной системы вентиляции и отопления при закрытых окнах, при этом воздух выходит через щели внутренних панелей передних дверей и вентиляционные окна на задних стенках боковин и сдвижные окна. При движении со скоростью не менее 50 км/час салон вентилируется за счет скоростного напора воздуха.

Устройство используют следующим образом. Первичную информацию о наличии значительных утечек газа от технологического оборудования, коммуникаций и арматуры при разгерметизации оборудования, его аварийном повреждении, в результате течей, трещин, сквозных повреждений, коррозии, можно получить осмотром технологического оборудования и прилегающей к газопроводу территории, выявлением повышенного шума вблизи локальных участков инспектируемого оборудования. При мониторинге утечек газа, например, из подземного газопровода автомобиль комплектуют хотя бы одним газоанализатором селективного детектирования газа или набором газоанализаторов, в состав которых включают пороговые сигнализаторы превышения локальной концентрации газа над фоновой концентрацией и газоанализаторы для измерения концентрации искомого газа в потоке газовой смеси. В полностью укомплектованном автомобиле устанавливают программное обеспечение для бортового компьютера (7), проверяют состояние воздухозаборника (10). Перед измерениями производят при необходимости калибровку газоанализаторов с использованием сертифицированных концентраций калибровочных газов, в качестве калибровочного газа для анализа углеводородных газов используют метан. Проводят функциональную поверку газоанализаторов (5) путем кратковременной подачи в него смеси с концентрацией газа, превышающей нижний порог обнаружения для данного прибора. После начала движения автомобиля происходит захват воздуха воздухозаборником (10), грубая очистка воздуха от крупных частиц пыли и камней на входе в воздухоприемник (10), фильтрация воздуха от пыли и частиц влаги с помощью фильтра (11) и подача очищенного воздуха (газовой смеси) по воздуховоду (12) в газоанализатор (5). Газоанализатор (5), использованный для поиска утечек природного газ, например, оптический ИК-детектор утечки метана марки DP-IR, обеспечивает измерение фактической концентрации метана в газовом потоке путем измерения поглощения инфракрасного излучения с длинами волн 1,6-1,7 мкм и 2,2-2,24 мкм молекулами метана. Одновременно производится прямое измерение фактического объема газового потока, его фактической температуры с помощью встроенных в воздуховод зондов - термометров или преобразователей температуры (термопар), а также атмосферного давления, измеряемого, например, с помощью манометра, что необходимо для приведения данных о концентрации метана в газовом потоке к нормальным условиям среды. Поскольку метан легче воздуха (в отличие от других углеводородных газов) отбор газовой смеси вблизи поверхности земли (вблизи области утечки газа) обеспечивает более точные измерения концентрации метана и других газов, так как при установке воздухозаборника на крыше автомобиля (RU 69267) анализируемые газы интенсивно рассеиваются в атмосфере, а при установке оптического датчика метана на бампере мобильной «Лаборатории обнаружения утечек природного газа» (ЗАО «РАДИАН, г.Саратов) на результат измерения мгновенной концентрации метана по селективному поглощению ИК-излучения влияет поглощение такого излучения твердыми примесными частицами встречного потока. Программная обработка данных измерений позволяет выявить области аномальной концентрации метана вблизи газопровода или отдельных узлов технологического оборудования и в соответствии с программой наблюдений привязать их к карте местности. Оператор контролирует режим забора воздуха, а результаты анализа воздуха поступают в бортовой компьютер (7), регистрируются и обрабатываются с использованием специального программного обеспечения в привязке к данным GPS-приемника (8), По данным измерений концентрации анализируемого газа в прокачиваемом воздухе и профилирования области обследования определяют зону утечки газа и масштаб аварии. При необходимости или в случае аварийной ситуации по телеметрическим каналам связи данные передаются на центральный пульт. Заявляемая лаборатория в соответствии с полезной моделью была выполнена на базе автомобиля Соболь ГАЗ 22171, в качестве газоанализатора установлен оптический метанометр «Поларис», быстродействие которого составляет 0,1-4 с. Обследовалась трасса подземного газопровода на территории точечной застройки города для выявления возможных утечек газа в случае повреждения целостности газопровода. Мониторинг проводили при скорости движения автомобиля не выше 30 км/час, при наличии ветровой составляющей набегающего потока воздуха на воздухозаборник (10) объем пропускаемого по воздуховоду воздуха составил 2,5-3,0 л/мин. Содержание метана в атмосфере вдоль трассы составило 2.05-2.15 ppm, что близко к средним значениям фоновой концентрации метана по городу в целом, утечки газа не обнаружены..

Лаборатория вследствие своей мобильности может быть использована при любой чрезвычайной ситуации, связанной с утечкой веществ, переходящих в газообразной состояние в атмосфере. Аналитические возможности определяются видом и чувствительностью установленного оборудования.

1. Лаборатория для обнаружения утечки газа, включающая автомобиль, в салоне которого установлены стойка с измерительной аппаратурой, включающей, по крайней мере, один газоанализатор, снабженный средствами подвода и фильтрации воздуха со счетчиком прокачиваемого объема воздуха, рабочее место оператора, энергетический модуль, бортовой компьютер и средства телекоммуникации, а также установленный вне салона воздухозаборник, отличающаяся тем, что воздухозаборник установлен под днищем автомобиля с обеспечением забора набегающего потока воздуха и снабжен на входе потока фильтром грубой очистки воздуха, при этом, по крайней мере, один газоанализатор содержит детектор углеводородных газов и размещен в изолированном боксе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительная аппаратура включает набор газоанализаторов для комплексного анализа состава прокачиваемого объема воздуха.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздухозаборник имеет форму конуса с открытым основанием, в котором укреплен фильтр грубой очистки воздуха.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства фильтрации воздуха использован циклон, в частности прямоточный осевой циклон.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства фильтрации воздуха использован электростатический фильтр.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве детектора углеводородных газов использован датчик метана.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подвода воздуха выполнено в виде воздуховода со встроенным средством измерения температуры прокачиваемого объема воздуха, например, термопарой.