Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ТЕХНИЧЕСКИМ СРЕДСТВАМ ЗАЩИТЫ
ЛЮДЕЙ ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ТРАВМ В НЕФТЕГАЗОВОМ
КОМПЛЕКСЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ 10
Анализ аварий и несчастных случаев на объектах нефтегазового комплекса и при использовании газового топлива 10
Требования, предъявляемые к газоанализаторам воздушной среды в промышленности 21
Современные методы контроля газов и средства их обеспечения 2 6
Автоматизированные системы поддержания микроклимата в производственных помещениях 30
Полупроводниковые датчики концентрации газов 34
Цели и задачи исследований 44
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ РАБОТЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА МЕТАНА В УСЛОВИЯХ СРЕДЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА . . 46
Физико-химические основы связи адсорбции газов и электрофизических характеристик газовых датчиков 4 6
Математическая модель влияния концентрации метана и рабочей температуры на сопротивление и чувствительность датчика 47
ВЫВОДЫ 56
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ДАТЧИКА КОНЦЕНТРАЦИИ МЕТАНА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА . 57
3.1 Методика исследований и расчетов с применением статистически
спланированных экспериментов 57
Технология изготовления датчиков метана 69
Методика определения сопротивления и чувствительности датчика 71
Исследование влияния эксплуатационных факторов на чувствительность датчика 7 4
Анализ результатов активного планирования эксперимента . . 81
Исследование старения датчика метана 87
Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 8 9
ВЫВОДЫ 91
РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
КОНТРОЛЯ МЕТАНА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА 92
4.1. Разработка измерителей концентрации метана 92
Аналоговые измерители концентрации метана . 93
Измеритель концентрации метана с цифровой индикацией сопротивления и температуры датчика ... 97
Измеритель концентрации метана с линейной
характеристикой 101
4.1.4 Разработка индивидуального портативного газосигнализатора на основе тонкопленочного датчика
с чувствительным слоем РсМд 103
4.1.5. Автономное питание измерителей концентрации
метана , 107
4.2. Контроль концентрации метана в системах
автоматизированного микроклимата 108
Технические и метрологические характеристики средств контроля метана 114
Производственные испытания средств контроля концентрации метана 117
ВЫВОДЫ 118
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕТАНА
В НЕФТЕГАЗОВОМ КОМПЛЕКСЕ 119
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 123
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 125
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 139
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 143
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 144
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 150
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 156
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 160
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 169
АББРЕВИАТУРА СОКРАЩЕНИИ
&
ЛВЖ - легковоспламеняющаяся жидкость;
МЛСП - морская ледостоикая стационарная платформа;
МЭД - микроэлектронный датчик;
МЭК - международная энергетическая комиссия;
ОП - органический полупроводник;
ПДВК - предельно допустимая взрывная концентрация;
НКПР - нижний концентрационный предел распространения
пламени;
ПДК - предельно допустимая концентрация;
ПУЭ - правила устройства электроустановок;
СН4 - метан;
ТВС - топливно-воздушные смеси;
ХГС - химический газовый сенсор;
ХС - химический сенсор;
ЧС - чувствительный слой;
РсМд - фталоцианин магния.
*
Введение к работе
Безопасность всегда являлась одним из важных показателей качества жизни человека, а стремление к безопасности - одной из основных целей его деятельности. Для освобождения человека как живого существа от бедствий и угроз, связанных с силами природы, возникла техника. Развитие техники с самого начала было сопряжено с новыми угрозами и принятием соответствующих мер безопасности. Основные опасности нефтегазодобывающих, нефтехимических и химических производств, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, связаны с авариями в виде пожара, взрыва или токсического выброса. Широкое распространение объектов газоснабжения и газопотребления и относительная простота технологического процесса являются причиной того, что их обслуживание часто оказывается в руках недостаточно подготовленного персонала, результатом чего являются аварии и несчастные случаи.
Переход к управлению промышленной безопасностью по критериям приемлемого риска и законодательное требование «постоянно осуществлять прогнозирование вероятности возникновения аварий и катастроф» в отношении каждого опасного производственного объекта систем газоснабжения и нефтедобычи приводят эксплуатирующие объекты газового хозяйства организации к необходимости оценки опасности этих объектов и поиску путей снижения вероятности возникновения аварий и катастроф.
Основной причиной возникновения пожара в производственных помещениях нефтегазового комплекса является утечка или выброс метана. Существующие технические решения не обеспечивают точного и
оперативного измерения концентрации метана в воздухе рабочей зоны нефтегазового комплекса а, следовательно, необходимого уровня пожарной безопасности.
Учитывая изложенное, в настоящей работе проведено дальнейшее изучение и разработка путей повышения качества контроля содержания одного из самых опасных газов воздушной среды производственных помещений нефтегазового комплекса - метана. Разработан датчик {первичный измерительный преобразователь) СН4 и технические средства контроля концентрации метана на его основе для предприятий нефтегазового комплекса, отличающиеся высокой точностью и чувствительностью, малой стоимостью, простотой и удобством применения.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Объектами исследований являются процессы, протекающие в датчике контроля концентрации метана при его функционировании в помещениях нефтегазового комплекса.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Предметом исследований являются закономерности процессов функционирования датчика технических средств контроля метана в помещениях нефтегазового комплекса.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Поставленные в работе задачи решались с использованием статистического планирования эксперимента, оптимизации процессов, физики твердого тела, физики полупроводников, теории адсорбции и др.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна положений, изложенных в работе, представлена следующими результатами исследований:
1. Впервые разработан датчик метана на основе
органического полупроводника фталоцианина магния
(патент №2231052 от 20.06.2004).
2, Получены, исследованы, математически описаны
закономерности влияния условий работы датчика
концентрации метана на его электрофизические
характеристики. На этой основе и с помощью
математических моделей выбран оптимальный режим работы
датчика СН4, а также разработаны принципы построения и схема устройства, позволяющего повысить чувствительность, точность и быстродействие измерения концентрации метана.
3. Исследованы процессы функционирования и старения разработанного датчика технических средств контроля СН4 в среде помещений нефтегазового комплекса.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Результаты исследований использованы при разработке измерителя концентрации метана для нефтегазового производства и устройства непрерывного контроля СН4 для систем автоматизированного микроклимата, Применение данных технических средств дает возможность точно (с погрешностью не более 15 %) и оперативно осуществлять контроль концентрации метана для своевременного принятия мер по обеспечению безопасности персонала и предотвращению аварий.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
способ изготовления датчика метана на основе фталоцианина магния;
математические модели, описывающие основные закономерности процессов функционирования датчика;
результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований электрофизических свойств датчика СН4, на основе которого разработаны технические средства контроля метана;
схемы и характеристики технических средств, позволяющих повысить уровень безопасности на предприятиях нефтегазового комплекса.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке и создании газоанализатора метана и реализованы в Урдомском и Грязовецком линейных производственных управлениях магистральных газопроводов 000 «СЕВЕРГАЗПРОМ» (Республика Коми г. Ухта).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 34-м Международном
семинаре «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (г. Москва, 2004 г.), V-международном молодежном экологическом форуме стран балтийского региона "Экобалтика"2004" (г. Санкт-Петербург) , IV-международном молодежном экологическом форуме стран балтийского региона "Экобалтикач2002" (г. Санкт-Петербург), всероссийской научно-практической конференции "Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения" (г. Великий Устюг 2003 г.)/ второй всероссийской научно-технической конференции «Системы управления электротехническими объектами» (г. Тула 2002 г.), межрегиональной научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи - региону» (г. Вологда 2002 г.), III региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (г. Вологда 2002 г.), межвузовской электронной научно-технической конференции «Электроснабжение. Новые технологии» (г. Вологда 2 002 г.), международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (г. Кисловодск 2002 г.), региональной студенческой научной конференции «Молодые исследователи - региону» (г. Вологда 2001 г.) .
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ. По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 13 печатных работ, в том числе 3 статьи в центральной печати, получен патент РФ на изобретение №2231052 от 20.06.2004.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 171 странице машинописного текста, содержит 13 таблиц, 28 иллюстраций, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 125 наименований, в том числе 30 на иностранных языках, приложений на 33 страницах.
