Современные подходы к техническому обслуживанию и метрологической поверке персональных газоанализаторов и шахтных светильников с датчиками метана

Реклама. ООО НПФ «Гранч», ИНН 5407125838
erid: F7NfYUJCUneVeSqzACc8

В статье проводится сравнительный анализ существующих методов и технических средств, применяемых в лампово-дозиметрических и калибровочных мастерских угольных шахт для обслуживания персональных газоанализаторов (ПГА) и головных светильников со встроенными датчиками газов.

Рассматриваются классические ручные методы, отечественные метрологические стенды с газовыми коробами, импортные автоматизированные док-станции, а также инновационный беспроводной подход на базе Установки поверочной Granch.

На основе критериев производительности, ресурсоёмкости и интеграции в единую систему безопасности предприятия показаны преимущества применения беспроводных автоматизированных комплексов.

Актуальность темы

Обеспечение промышленной безопасности на предприятиях по добыче угля подземным способом напрямую зависит от надёжности и точности индивидуальных приборов контроля рудничной атмосферы. На глубине сотен метров они служат главным щитом горняка от взрывоопасного метана (CH₄), диоксида углерода (CO₂), а также токсичных оксидов углерода (CO) и сероводорода (H₂S).

Содержать парк из сотен и тысяч измерительных устройств, ежедневно проверять их работоспособность, вовремя калибровать и ежегодно сдавать государственному поверителю — задача, требующая колоссальных временных и финансовых затрат от метрологической службы предприятия.

Выбор правильного оборудования для оптимизации рутинных процессов поверки и градуировки определяет не только экономическую эффективность, но и защищённость человеческих жизней.

Проблемы существующих подходов

Любое действие метролога на шахте (руднике) жёстко регламентировано законодательством РФ. На предприятиях должны применяться только утверждённые типы средств измерений (СИ), их необходимо подвергать регулярной поверке (1 раз в год) в аккредитованных лабораториях и вносить результаты во ФГИС «АРШИН» [1].

Правила безопасности, положение об аэрогазовом контроле в угольных шахтах и другие отраслевые нормативные акты [2-4] предписывают проведение обязательного предсменного контроля работоспособности (экспресс-тестирование или Bump-тест) для каждого индивидуального прибора перед спуском рабочего в забой.

Несмотря на то, что к самим персональным устройствам требования предъявляются государственными стандартами [5, 6], метрологам приходится иметь дело с разнородным парком устройств как отечественного, так и зарубежного производства.

На рисунке 1 приведены фотографии ПГА и головных светильников со встроенными датчиками газов российских производителей.

Для калибровки и поверки любого датчика требуется подать на него государственный стандартный образец поверочной газовой смеси (ГСО-ПГС) из баллонов под давлением с точным расходом газа (обычно 0,3–0,6 л/мин). На рынке сосуществуют три классических технологических подхода, имеющих свои особенности.

Первый — применение индивидуальных калибровочных насадок (адаптеров). Это самый простой ручной способ: пластиковый или резиновый колпак («сапожок»), геометрия которого повторяет форму диффузионных окон конкретного ПГА или фары светильника, плотно надевается на корпус для подачи газа.

Преимуществами такого подхода являются минимальный паразитный объём и мизерный расход дорогостоящей ПГС, быстрый выход на целевую концентрацию (5–10 секунд), возможность ручной юстировки кнопками или ИК-пультом.

При этом приборы поверяются строго последовательно, соответственно метод имеет крайне низкую производительность, насадки не универсальны (у каждой марки устройств — свой тип, потеря насадки парализует обслуживание редкой модели), кроме того, при фиксации результатов вручную повышается риск ошибок.

Второй подход — применение универсальных поверочных камер (газовых коробов). Как правило, используется герметичный прозрачный бокс (из оргстекла или поликарбоната) объёмом от 5 до 20 литров со встроенной газовой рампой, куда закладывается сразу партия включённых приборов.

Для профессиональной организации таких рабочих мест применяются стационарные метрологические стенды, укомплектованные сертифицированными эталонами и газораспределительными панелями [7, 8]. Такой стенд позволяет быстро выполнять массовую разбраковку по срабатыванию сигнализации у 10–15 устройств любой формы и марки одновременно, имеет относительно низкую стоимость организации рабочего места.

Однако использование такого подхода ограничивает ряд недостатков: колоссальный нецелевой расход газов на заполнение всего объёма камеры; длительное время цикла (вытеснение воздуха газом и последующая продувка); невозможность калибровки (в камере выполняется только тест «годен/брак», а для юстировки «уплывший» прибор нужно доставать); риск сорбции агрессивных газов на стенках короба.

Ярким историческим представителем этого класса оборудования является установка (камера) КИМ (Госреестр СИ № 9129-83, см. рисунок 2). Разработанная изначально как образцовое средство измерений (в современной терминологии — рабочий эталон 2-го разряда согласно МИ 848-85), камера КИМ обладает внушительным внутренним объёмом в 100 дм³ и физическими габаритами 600 × 580 × 700 мм при массе до 48 кг.

На примере КИМ отчётливо видны ключевые технологические ограничения статического метода: для выхода на целевую концентрацию метана внутри 100-литровой ёмкости требуется длительное время на заполнение, перемешивание газовой смеси и стабилизацию (вплоть до 2–3 часов на полный цикл).

Это делает КИМ абсолютно неприменимой для оперативного предсменного экспресс-тестирования (Bump-тестов) крупных партий приборов, жёстко ограничивая пропускную способность калибровочной мастерской.

Третий подход лишён недостатков первых двух и обеспечиваетполное исключение человеческого фактора, высокую скорость обслуживания смены шахтёров, существенную экономию газа благодаря импульсной подаче микродоз непосредственно к сенсору, автоматическую цифровизацию отчётов.

И всё это возможно благодаря автоматическим док-станциям (калибровочным стендам) зарубежных и отечественных производителей, например, такие комплексы как Dräger X-dock, MSA GALAXY GX2, Honeywell MicroDock II [9-11] или специализированная отечественная корректировочная станция Док ЭРИС-400 [12].

Автоматика сама считывает RFID-метку (Radio Frequency IDentification — радиочастотная идентификация), определяет конфигурацию, дозирует газ, проводит Bump-тест за 10–15 секунд и вносит запись в базу данных.

Но док-станции совершенно не подходят к  оборудованию не своего бренда из-за уникальной геометрии механических слотов и закрытых протоколов ПО. Стоимость их достаточно высока, а доступность нового оборудования иностранных брендов в связи с государственной политикой импортозамещения весьма ограничена.

Современное решение и сравнительная оценка эффективности

Кардинально иной инженерный подход реализован в Установке поверочной Granch отечественного производства [13, патент на полезную модель RU 242 416 U1, номер в реестре СИ 98862-26]. Данный комплекс разработан как рабочий эталон 2-го разряда, интегрированный непосредственно в инфраструктуру умной ламповой. Внешний вид установки показан на рисунке 3.

Главное технологическое отличие заключается в отказе от обязательного механического или штуцерного контакта с каждым обслуживаемым устройством в процессе обмена данными. Данные от парка ПГА или светильников передаются по радиоканалу.

Установка осуществляет скоординированную групповую калибровку и поверку партии устройств, позволяя одновременно скачивать встроенные логи нарушений и передавать их в единую систему многофункциональной безопасности (МФСБ) шахты.

Установка позволяет подавать поверочную метановоздушную смесь от ёмкостей с разным уровнем рабочего давления. Снижен нецелевой расход газа и время выхода на режим по сравнению со вторым подходом.

Для наглядного сопоставления эксплуатационных параметров различных инфраструктурных решений приведена таблица 1.

Таблица 1. Сравнительные параметры технологий обслуживания ПГА и светильников

Заключение

Проведённый анализ показывает, что автоматизация рутинных процессов метрологии — это гарантированный способ исключить пресловутый человеческий фактор там, где он обходится дороже всего. Применение Установки поверочной Granch в условиях современной угольной шахты обеспечивает следующие ключевые преимущества:

1. Беспроводная групповая автоматизация: использование радиоканала полностью исключает необходимость ручного надевания клипс или механического защёлкивания сотен приборов в индивидуальные слоты. Это минимизирует износ разъёмов и кардинально увеличивает сквозную пропускную способность ламповой.
2. Ликвидация человеческого фактора и ошибок КИПиА: процессы «снятия нуля», проверки чувствительности, корректировки коэффициентов и ведения журналов поверки полностью автоматизированы. Оператор физически не может «забыть» проверить прибор или сфальсифицировать данные.
3. Нативная интеграция в цифровой контур МФСБ: в отличие от изолированных импортных станций или ручных журналов, данные о калибровке и скачанные из памяти приборов логи нарушений автоматически увязываются с табельным номером сотрудника. Система способна мгновенно заблокировать выдачу оборудования или проход через турникет горняку, чей светильник не прошёл утренний экспресс-тест на газ.
4. Экономическая и технологическая независимость: являясь полностью отечественной разработкой, комплекс Granch решает задачи импортозамещения. Он устраняет риски «брендовой монополии» и санкционного давления, с которыми столкнулись эксплуатанты зарубежных док-станций, обеспечивая бесперебойную поставку компонентов и обновление ПО в соответствии с требованиями Ростехнадзора РФ.

Список литературы

1. Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 N 102-ФЗ.
2. Приказ Ростехнадзора от 08.12.2020 N 507 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах»». Глава IV, пункт 35.
3. ФНП «Положение об аэрогазовом контроле в угольных шахтах» (Приказ Ростехнадзора № 506), пункт 52.
4. ФНП № 505, Глава II Раздел «Обязанности работников», Раздел «Рудничная атмосфера и вентиляция».
5. ГОСТ IEC 60079-29-2-2024. Взрывоопасные среды. Часть 29-2. Газоанализаторы. Требования к выбору, монтажу, применению и техническому обслуживанию газоанализаторов горючих газов и кислорода.
6. ГОСТ IEC 60079-35-2-2013 «Взрывоопасные среды. Часть 35-2. Головные светильники для применения в шахтах, опасных по рудничному газу.
7. Метрологические стенды для поверки физико-химических средств измерений ЭЛМЕТРО-СПГ. Официальное описание технических характеристик на сайте ГК «ЭлМетро».
8. Метрологические стенды СПГ и СПГ-2 для газоанализаторов от Промышленной группы «Метран». Официальный каталог комплексных решений ПГ «Метран».
9. Официальный сайт компании «Дрегер».
10. Официальный сайт компании MSA.
11. Портал компании Honeywell.
12. Официальный сайт ООО «ЭРИС».
13. Официальный сайт научно-производственной фирмы «Гранч». Раздел: Установка поверочная Granch.

granch.ru
info@granch.ru
8 383 212-03-16
г. Новосибирск, ул. Королёва, д. 40, корп. 1, офис 304