SU1125488A1 - Device for locating leakages of combustible gases - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ГОРЮЧИХ ГАЗОВ из фланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением,содержащее каталитичес кий чувствительный элемент из порис Раг7 того проницаемого материала с термобатареей , соединенной с вторичным прибором,о тличающеес  тем,что,с целью повьшени  точности определени  интенсивности утечки и осуществлени  возможности предотвращени  попадани  горючего газа в атмосферу путем его дожигани , каталитический элемент размещен в сопр женных канавках, вьтолнен11ьгх на уплотн ющих поверхност х фланцевого соединени  между уплотнением и наружной боковой поверхностью этого соединени , а свободные спаи термобатареи расположены между каталитическим элементом и уплотнением фланцевого соединени ;DEVICE FOR DETECTING LEAKAGE OF FLAMMABLE GASES from flange connections with compaction, working under pressure, containing a catalytic sensing element made of porous Par7 permeable material with a thermopile connected to a secondary device, differing from the fact that, in order to increase the accuracy of leakage measurement and the possibility of preventing the combustible gas from entering the atmosphere by burning it up, the catalytic element is placed in the adjacent grooves located on the sealing surfaces v x a flanged connection between the seal and the outer side surface thereof, and the availability of thermopile junctions are arranged between the catalytic element and sealing a flanged connection;

Description

1 one

Изобретение относитс  к устройствам дл  обнаружени , измерени  и бесготаменного дожигани  утечек горючих газов, т.е. к системам контрол  газовых сред и системам дожигани , и может примен тьс  в различных отрасл х промышленности, св занных с производством и потреблением горючих газов.The invention relates to devices for detecting, measuring, and flammable gas leaks, i.e. without burnout, i.e. gas environment control systems and afterburning systems, and can be used in various industries related to the production and consumption of combustible gases.

При подаче горючих газов к месту их непосредственного использовани  может иметь место нарушение герме .тичности транспортных систем (например , фланцевых соединений, в особенности при значительных перепадах температур), что ведет к утечке газ к образованию пожаровзрывоопасных смесей с воздухом или кислородом. Дл  предупреждени  аварийных ситуаций в этом случае необходимо комплекс ное решение проблемы, состо щее из следующих основных задач: своевременной сигнализации об утечке, опреI делени  интенсивности утечки, локализации утечки, организации беспламенного окислени  горючего газа.When combustible gases are supplied to the place of their direct use, there may be a violation of the hermeticity of the transport systems (for example, flange connections, especially with significant temperature differences), which leads to the leakage of gas to the formation of fire and explosion hazardous mixtures with air or oxygen. To prevent emergencies in this case, a comprehensive solution to the problem is needed, consisting of the following main tasks: timely signaling a leak, determining the intensity of the leak, localizing the leak, and organizing the flameless oxidation of combustible gas.

. Дл  обнаружени  и определени  коцентрации газов используютс  газоанализаторы различной конструкции и принципа действи . Наибольшее распространение получили термические газоанализаторы, в которых используетс  экзотермический эффек реакции окислени . Известны два типа термохимических газоанализаторов . К первому типу относ тс  газоанализаторы, в которых каталитическое окисление происходит на нагретой каталитически активной нити ,  вл ющейс  одновременночувствительным эл- -ментом - плечом измерительного моста. Газоанализаторы этого типа наход т применение дл  определени  сравнительно больших концентраций - пор дка нескольких процентов. В газоанализаторах второго типа каталитическое окисление происходит на гранулированном ката .гшзаторе при прохождении через него анализируемой смеси. Полезный тепловой эффект каталитического окислени  измер етс  в потоке с помощью термометра сопротивлени  или термобатареи. Приборы этого типа примен ютс  дл  определени  малых концентраций пор дка 0,010 ,10 г/куб.м.. Gas analyzers of various designs and principles of operation are used to detect and determine the concentration of gases. Thermal gas analyzers that use the exothermic oxidation reaction are most widely used. There are two types of thermochemical gas analyzers. The first type includes gas analyzers, in which catalytic oxidation occurs on a heated catalytically active filament, which is a simultaneously sensitive element, the arm of a measuring bridge. Gas analyzers of this type are used to determine relatively high concentrations — on the order of a few percent. In gas analyzers of the second type, catalytic oxidation occurs on a granular kata hssator when the analyzed mixture passes through it. The useful thermal effect of catalytic oxidation is measured in the flow with a resistance thermometer or thermopile. Instruments of this type are used to determine low concentrations in the order of 0.010.10 g / m 3.

Дл  обнарркени  утечки газов известны сигнализаторы утечки раз254882In order to detect gas leaks, leaks are known. 254882

личного принципа действи  (пневматического , эжекционнрго, газоразр дного и,др.). Однако эти устройства выполн ют только информационные 5 функции - обнаружение самого факта утечки без последующего окислени  газа.personal principle of action (pneumatic, ejection, gas discharge, etc.). However, these devices perform only informational 5 functions — detection of the fact of leakage without subsequent oxidation of the gas.

Известны устройства дл  дожигани  газовых смесей, например дл  10 дожигани  водорода, вьщел емого из аккумул торов, Однако эти устройства не определ ют наличие и интенсивность газовьщелени .Devices for the afterburning of gas mixtures are known, for example, for 10 afterburning of hydrogen from batteries. However, these devices do not determine the presence and intensity of gas evolution.

Таким образом, каждый из назван15 ньгх типов устройств решает только одну из поставленных задач (или сигнализаци  об утечке, или определение концентрации горючего газа в смеси, или дожигание газа), но 20 не обеспечивает комплексного решени  всей проблемы в целом - предупреждение об аварийной ситуации и ее предотвращение.Thus, each of these 15 types of devices solves only one of the tasks (or a leak alarm, or determining the concentration of combustible gas in the mixture, or afterburning of the gas), but 20 does not provide a comprehensive solution to the whole problem — warning of an emergency situation and its prevention.

Известно устройство дл  контрол  25 утечки продукта из фланцевого разъема трубопровода, вьтолненное в виде плоской шайбы, установленной между фланцами, в которой вьтолнено сквозное радиальное отверстие, через 3Q которое отбираетс  утечка продукта fl.A device for controlling 25 product leakage from a pipe flange connector, known as a flat washer installed between the flanges, in which a radial through hole is threaded, is known through 3Q which product leakage fl is taken out.

Однако данное устройство не позвол ет производить контроль горю .чих продуктов с их дожиганием.However, this device does not allow the control of burning products with their afterburning.

Наиболее близким по технической 5 сущности к изобретению  вл етс The closest to the technical essence of the invention is

устройство дл  обнаружени  утечек горючих газов из фланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением , содержащее каталитический чувствительньш элемент из пористого проницаемого материала с термобатареей , соединенной со вторичным прибором. },A device for detecting leaks of combustible gases from flanged connections with a seal, working under pressure, containing a catalytic sensitive element of a porous permeable material with a thermopile connected to a secondary device. },

Недостатками известного устройства ЯВЛЯЮТСЯ;невозможность определени  месторасположени  утечки газа;установление только самого факта присутстви  газа в атмосфере без возможйости локализации утечки и предотвра , щени  попадани  газа в обтаем заш щаемого помещени .The disadvantages of the known device are: the impossibility of determining the location of the gas leak; establishing only the fact of the presence of gas in the atmosphere without the possibility of localizing the leak and preventing the ingress of gas into the surrounding room.

Эти недостатки оьусловлены тем, что отбор анализируемой газовой пробы 5 производитс  из атмосферы помещени , аименно измест наиболео веро тного скоплени  горючего газа. Интенсивность утечки газа может быть прибли31These drawbacks are due to the fact that the sampling of the analyzed gas sample 5 is made from the atmosphere of the room, in effect replacing the most probable accumulation of combustible gas. Gas leak rates can be approx31

женно определена только расчетным путем, если .известны объем помещени  концентрации газа и врем  его натекани . По конструктивной схеме газоанализаторы предназначены только дл  определени  концентрации компонента, который уже находитс  в составе анализируемой смеси. Поэтому задача предотвращени  попадани  газа в атмосферу путем его беспламенного дожигани  ими вьтолнена быть не может. Таким образом, известное устройство также не обеспечивает полного решени поставленной задачи.It is only determined by calculation if the volume of the gas concentration room and the time of its leakage are known. By design, the gas analyzers are intended only to determine the concentration of a component that is already in the composition of the analyzed mixture. Therefore, the task of preventing gas from entering the atmosphere by its flameless afterburning by them cannot be fulfilled. Thus, the known device also does not provide a complete solution of the problem.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  интенсивности утечки и осуществление возможности предотвращени  попадани  горючего газа в атмосферу путем его дожигани  с воздухом на поверхности катализатора.The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the intensity of leakage and to realize the possibility of preventing the combustible gas from entering the atmosphere by post-burning it with air on the surface of the catalyst.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  обнаружени  утечек горючих газов из фланцевых соединений с уплотнением, работающих под давлением, содержащем каталитический чувствительный элемент из пористого проницаемого материала с термобатареей, соединенной с втоpH4HbiM прибором, каталитический элемент размещен в сопр женных канавках выполненных на уплотн ющих поверхност х фланцевого соединени  между уплотнением и наружной боковой поверхностью этого соединени , а свободные спаи термобатареи расположены между каталитическим элементом и уплотнением фланцевого соединени .This goal is achieved by the fact that in a device for detecting leaks of combustible gases from flanged connections with a seal, working under pressure, containing a catalytic sensitive element of a porous permeable material with a thermopile connected to a second H4HbiM device, the catalytic element is placed in matching grooves made on sealing surfaces of the flange joint between the seal and the outer side surface of this joint, and the free thermopile junctions are located between the catalytic eskim flanged element and sealing compound.

На фиг.1 изображен каталитически активный элемент с термобатареей , продольный разрез; на фиг.2 размещение каталитического элемента во фланцевом соединении.1 shows a catalytically active element with a thermopile, a longitudinal section; Fig.2 placement of the catalytic element in the flange connection.

Устройство дл  обнаружени  горючих газов содержит каталитический чувствительный элемент 1 из пористого проницаемого материала,внутри которого расположены рабочие спаи 2 термобатареи, свободные слои 3 которой расположены вне пористого материала . Выводы 4 термобатареи подсоединены к вторичному прибору 5. Каталитический элемент размещен в сопр женных канавках 6, вьшолненных на уплотн ющих поверхност х фланцевого соединени  7 межлу уплотнением 8 и наружной боковой поверхностью этого соединени , а свободные спаиA device for detecting combustible gases contains a catalytic sensing element 1 of a porous permeable material, inside of which there are working junctions 2 thermopiles, the free layers 3 of which are located outside the porous material. The thermopile terminals 4 are connected to the secondary device 5. The catalytic element is placed in the adjoining grooves 6, mounted on the sealing surfaces of the flange connection 7 between the seal 8 and the outer side surface of this connection, and the free junctions

88Л88Л

термобатареи расположены между каталитггческим элементом и уплотнением фланцевого соединени .thermopiles are located between the catalyst element and the seal of the flange joint.

Каталитический элемент представл ет собой проницаемый пористыйThe catalytic element is a permeable porous.

материал (например, носитель дл  промышленных катализаторов или пориста  керамика), на поверхность которого нанесен каталитически активный состав . В каталитический элемент вa material (for example, a carrier for industrial catalysts or porous ceramics) on the surface of which a catalytically active composition is applied. Into the catalytic element in

процессе .его приготовлени  (формовки , прессовки, гфокалки) вмонтирован термодатчик, представл ющий собой термобатарею, состо щую из дифференциальных термопар, последовательно соединенных между собой. Рабочие спаи термобатареи размещаютс  внутри каталитического элемента, а свободные спаи выведены наружу на рассто нии 10-20 диаметров термопарной проволоки от внешней поверхности каталитического элемента. Указанный диапазон рассто ни   вл етс  оптимальным, так как при большемIn the process of its preparation (molding, pressing, gofokalki) mounted thermal sensor, which is a thermopile, consisting of differential thermocouples, sequentially connected to each other. The junction thermopile junction is located inside the catalytic element, and the free junction is pulled out at a distance of 10–20 diameters of the thermocouple wire from the outer surface of the catalytic element. The specified distance range is optimal, since with greater

рассто нии возможно по вление градиента температур между рабочими и свободными спа ми термобатареи за счет теплопроводности конструкьщй и газовой среды. Вывод термобатареи подключаетс  к вторично гу регистрирующему прибору (например, электронномл потенциометру) или сигнали затору . Каталитически активный элемент размещаетс  в сопр женных канавках пр моугольного сечени . Эти канавки выполн ютс  на уплотн ющих поверхност х фланцевого соединени . Каталит1меский элемент уплотн етс  с помощью прокладок,a distance, the temperature gradient can be observed between the working and free thermopile joints due to the thermal conductivity of the structure and the gaseous medium. The thermopile output is connected to a second time recording instrument (e.g., an electronic potentiometer) or a signal. The catalytically active element is located in the mating grooves of rectangular cross section. These grooves are made on the sealing surfaces of the flange joint. The catalyst element is sealed with gaskets,

при этом прикладываемое давление не . .however, the applied pressure is not. .

ДОЛЖНО приводить к его механическо ry разрушению.MUST cause its mechanical ry destruction.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При нормальной эксплуатации магистрали (отсутствие утечки горючего газа через уплотнение 8) рабочие и свободные спаи термобатареи, расположенные в непосредственной близости одни от других, имеют оди , наковую температуру. Поэтому термоЭДС на выходе термобатареи равна нулю, т.е. показани  регистрирующего прибора (самопишуп1его или показывающего ) так же соответствуют нулевой отметке шкалы. При HapymeHiiH герметичности соединени  горючий газ, например водород, проникает в пространство между уплотнением 8 и In normal operation of the line (no leakage of combustible gas through seal 8), the working and free thermopile junction located in close proximity to one another, have the same temperature. Therefore, the thermopower at the thermopile output is zero, i.e. readings of the registering device (self-typing or showing) also correspond to the zero mark of the scale. With HapymeHiiH leaktightness of the compound, combustible gas, for example hydrogen, penetrates into the space between seal 8 and

каталитическим элементом 1. Поскольку каталитический элемент 1 выполнен из проницаемого материала, то водород смешиваетс  с кислородом воздуха, диффундирующим через поры, вступает с ним на поверхности катализатйра в экзотермическую реакцию , что ведет к вьщелению тепла и по влению градиента температур между рабочими и свободными спа ми термобатареи и по влению термоЭДС.catalytic element 1. Since catalytic element 1 is made of permeable material, hydrogen is mixed with oxygen in the air, diffusing through the pores, enters into an exothermic reaction on the surface of the catalyst, which leads to heat generation and the appearance of a temperature gradient between working and free adhesives thermopiles and the appearance of thermoEMF.

Величина термоЭДС пропорциональн количеству тепла, вьщел емому .при окислении горючего газа, т.е. интенсивности его утечки, что позвол ет провести предварительную тарировку вторичного регистрирующего прибора.ThermoEMF is proportional to the amount of heat generated during oxidation of the combustible gas, i.e. the intensity of its leakage, which allows a preliminary calibration of the secondary recording instrument.

Материалом дл  приготовлени  каталитического элемента могут служить пористые носители дл  промьппленных катализаторов и пориста  керамика на которую наноситс  активн дл  горючего газа каталитический состав. Наиболее оптимальна  толщин каталитического элемента 2-5 мм,При указанных параметрах обеспечиваетс  низкое газодинамическое сопротивление каталитического элемента (1020 Па), создаютс  благопри тные услови  дл  диффузии и смешени  воздуха с газом, а также обеспечиваетс  достаточное врем  их контакта с катализатором.The material for the preparation of the catalytic element can serve as porous supports for industrial catalysts and the porous ceramics to which the catalytic composition is applied is active for combustible gas. The optimum thickness of the catalytic element is 2-5 mm. With these parameters, a low gas-dynamic resistance of the catalytic element (1020 Pa) is provided, favorable conditions are created for diffusion and mixing of air with gas, and also sufficient time of their contact with the catalyst is provided.

Термобатаре  может быть изготов лена из хромель-капелевых термопар, имеющих посто нную термоЭДС на 1 градус (0,07 мВ/град.) в достато но широком диапазоне температур.Количество спаев термобатареи определ етс  заданной чувствительностью вторичного прибора. Например, если минимальньА перепад температур межд рабочими и свободньми спа г да термобатареи задан равньиу 1 град, а диапзон измерени  регистрирующего прибора - 0-1 мВ, то при количествеA thermopile can be made of chromel-drop thermocouples with a constant thermopower of 1 degree (0.07 mV / degree) over a fairly wide range of temperatures. The number of thermopile junctions is determined by the specified sensitivity of the secondary device. For example, if the minimum temperature difference between workers and free spas g and thermopile is set to 1 degree, and the measuring range of the recording device is 0-1 mV, then when

спаев термобатареи, равном 10,термоЭДС составл ет Е 0,7-1 -10 . Оз7л«Вэ т.е. указатель регистрирующего прибора находитс  во второй трети его шкалы, что соответствует минимальной погрешности показани  прибора.thermocouple junctions equal to 10, thermoEMF is E 0.7-1 -10. Oz7l "Ve ie The indicator of the registering instrument is in the second third of its scale, which corresponds to the minimum error of the instrument.

Испытани  устройства, размещенного во фланцевом соединении трубопровода , показало его надежную работоспособность с точки зрени  выдачи предупредительного сигнала при по влении утечки и полноты окислени  водорода (определ емой с помощью хроматографического анализа),Testing of the device located in the flange connection of the pipeline showed its reliable performance from the point of view of issuing a warning signal in case of leakage and complete oxidation of hydrogen (determined by chromatographic analysis),

Техн -щеским преимуществом предлагаемого устройства в сравненил с известным  вл етс  простота конструкции и изготовлени , возможность установки устройства непосредствекно в место предполагаемой протечки горючего газа, а также возможность его беспламенного дожигани .The technical advantage of the proposed device in comparison with the known is the simplicity of the design and manufacture, the ability to install the device directly to the place of the alleged leakage of combustible gas, and the possibility of flameless afterburning.

Основньм npeHivryLn;ecTBOM изобретени   вл етс  то, что оно ке только обнаруживает утечку газа, но и позвол ет определить интенсивность этой утечки5 а также предотвратить попадание горючего газа в атмосферу производственного помещени  за счет его окислени  кислородом воздуха на поверхности катализатора.The main npeHivryLn; ecTBOM of the invention is that it only detects a gas leak, but also allows to determine the intensity of this leak 5 and also to prevent the ingress of combustible gas into the atmosphere of the production room due to its oxidation by air of oxygen on the surface of the catalyst.

Использование изобретени  создает таким образом, дополнительньш положительный эффект, заключающийс  в возможности определени  интенсивности утечки газа и его окислени .The use of the invention thus creates an additional positive effect, consisting in the possibility of determining the intensity of gas leakage and its oxidation.

Положительньй эффект заключаетс  также в повышении пожаровзрывобезопасности производств, технологически св занных с горючими газами, уменьшении затрат на обеспечение техники безопасности при проведе1 ии работ с горючими газами.The positive effect is also to increase the fire and explosion safety of production technologically associated with combustible gases, reducing the cost of ensuring safety during the work with combustible gases.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ГОРЮЧИХ ГАЗОВ из фланцевых того проницаемого материала с термобатареей, соединенной с вторичным прибором,о тличающееся тем,что,с целью повышения точности определения интенсивности утечки и осуществления возможности предотвращения попадания горючего газа в атмосферу путем его дожигания, каталитический элемент размещен в сопряженных канавках, выполненных на уплотняющих поверхностях фланцевого соединения между уплотнением и наружной боковой поверхностью этого соединения, а свободные спаи термобатареи соединений с уплотнением, работающих под давлением,содержащее каталитичес кий чувствительный элемент из порисрасположены между каталитическим элементом и уплотнением фланцевого соединения.'DEVICE FOR DETECTING FLAMMABLE GAS LEAKS from flanged permeable material with a thermal battery connected to a secondary device, characterized in that, in order to increase the accuracy of determining the leak rate and to make it possible to prevent the ingress of combustible gas into the atmosphere by means of its afterburning, the catalytic element is placed in conjugated grooves made on the sealing surfaces of the flange connection between the seal and the outer side surface of this connection, and the loose junctions of the thermal bath 'Seals of pressurized seals containing a catalytic sensing element are arranged between the catalytic element and the flange seal.' Фиг 1Fig 1 11251125 4* >4 *>