Systemy gazometryczne w górnictwie Autor: K Miśkiewicz
Plan prezentacji Cel stosowania gazometrii Metody pomiaru w gazometrii Systemy gazometryczne Wymagania formalne dla systemów gazometrycznych
Cel stosowania gazometrii Gazometria rodzaj telemetrii zdalny pomiar parametrów atmosfery w wyrobiskach Pomiar zawartości CH 4, CO, CO 2, O 2 (ew. innych gazów), temp, prędkość Generowanie alarmów i ostrzeżeń Rejestracja zmierzonych wartości Wyłączanie zasilania jeżeli stężenie metanu>progu alarmowego
Metody pomiaru stężenia gazów Katalitycznego spalania Termokonduktometryczna Interferencyjna Elektrochemiczna Pochłaniania promieniowania podczerwonego Półprzewodnikowa
Metoda katalitycznego spalania CH4ZTaZRaZ UZ
Charakterystyka czujnika katalitycznego
Parametry dynamiczne mostka katalitycznego T90
Właściwości metody katalitycznej Tylko dla gazów palnych (metan) Pomiar do dolnej granicy wybuchowości metanomierze dwuzakresowe Stosunkowo małe wartości T90 (kilka sekund) Czułość 10 30 mv/1%ch4 Wrażliwość na zatrucie (silikony) Kalibracja co 7 dni (wg DTR) Inne gazy palne też wywołują katal. spalanie
Przewodnictwo cieplne gazów
Metoda konduktometryczna CH4ZTabRab UZ
Charakterystyka mostka VQ31 [e2v]
Pelistory i komora pomiarowa (Sensor Gas)
Właściwości metody termokonduktometrycznej Pomiar głównie metanu powyżej dolnej granicy wybuchowości Metanomierze dwuzakresowe Pomiar w rurociągach odmetanowania Czułość rzędu 1mV/1%CH4 CO 2 zmniejsza wynik pomiaru
Metoda interferencyjna - dla powietrza n p =1,000276 - dla metanu n CH4 =1,000442
Właściwości metody interferencyjnej Głównie w metanomierzach ręcznych TC-100 metanomierz RIKEN stacjonarny Wrażliwość na inne gazy np. CO 2 pochłaniacz Wodór zmniejsza wskazania metanu
Metoda elektrochemiczna
Czujnik CO firmy NEMOTO
Właściwości metody elektrochemicznej Wykorzystanie reakcji REDOX (redukcja i utlenianie) Możliwość selektywnego pomiaru wybranego gazu (zależnie od budowy i katalizatora) Czułość kilkaset na/ppm Pomiar O 2, CO, C 2 H 5 OH
Metoda półprzewodnikowa (MIS Metal Insulator Semiconductor) Zmiana rezystancji ogrzanego (200-600C) półprzewodnika (najczęściej SnO 2 ). Rodzaj gazu temperatura, rodzaj półprzewodnika
Metoda półprzewodnikowa Widok i charakterystyka czujnika MICS5525 firmy E2V
Czujnik do pomiaru alkoholu
Zależność zawartości alkoholu w powietrzu od zawartości alkoholu we krwi
Metoda absorpcji promieniowania podczerwonego (IR infrared) (prawo Lamberta-Beera) I ε c x = I e λ o c stężenie badanego gazu ε λ współczynnik ekstynkcji
Widmo absorpcyjne metanu Liczba falowa 1/λ, transmisja I/I 0
Widmo absorpcyjne węglowodorów
Widmo absorpcyjne CO2
Budowa czujnika IR Dwa czujniki piroelektryczne + dwa filtry na pasmo absorpcyjne i na inne pasmo
Schemat blokowy czujnika IR
Detektor pyroelektryczny zmiana IR na ładunek Dynament Limited application note AN1
Charakterystyka dynamiczna elementy pyrolitycznego Dynament Limited application note AN1
Charakterystyka dynamiczna elementy pyrolitycznego Dynament Limited application note AN1
Zależność względnej absorbancji od zawartości gazu
Czujniki IR firmy e2v
Anemometr skrzydełkowy MPP Pomiar prędkości obrotowej wirnika
Anemometr typu VORTEX (wiry Karmana) v prędkość powietrza v = f d/s r d średnica pręta f częstotliwość wirów S liczba Strouhala
Anemometr ultradźwiękowy t 1 = l/(c + v) t 2 = l/(c v) v prędkość powietrza, c prędkość dźwięku Układ elektroniczny Przetworniki piezoelektryczne V (N)(O) l, mm (O)(N) Sygnał akustyczny (db) (N) (O) (N) (O) t1 = l /(c+v) t2 = l /(c-v) 100 khz cykl pomiarowy 20/s Czas
Termoanemometry (chłodzenie grzanego drutu) a) R U, mv Zasilacz v U i = const Prędkośc powietrza v, m./s b) R Zasilacz v U U, mv i = var, T=const q = (a + b v 1/2 ) (T d T o ) Prędkośc powietrza q moc przekazywana z drutu do otoczenia, Td temperatura drutu v, m./s To temperatura otoczenia, V prędkość powietrza, a, b - współczynniki
Systemy gazometryczne Mierniki: Metanomierze (styk wyłączający) Anemometry Mierniki innych gazów (O 2, CO, CO 2 ) Układy wyłączeń zasilania Stacje dołowe (specjalizowane PLC) System teletransmisyjny Centrala telemetryczna (System wizualizacji)
Parametry systemów i urządzeń Mierniki: Zakres pomiarowy Czas T90 Dokładność pomiaru (zasady kalibracji) Protokół transmisyjny do centrali (transmisja numeru identyfikacyjnego) Centrala: Funkcjonalność bloków liniowych Pojemność stojaka centrali Obsługiwane protokoły Częstotliwość odpytywania mierników Stacja dołowa Rodzaj wejść (analogowe 0,4-2V, dwustanowe) Rodzaj wyjścia dwustanowego (z diodą, z opornikami) Możliwość blokowania kontrolnego wyłączenia
Struktura systemu gazometrycznego (matryca wyłączeń w centrali)
Struktura systemu gazometrycznego (matryca wyłączeń w centrali oraz w stacji dołowej) Di wejście dwustanowe Ai wejście analogowe 0,4-2V Do wyjście dwustanowe
System gazometryczny SMP - EMAG
System gazometryczny CST-40(A) - HASO
Centrala CST-40(A) widok ekranu komputera sterującego
Centrala CST-40(A) widok ekranu konfiguracji matrycy wyłączeń
System KSP-2C Carboautomatyka
Stacje dołowe MCCD-01 - EMAG CDSD-2 Carboautomatyka CSA-1, CSD-1 HASO
Mierniki firmy Carboautomatyka protokół: 5-12 khz, Metanomierz CPC-2 Czujnik CWx-2A Kx-2 + CST-3 Kx-2 + CSTW-3
Mierniki firmy Carboautomatyka protokół: 5-12 khz, 0,4-2V, cyfrowy Miernik CO 2 Miernik gazów toksycznych H 2 S NH 3 NO NO 2 Cl 2 SO 2 HCN Metanomierz Miernik CO Miernik O 2
Mierniki firmy EMAG Anemometr AS-2S Anemometr AS-3
Mierniki firmy EMAG SERWIS Miernik CO 2 (IR) Metanomierz (IR) Miernik wilgotności, temperatury, ciśnienia Miernik O 2 Metanomierz Miernik różnicy ciśnień Miernik CO Półka modułów liniowych MZT 10/60T
Mierniki firmy HASO Metanomierz CSM-1 Metanomierz CSM-3 Metanomierz CSM-3i (IR) Miernik CO CSCO-1
Mierniki firmy HASO Miernik CO CSCO-2 (do CSA-1) Miernik CO2 CSCD-3i (IR) Anemometr CSV-5 Metanomierz CSM 1R Kalibrator KR-2
Przykład instalacji metanomierza
Układy wyłączeń Transmisja stanu styku metanomierza do wyłącznika Stan normalny styk zamknięty Otwarcie styku wyłączenie wyłącznika Interface pomiędzy iskrobezpiecznym obwodem wyjściowym metanomierza i obwodem sterowania wyłącznika Blokowanie wyłączenia w czasie kontrolnego wyłączenia Realizacja zależności logicznych kilka metanomierzy wyłącza ten sam wyłącznik
Transmisja stanu styków a P styk S b P S c P S d P S
Kontrola stanu styku prądem stałym U z U x R z R l R 1 R 2 S dla przerwy w linii: x U z U = dla styku otwartego: + + + = L l z z z x R R R R R U U 2 1 dla styku zwartego: + + = L l z z z x R R R R U U 1 dla zwarcia w linii: + = L z z z x R k R R 1 U U
Przykład układu kontroli styków U z Rz + MKS= S R 2 R 1 We 100k 0,875Uz 200k + - + - + - K K K prze rwa styk otwarty + We MKS = - Wy 0,625Uz 200k + - + - K K styk zwarty Wy 0,375Uz 300k - + - K zwa rcie
Kontrola styku prądem przemiennym w IZZO We Rz=470 Ut~ 10V Uz~ 12V We Ut~ Uz~ MKS~ Wy Ri=180 Ri=180 T1 T2 D4-D7 K1 C2 K1 C4 MKS~
Kontrola styku prądem przemiennym w SUS S D We Rz=240 C ~ 15V We ~ + MKS~ Wy Uc MKS~ R11 C1 R12 +5 + - K Wy
konfiguracja Prąd I Stan obwodu H L Styk zamknięty Kontrola styku przez mikrokontrolery L H H H Styk zamknięty Obwód zwarty L L Styk otwarty lub przerwa w obwodzie
Zasada realizacji układu wyłączeń z zastosowaniem stacji dołowych
Przykład realizacji układu wyłączeń (SBKW HASO dla ściany)
Przykład realizacji układu wyłączeń (SBKW-HASO dla ściany)
Przykład realizacji układu wyłączeń (SBKW HASO)
Wymagania formalne dla systemów gazometrycznych Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych. Dz. U. Nr 139. Poz. 1169 (z późniejszymi zmianami)
Zabezpieczenie metanometryczne wyrobisk ścianowych
Zabezpieczenie metanometryczne wyrobisk ścianowych
Zabezpieczenie metanometryczne wyrobisk ścianowych
Zabezpieczenie metanometryczne wyrobiska z wentylacja lutniową tłoczącą
Zabezpieczenie metanometryczne wyrobiska z wentylacja lutniową ssącą <6m CH4 15-25m 1%K 2%UE CH4 1%K 2%UE metanomierz rejestrująco-wyłączający kombajn przy przekroczeniu 1% i pozostałe maszyny i urządzenia elektryczne przy przekroczeniu 2%
Zabezpieczenie pożarowe wyrobisk ścianowych (anemometry, mierniki CO, temperatury) S 3 S 2 S 4 3 S S 2 S 1 S 1
Realizacja zabezpieczeń metanometrycznych
Przykład realizacji zabezpieczenia metanometrycznego
Zasada kalibracji metanomierza raz na tydzień wg DTR 1 podanie mieszanki 0% - korekcja zera 2 podanie mieszanki 2,2% - korekcja czułości 3 podanie mieszanki 2,2% (o 0.2% więcej od progu alarmowego) - kontrolne wyłączenie
Realizacja kalibracji przepływ mieszanki wzorcowej 25l/h
Przykład przebiegu kalibracyjnego
Przykład przebiegów kalibracyjnych dla metanomierza dwuzakresowego 35 30 kalibracja dla 30% 25 stężenie metanu, % 20 15 10 5 kalibracja dla 2,2% kontrolne wyłączenie 0 0 100 200 300 400 500 600 czas, s 1 kalibracja mostka spalania katalitycznego 2 kalibracja mostka termokonduktometrycznego 3 - kontrolne wyłączenie
Dziękuję za uwagę