Система газового мониторинга

Филиппов Е.А., Авдонин В.С.

СИСТЕМА ГАЗОВОГО МОНИТОРИНГА

В статье проведен анализ статистики взрывов бытового газа в Российской федерации и причин вызвавших их. Рассмотрены газоанализаторы выпускаемые промышленностью, их параметры и области применения. Предложена система неприрывного мониторинга содержания газов в квартирах и подсобных помещениях жилых домов, позволяющая существенно сократить число несчастных случаев вызванных взрывами бытового газа.

Взрывы бытового газа в российских домах становятся печальной традицией. По всем фактам газовых взрывов проводится расследование соответствующими службами.

По данным ОАО «ГАЗПРОМРЕГИОНГАЗ» в 2005 году было зарегистрировано 232 несчастных случая, связанных с использованием газа в быту, в результате которых погибли 154 человека. В 2006 году произошло 326 несчастных случаев, число пострадавших составило 469 человек, из них 208 человек погибло. В первой половине 2007 года произошло 142 аварии с использованием бытового газа и погибло 133 человека. По статистике экспертов группы компаний «Городской центр экспертиз» (ГЦЭ) из Санкт-Петербурга, только с января по февраль 2008 года в Российской Федерации произошло 20 ЧП, в результате которых погибли 2 9 человек и еще более 50 пострадали. Первые дни наступившего года открыли счёт печальной статистике. Взрывы бытового газа в жилых домах унесли жизни более 20 человек. По статистике ГЦЭ каждые 43 часа с начала года в России происходят взрывы бытового газа в жилых домах или подсобных помещениях. При этом в среднем погибают 80% в результате отравления оксидом углерода, 20% в результате взрыва газовоздушной смеси и пожаров.

Эпицентры взрыва в подавляющем большинстве случаев находятся внутри квартир. Основные причины этих происшествий: утечка газа из-за нарушения герметичности трубопроводов, человеческий фактор, непригодное к эксплуатации газовое оборудование, неквалифицированная работа обслуживающих дома управляющих компаний.

По мнению специалистов управления Ростехнадзора по Самарской области до сих пор не получили широкого применения системы газовой безопасности для жилых помещений. По аналогии с пожарной сигнализацией такие системы оповещают аварийные службы об утечке газа и автоматически отключают его подачу. Предупреждение граждан об утечках бытового газа в жилых домах обеспечивается лишь добавлением в состав голубого топлива слабых ароматизаторов, что в настоящее время не является достаточным для обеспечения безопасности населения.

В настоящее время системы газовой безопасности применяются в основном на нефте- и газоперерабатывающих предприятиях, на нефте- и газопроводах, на объектах газовых хозяйств, в автомобильных хозяйствах, на заправках, на промышленных предприятиях (лакокрасочные участки, канализационные участки, котельные), на складах ГСМ и т. п.

Из современных систем газовой безопасности отметим газоанализаторы АНКАТ.

Переносной многокомпонентный газоанализатор АНКАТ-7 664 предназначен для одновременного контроля до взрывоопасной концентрации метана СН4. кислорода О2 окиси углерода СО и сероводорода Н23 в ограниченных объемах на рабочих местах, а также выдачи звуковой и световой предупредительной и аварийной сигнализации при превышении измеряемых параметров (область применения: колодцы и кол-

лекторы подземных инженерных сетей, канализационные коллекторы, тепловые и телефонные сети, ТЭК, туннели, цистерны, трюмы). Тип газоанализатора - индивидуальный. Способ забора пробы - диффузионный или принудительный от встроенною микронасоса. Конструкция, прибора предусматривает возможность оперативной замены способа забора пробы в процессе эксплуатации. Принцип работы анализатора - электрохимический на О2, СО и Н23 и термохимический для СН4. Газоанализатор обеспечивает одновременную цифровую индикацию концентрации всех измеряемых компонентов на встроенном ЖКИ дисплее с подсветкой, а так же раздельную световую сигнализацию на каждый измеряемый компонент и единую звуковую сигнализацию при превышении порогов. Калибровка и установка режимов газоанализатора осуществляется с помощью ответов на вопросы меню, выводимого на буквенно-цифровой дисплей. Питание прибора осуществляется от встроенных аккумуляторов и имеет звуковую и световую сигнализацию при ее разряде. Газоанализатор хранит информацию о среднем значения, концентрации по каждому измеряемому компоненту. Имеет два, варианта исполнения: трехкомпонентное (без Н23) и четырехкомпонент-

ное.

Переносной многокомпонентный газоанализатор АНКАТ - 7654 (область применения: добыча, переработка и транспортировка нефти и целлюлозно-бумажная и химическая промышленность, металлургия, сернокислотные производства, ТЭК, экологические службы). Предназначен для инспекционного контроля содержания одного или нескольких компонентов в воздухе производственных помещений. В зависимости от исполнения газоанализатор может измерять одновременно от одного до трех компонентов следующего набора газов: СО, Н23, 302, N02. Способ забора пробы - принудительный (со встроенным микронасо-

сом). Принцип работы - электрохимический. Режим работы - периодический.

Импортный датчик монооксида углерода типа RGDCOOMP, детектор ЯОБСООМР представляет собой микропроцессор, собранный на основе электронного устройства, который отвечает всем требованиям безопасности в случаях вероятности образования СО (например, при нагревании нагревательных я бытовых приборов). Оптическая и звуковая сигнализация обеспечивает предупреждение в двух случаях:

- предварительная сигнализация — красная лампочка загорается когда концентрация СО превышает 20 мг/мЗ;

- аварийная сигнализация — загорается красная лампочка, звучит гудок с последующим срабатыванием реле, отключающим газовый клапан-отсекатель, включающим вентилятор для проветривания помещения, когда концентрация СО превышает 100 мг/мЗ.

Во втором (аварийном) случае реле и гудок продолжают работать до тех пор, пока не будет нажата кнопка на фронтальной панели, даже если концентрация СО опустится до уровня ниже аварийного.

Детектор ЯОБСООМР снабжен задерживающим устройством, препятствующим срабатыванию аварийной системы после того, как устройство было вновь включено или после того, как было вновь подана электроэнергия.

При обычной работе каждые 20 секунд детектор выдает показания концентрации СО.

Система аварийного отключения газа (САОГ) предназначенная для непрерывного автоматического контроля содержания топливных газов в воздухе котельных и других коммунально-бытовых и производственных помещений, выдачи сигнализации (световой и звуковой) и отключения подачи газа в случае возникновения в контролируемом помещении концентрации газа на уровне сигнальной. Система состоит из блока питания, сигнализации и управления БПСУ с двумя блоками датчиков и может комплектоваться электромагнитными клапанами.

Однако все эти системы являются одно- и двухканальными, достаточно громоздкими и соответственно дорогими для применения в бытовых условиях.

В пензенском государственном университете на кафедре АИУС разработана система неприрывного газового мониторинга квартир и подсобных помещений (подвалов, лестничных пролетов) жилых домов, которая оповещает аварийные службы об утечке газа и автоматически отключает его подачу в потенциально опасный участок помещения, кроме того система контролирует содержание углекислого газа и сигнализирует о возникновении пожара или задымления в подконтрольных помещениях.

Кроме того, система при соответствующем подборе сенсоров может быть использована в общественных зданиях и на промышленных предприятиях различного профиля.

В отличие от приведенных выше эта система имеет возможность подключения до 25 6 адресных блоков с набором соответствующих датчиков к одному блоку сбора информации, причем все датчики подключены на один 4-х проводной кабель, длиной до 1300 м, параллельно, что позволяет упростить установку, настройку и уменьшить стоимость кабельного хозяйства.

Система состоит из блока сбора информации находящегося в аварийной службе и адресных блоков, расположенных в квартирах, подъездах, подвалах и т. п. Функциональная схема системы приведена на рисунке 1.

Функциональные схемы блока сбора информации и адресного блока представлены на рисунках 2 и 3.

Блок обработки информации выполнен на микроконтроллере РІС16Б87 0, адресный блок - на микроконтроллере РІС16Б627, данные образцы обладают всеми необходимыми периферийными устройствами для выполнения назначенных функций, а так же они имеют запас производительности, что в будущем даст возможность модернизировать и наращивать систему, не изменяя аппаратную часть.

Рисунок 1. Функциональная схема системы газового мониторинга

Рисунок 2. Функциональная схема блока сбора информации

Рисунок З. Функциональная схема адресного блока Адресный блок позволяет подключать и одновременно контролировать состояние до пяти сенсоров (в данном случае используются два, остальные три - резервные). В случае, когда концентрация одного из контролируемых газов превысит допустимый порог, адресный блок передает эту информацию на блок обработки информации и одновременно подает Савицкий В.Я., Семенов А.А. , Сухоруковакоманду на срабатывание исполнительного устройства отсекающего подачу газа в данное помещение.

Каждый адресный блок обеспечивает совместимость с выпускаемой номенклатурой по цепям управления с исполнительными механизмами, в том числе с индуктивной нагрузкой (электромагнитными клапанами СОАГ) путем размыкания —сухих" контактов реле при срабатывании сигнализации:

- предварительной - одна группа;

-аварийной - две группы.

Блок обработки информации в случае тревоги подает звуковой сигнал, индицирует адрес (в цифровом виде) тревожного сигнала и номер сработавшего сенсора (в данном случае СО или СН4).

При возможных нарушениях в работе системы (обрыв цепей сенсора, отказ адресного блока, обрыв или короткое замыкание в линии связи адресного блока и блока обработки информации) блок сбора и обработки информации определяет вид неисправности, индицирует её адрес с указанием цепей неисправности.

В адресных блоках использованы полупроводниковые толстопленочные сенсоры выпускаемые ФГУП «НПП «ДЭЛЬТА» и разработанные в институте молекулярной физики РНЦ «Курчатовский институт» СГ-2111 - на метан (диапазон измеряемой концентрации метана: Q.QQ5 - 2.5 % об), СГ-214 0 - на окись углерода

(диапазон концентрации СО: 0, 5 -300 ppm) . Сенсоры потребляют рекордно низкую для своего класса

электрическую мощность, необходимую для нагрева чувствительного элемента (менее 15Q мВт), отличаются высокой избирательностью и долговечностью.

Внешний вид макетного образца системы показан на рисунке 4. На рисунке 5 приведен внешний вид адресного блока.

Рисунок 4. Внешний вид системы газового мониторинга

Сенсор СН4< Сенсор СО

Рисунок 5. Внешний вид адресного блока

Использование разработанной системы газового мониторинга при строительстве новых жилых объектов и оснащение такими системами существующего жилого фонда позволило бы существенно сократить число несчастных случаев вызванных взрывами бытового газа.

Кроме того, для предотвращения других возможных несчастных случаев система адресные блоки могут быть доукомплектованы так называемыми сенсорами контроля «кухонных» газов: пары воды -

СГ218 0, запах горелой пищи - СГ2181, продукты разложения при возгорании - СГ2182.

Литература

1. Справочник: «Микроконтроллеры» под ред. И.С. Кирюхина. - М.: «Додека», 2 0 0 0.

2. Ш. Кобахидзе, А. Прохоренко. «Обзор микроконтроллеров». - М.: «Фитон», 2 0 0 0.

3. http://www.microchip.ru - сайт технической поддержки Microchip.

4. ТУ - 4215 - 002 - 08624243 - 01 Сенсоры (датчики) полупроводниковые резистивные.