Кб. Способы измерения содержания газов в воздухе
Своевременное обнаружение в шахтном воздухе опасных отклонений от допустимой Правилами безопасности концентрации газов позволяет принять меры по их устранению и восстановить безопасные условия труда. Контроль за составом и содержанием газов в воздухе может осуществляться непрерывно и эпизодически. В зависимости от назначения приборы газового контроля (газоанализаторы) подразделяются на переносные (индивидуальные) , стационарные и встроенные. Переносные
19
приборы служат для эпизодического контроля содержания газов в местах работы людей, а стационарные — для непрерывного контроля содержания газов в наиболее характерных узловых местах горных выработок. Последние обеспечивают отключение электрооборудования в случае превышения допустимой Правилами безопасности концентрации газов. Встроенные в горные машины приборы сигнализируют о содержании газов в воздухе и отключают их, если концентрация газов превышает допустимую. По принципу действия газоанализаторы подразделяются на химические, физические и физико-химические.
Химические газоанализаторы ГХ-4, ГХ-5, ГХ-6, УГ-2 и другие основаны на принципе взаимодействия газа и реактива, помещенного в специальные трубки. Реактив под воздействием газа, содержащегося в воздухе и прокачиваемого через трубку, меняет цвет. Химические газоанализаторы служат для экспресс-определения малых концентраций окиси углерода, окислов азота, сероводорода, сернистого газа и др. Они состоят из набора стеклянных индикаторных трубок и мехового аспирационного насоса, с помощью которого исследуемый воздух прокачивается через трубку. Каждый реактив предназначен для определенного газа. По длине столбика реактива, изменившего свой цвет, определяется концентрация газа (шкала концентраций имеется на стекле трубочки). Под действием окиси углерода реактив приобретает светло-зеленый цвет, под действием сероводорода — коричневый, под действием окислов азота — сине-зеленый, под действием сернистого газа — темно-синий, под действием углекислого газа — белый. С щомощью газоанализатора ГХ-5 определяется содержание только углекислого газа, ГХ-6 — кислорода. Универсальным газоанализатором УГ-2 можно определять содержание окиси углерода, окислов азота, сероводорода, сернистого газа, хлора, паров бензина, бензола, этилового эфира, ацетилена, толуола, ксилола, углеводородов, нефти. Достоинство этих газоанализаторов заключается в том, что они позволяют быстро (в течение 1— 5 мин) определить концентрацию газа. Недостатком их является малая точность определения (допустимая погрешность измерения ±25%).
Газоанализаторы, основанные на принципе использования физических свойств газов, подразделяются на оптические (интерфе-рометрические), оптико-акустические, термокондуктометрические. Кроме того, известны газоанализаторы, основанные на акустическом принципе и на газочувствительных полупроводниках. Действие интерференционных газоанализаторов основано на измерении смещения интерференционных полос, вызванного различной оптической шлотиостью исследуемого газа и эталонной газовой смеси. Смещение интерференционных полос оценивается шкалой, проградуированной в объемных процентах измеряемого газа. Наибольшее применение на шахтах нашей страны получили интерферометры типа ШИ. Интерферометры ШИ-10 и ШИ-11 предназначены для измерения концентрации метана и углекис-
20
лого газа (в пределах 0—6 % по объему) при раздельном и совместном их наличии в воздухе. Интерферометр ШИ-7 предназначен для измерения концентрации метана и углекислого газа в пределах 0—100% по объему. Он используется для измерения концентрации газа в дегазационных трубопроводах и в воздухе при внезапных выбросах и суфлярных выделениях, а также в других случаях, когда содержание газа в воздухе превышает 6 %. В случаях совместного наличия в воздухе водорода и углекислого газа используется интерферометр ГИК-Г Аналогичные интерферометры выпускаются за рубежом (в Японии, ПНР). К достоинствам интерферометров можно отнести высокую степень безопасности, а также достаточную для практических целей точность замеров взрывоопасных газов.
Из газоанализаторов, основанных на физико-химических свойствах газов, наибольшее применение получили газоанализаторы, основанные на термокаталитическом принципе. Суть этого принципа заключается в измерении тепла, выделяющегося при окислении горючих газов на поверхности каталитически активного элемента. В качестве термосопротивления используется либо платина, либо пелистор (состоящий из платиновой спирали, покрытой термостойким слоем из окиси алюминия), на который нанесен активный катализатор (палладий или торий). Пелистор требует меньшего расхода энергии и реакция окисления метана идет при более низкой температуре (500—600 °С). Этот принцип положен в основу газоанализаторов ИМС-1, СШ-2, СМП-2, СМП-1, СМС-1, АМТ-2, АМТ-3, используемых для определения концентрации метана или наличия его в воздухе.
Принцип действия термоиндуктометрических газоанализаторов основан на использовании разницы в теплопроводных свойствах метана и воздуха. Коэффициент теплопроводности метана на 30 % больше коэффициента теплопроводности воздуха. Эти газоанализаторы используются в основном для замеров высокой концентрации метана. На термокондуктометрическом принципе основан переносный хроматограф, используемый для определения концентрации метана, углекислого газа, окиси углерода, водорода, кислорода, этана и бутана.
Оптико-акустические газоанализаторы основаны на принципе поглощения инфракрасного излучения. Анализируемый газ, поглощая инфракрасное излучение, при прерывистом облучении будет периодически нагреваться и охлаждаться. Колебание температуры вызывает колебание давления, которое фиксируется конденсаторным микрофоном. По величине давления определяется концентрация газа. Этот принцип используется в лазерных газоанализаторах.
Разрабатываются газоанализаторы, основанные на использовании газочувствительных полупроводниковых элементов. Детекторы из полупроводников используются для определения концентрации метана, этана, ацетилена, окиси углерода, водорода, углекислого газа и др.
21
2. МЕТАН
2.1. Физико-химические свойства метана
Метан (СН 4) —газ без цвета, вкуса и запаха, является основной составной частью рудничного газа в угольных шахтах, представляющего собой смесь газов, выделяющихся в горные выработки из пород и полезного ископаемого. Состав рудничного газа зависит от свойств горных пород. В угольных шахтах он состоит в основном из метана (до 100%) с примесью углекислого газа (до 5%), азота (несколько процентов), водорода и гомологов метана (1—4%), окиси углерода (0,5—1,5%). Плотность метана по отношению к воздуху равна 0,5539. Относительная молекулярная масса равна 16,03. 1 л метана при нормальных условиях имеет массу 0,716. При температуре 20 °С и нормальном давлении в одном объеме воды растворяется 0,035 объема метана. При обычных условиях метан весьма инертен и соединяется только с галоидами. В небольших количествах метан безвреден. Повышение содержания метана в воздухе опасно из-за уменьшения содержания кислорода, вытесняемого метаном. Однако при содержании в воздухе 50—80 % метана и нормальном содержании кислорода он вызывает сильную головную боль и сонливость. Примесь к метану этана и пропана придает воздуху слабое наркотическое свойство. Метан горит бледно-голубоватым пламенем, которое использовалось при определении содержания метана в воздухе с помощью пламенных бензиновых ламп (содержание метана определяется по высоте пламени метана над прикрученным пламенем лампы). Горение метана происходит в соответствии с реакцией
СН 4 + 20 2 = С0 2 + 2Н 20.
В подземных выработках горение метана часто происходит в условиях недостатка кислорода, что приводит к образованию окиси углерода. В этом случае имеет место реакция
СН 4 1- 0 2 - СО -Ь Н 2 + Н 20.
Температура воспламенения метана 650—750 QC. Она зависит от содержания метана в воздухе, состава и давления воздуха, а также от источника воспламенения. Теплота горения метана 784 70- 10 3 Дж/кг.
Метан образует с воздухом горючие и взрывчатые смеси (рис. 2.1). При содержании метана в воздухе до 5% он горит около источника тепла, 5—14 % взрывается, а более 14 % не горит и не взрывается, но может гореть у источника тепла при притоке кислорода извне. Сила взрыва зависит от количества участвующего в нем метана. Взрыв имеет максимальную силу при содержании в воздухе 9,5 % метана. При большем содержании метана в воздухе часть его остается несгоревшей из-за недостатка кислорода. Вследствие высокой теплоемкости метана эта его
Do'stlaringiz bilan baham: |