fg-combustible-gas-infrared-detectors

Датчики горючих газов (углеводородов) — первый рубеж предотвращения взрыва на НПЗ: утечка метана или пропан-бутановой фракции должна быть обнаружена при 10–20 % НКПР (нижний концентрационный предел распространения пламени, LEL), пока облако не достигло 50–100 % НКПР в зоне источников воспламенения. Рассматриваются оптические инфракрасные (NDIR) и термокаталитические сенсоры, метрология шкалы % НКПР и нормативная база РФ. Подробнее на Metal-Asia. Ключевые направления: Гуанчжоу, Шанхай, Алматы.

Техническое описание и специфика применения на НПЗ

НКПР метана — 4,4 % об., пропана — 1,7 % об.; шкала датчика 0–100 % НКПР градуируется по конкретному газу, пересчёт на смеси — через коэффициенты корреляции. Две технологии:

Термокаталитический (pellistor): пара платиновых спиралей (активная с катализатором и сравнения), горение газа на катализаторе нагревает спираль, изменение сопротивления пропорционально концентрации. Требует кислорода (> 10 % об.), отравляется соединениями кремния, серы и свинца, ресурс 3–5 лет, дешёв.
Инфракрасный (NDIR): поглощение ИК-излучения в полосе 3,3–3,4 мкм (валентные колебания C-H) на оптическом тракте; двухлучевая схема (измерительный и опорный каналы) компенсирует старение источника. Не требует кислорода, не отравляется, ресурс 10+ лет, T90 < 10 с, но не видит водород (нет связи C-H) и чувствителен к запотеванию оптики.

Размещение на НПЗ: у насосных уплотнений, фланцевых групп, дренажей резервуаров; уставки — предупредительная 10–20 % НКПР, аварийная 40–50 % НКПР с блокировками (останов приточной вентиляции, отключение невзрывозащищённого оборудования).

Международный технологический ландшафт и анализ брендов

Американские бренды. Honeywell Analytics: Searchpoint Optima Plus (NDIR, точка, 4–20 мА + HART, эталон отрасли, T90 < 10 с) и Sensepoint XCD с ИК-сенсором; MSA General Monitors: IR400 (NDIR, быстрый отклик, иммунитет к отравлению), Catalytic S4000CH для бюджетных узлов; Det-Tronics: PIRECL (NDIR с HART) и каталитические CGS.

Европейские бренды. Dräger: Polytron 8700 (PIR 7000 NDIR с библиотекой 100+ газов, автоматическая компенсация), Polytron 8200 (каталитический CatEx); Crowcon: IRmax (компактный NDIR с низким энергопотреблением) и Xgard Type 5 (pellistor); GfG — CC28/серия IR24.

Китайские бренды. Hanwei GTQ-серии, Sinier — NDIR-головки с сертификацией IECEx/EAC; поставки в проекты СНГ как замена Honeywell.

Российские бренды. СГОЭС-М11 (НПП «Дельта»/«Электронстандарт-прибор» — NDIR, Госреестр СИ), ДАК-М (термокаталитический), «Хоббит-Т-CH4», ССС-903М; применяются в системах контроля загазованности по СП 5.13130.

Архитектура интеграции, интерфейсы и шлюзы

Подключение точечных датчиков — 4–20 мА в шлейфы контроллера F&G с line monitoring и сигнализацией неисправности (< 3,6 мА), либо адресные сети RS-485 Modbus; HART для диагностики оптики (загрязнение окна, ослабление сигнала). В зонах Ex — исполнение Ex d со сменной ячейкой без вскрытия зоны (или Ex i через барьеры). Контроллер F&G выполняет голосование: предупреждение 1ooN, аварийные действия 2ooN; передача в DCS — Modbus read-only/OPC UA, события — в PAGA и систему оповещения аппаратно. Метрологическая инфраструктура: калибровочные смеси ГСО (метан 50 % НКПР в воздухе), регламент проверки раз в 3 месяца, калибровки — раз в 6 месяцев (NDIR) и раз в 3 месяца (pellistor); протоколы — в систему метрологического обеспечения НПЗ.

Нормативная база и требования к импортозамещению в РФ/СНГ

Датчики горючих газов — средства измерений: утверждение типа, Госреестр СИ, поверка по ФЗ-102; нормирование уставок — СП 5.13130.2009 (предупредительная не выше 20 % НКПР), правила Ростехнадзора для ОПО, отраслевые ВНТП для НПЗ; взрывозащита — ТР ТС 012/2011. Импортозамещение: датчики и контроллеры — в реестр ГИСП Минпромторга по ПП РФ № 719; ПО панелей — реестр российского ПО, Astra Linux / РЕД ОС. КИИ — аудит конфигурации по приказам ФСТЭК № 235/№ 239. Для цепей, включённых в SIF, — данные SIL по ГОСТ Р МЭК 61508.

Инженерные проблемы, риски эксплуатации и методы их решения

Отравление термокаталитических сенсоров силиконами. Проблема: пары силиконовых герметиков и смазок при ремонте необратимо отравляют катализатор, чувствительность падает на 40 % без какой-либо индикации неисправности. Субъект — инженер КИПиА. Локация — компрессорная цеха. Решение: перевод критичных точек на NDIR, запрет силиконсодержащих материалов в радиусе 5 м, проверка чувствительности ГСО после любых ремонтов.

Запотевание и обледенение оптики NDIR. Проблема: конденсат на окне сенсора в переходный сезон рассеивает измерительный луч, датчик уходит в занижение показаний или в неисправность. Субъект — обходчик КИП. Локация — открытая насосная. Решение: датчики с подогревом оптики, гидрофобные колпачки, регламент осмотра окон, HART-диагностика уровня сигнала с тревогой загрязнения.

Неверная градуировка по газу. Проблема: датчик, градуированный по метану, установлен на узле сжиженного пропан-бутана — показания занижены в 2–3 раза из-за разной чувствительности, аварийная уставка фактически не достижима. Субъект — главный метролог. Локация — парк СУГ. Решение: градуировка по целевому газу или применение корреляционных коэффициентов, маркировка датчиков газом градуировки, библиотека газов в NDIR-головках.

Слепая зона при стратификации газа. Проблема: метан легче воздуха и уходит под кровлю, а датчики смонтированы на 1,5 м — утечка накапливается выше зоны контроля. Субъект — инженер-проектировщик. Локация — компрессорная природного газа. Решение: датчики у потолка и в приямках для тяжёлых газов, моделирование рассеивания (CFD) при расстановке, дополнение точечных датчиков линейными (open path).

Дрейф нуля NDIR при старении источника. Проблема: деградация ИК-источника за 5–7 лет смещает нуль на 3–5 % НКПР, ложные предупреждения в ночную смену. Субъект — инженер АСУ ТП. Локация — шкафы F&G. Решение: двухлучевые схемы с автокомпенсацией, регламентное обнуление, контроль тренда нуля в Historian с порогом 5 %.