Сравнительный анализ эксплуатации датчиков-газоанализаторов в составе систем газового контроля на объектах наземно-космической инфраструктуры

Системы газового контроля (СГК) являются одними из важнейших технических систем, входящих в состав промышленных комплексов Российской Федерации и обеспечивающих безопасность работников при эксплуатации объектов данных комплексов, на которых присутствует вероятность появления загрязнения вредными летучими веществами воздуха рабочих зон помещений или окружающей среды объектов.

Необходимость наличия систем газового контроля на промышленных объектах Российской Федерации (в том числе и на объектах наземно-космической инфраструктуры) обусловлено обязательным выполнением требований законов [1] и приказов о промышленной безопасности объектов [2]. В истории космической отрасли известны случаи гибели людей при несоблюдении правил техники безопасности во время проведения заправочных работ, как, например, инцидент с детонацией паров компонентов ракетного топлива во время заправки ракеты Р-9А в шахтной пусковой установке космодрома «Байконур» [3], что привело к пересмотру требований безопасности на объектах наземно-космической инфраструктуры.

Первые системы газового контроля на промышленных объектах появились в 60-х годах двадцатого века. На протяжении полувека они претерпели изменения не только в элементной базе, но и в основных методах контроля концентрации веществ в атмосфере, базирующихся на физико-химических принципах.

В настоящее время на объектах наземно-космической инфраструктуры применяются датчики-газоанализаторы, базирующиеся на основе фотоколориметрического метода анализа и электрохимического метода анализа.

Фотоколориметрический метод анализа — частный случай фотометрического метода анализа концентраций веществ, заключающийся в наличии зависимости между светопоглощением и концентрацией поглощающего вещества, при этом измерения концентрации проводятся в полихроматическом пучке света [4].

Электрохимический метод анализа — метод определения концентрации веществ, заключающийся в изменении электрических параметров электродов в среде электролита при попадании на него определяемого газа. Данные изменения являются результатом окислительно-восстановительной реакции, возникающей на поверхности электрода [5].

Целью работы является сравнительный анализ эксплуатации газоанализаторов в составе систем газового контроля на объектах наземно-космической инфраструктуры.

В процессе анализа эффективности применения датчиков-газоанализаторов были рассмотрены приборы измерения концентраций компонентов ракетного топлива — гептил и амил, работа которых основана на фотоколориметрическом и электрохимическом физико-химических принципов функционирования датчиков-газоанализаторов. Данное исследование проводилось на протяжении 10 лет в период с 2012 по 2022 годы на объектах наземно-космической инфраструктуры: Унифицированная заправочная позиция (УЗП) космодрома «Байконур» и Заправочно-нейтрализационная станция (ЗНС) космодрома «Восточный»;

В результате длительного срока эксплуатации датчиков-газоанализаторов на наблюдаемых объектах были получены следующие результаты:

• диапазон измерений фотоколориметрических датчиков-газоанализаторов составил до 100 предельно допустимых концентраций измеряемого компонента ракетного топлива. Диапазон измерений электрохимических датчиков-газоанализаторов составил до 20 предельно допустимых концентраций измеряемого компонента ракетного топлива;
• надежность фотоколориметрических датчиков-газоанализаторов в помещениях и сооружениях, где допускается вероятность появления загрязнений высокими концентрациями опасных веществ на протяжении продолжительного времени, была более высокой за счет устойчивости к условиям агрессивной внешней газовой среды элементной базы датчика в сравнении с датчиками-газоанализаторами на основе электрохимического метода анализа и их измерительных блоков;
• назначенный ресурс чувствительного элемента фотоколориметрического датчика-газоанализатора сохраняется в виду изолированности камеры с неиспользованной частью от воздействия загрязненного воздуха объекта или помещения, в котором установлен датчик-газоанализатор;
• высокая чувствительность к наличию малых концентраций компонентов ракетного топлива приводила к быстрому уменьшению ресурса сенсора при высоких концентрациях. Наблюдалось сокращение ресурса электрохимического сенсора датчика-газоанализатора с 2 лет до нескольких дней;
• удобство эксплуатации электрохимических датчиков-газоанализаторов достигалось за счет более эргономичного серийного промышленного исполнения приборов.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

• В помещениях и сооружениях, где допускается вероятность появления загрязнений меньше 2 предельно допустимых концентраций компонентов ракетного топлива, целесообразнее установка датчиков-газоанализаторов, работающих на электрохимическом методе анализа.
• В помещениях и сооружениях, где допускается вероятность появления высоких концентраций паров компонентов ракетного топлива с предельно допустимыми концентрациями выше 50 целесообразнее установка датчиков-газоанализаторов, работающих на фотоколориметрическом методе анализа.
• Применение полученных результатов позволит улучшить комплексное быстродействие и чувствительность систем газового контроля на опасных производственных объектах, тем самым добиться уменьшения вероятности получения производственных травм и повышение безопасности рабочего персонала.