VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Цель работы:

Экспериментальное определение содержания взрывоопасных концентраций углеводородов, а также паров нефти и нефтепродуктов, этилового или метилового спиртов в смеси с азотом или воздухом в пределах от 0 до 100% НКПР.

1. Краткая характеристика газоанализатора СГОЭС-М11

Газоанализатор СГОЭС-М11 является инфракрасным датчиком взрывоопасных газов, обеспечивающим непрерывный контроль взрывоопасных концентраций углеводородов, а также паров нефти и нефтепродуктов, этилового или метилового спиртов в смеси с азотом или воздухом в пределах от 0 до 100% НКПР. Газоанализатор имеет стандартные выходные сигналы 4-20 мА с коммуникационным протоколом HART, RS-485(Modbus RTU), релейный, HART-разъем. Датчик идеально подходит для применения в потенциально опасных газо/паро содержащих условиях окружающей среды и выдерживает перегрузку, вызванную содержанием измеряемого компонента, свыше 100% НКПР, а также нечувствителен к наличию в атмосфере кислорода, азота, углекислого газа, окиси углерода, аммиака, сероводорода. Идеально подходит для применения в оффшорных зонах нефтегазовой отрасли, а также других условиях, где необходим контроль концентрации углеводородов. Выпускается во взрывозащищенном исполнении и сертифицирован для использования в потенциально опасных газо/паро содержащих условиях окружающей среды в соответствии со стандартом ГОСТ Р 51330.13-99 и другим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах подгрупп IIА, IIВ, IIС температурных классов Т1-Т4 по ГОСТ Р 51330.9-99. А также имеет международное одобрение для применения во взрывоопасных зонах по Class 1, Division 1 и 2, Zones 1 и 2.

Область применения:

• Нефтяные платформы

• Танкеры по перевозке нефти, грузовые корабли и суда

• Предприятия по производству хранению сжиженного природного газа / сжиженного нефтяного газа

• Компрессорные станции

• Нефтехимические и тепловые электростанции

• Газовые турбины

• Нефте- и газопроводы

• Транспортные предприятия (аэропорты и метро)

• Нефтяные и газовые бойлеры и печи

• Насосные станции магистральных газо- и нефтепроводов, резервуарные парки

Особенности и преимущества:

• Потребляемая мощность менее 3,5 Вт

• Встроенный цветной LED индикатор состояния

• Аналоговые, релейные, цифровые, HART выходы

• Устойчивость к вибрации гарантирует надежность и длительный срок службы

• Встроенный обогрев оптики позволяет предотвратить

образование конденсата на оптических элементах при неблагоприятных погодных условиях, а также защищает от накопления снега и льда

• Искробезопасный HART разъем

• Высокая чувствительность ко всем видам углеводородных газов/паров для максимальной безопасности

• Контроль загрязнения оптического ИК сенсора (пыль, краска и т.д.) обеспечивает поддержание работоспособности СГОЭС-М11, определяя обрыв линии связи и др. неисправности путем самотестирования, а также защищает от ложных срабатываний и увеличивает помехоустойчивость СГОЭС-М11.

2. Последовательность проведения экспериментальных исследований

Проведение входного контроля датчиков

Нобходимо подключить приборы к компьютеру и вывести на связь, используя программу ESP Commander. С помощью вкладки File/Search найти подключенные приборы, установить необходимый диапазон измерения газовой концентрации. Контрольная сумма расположена, как показано ниже на Рис.1.

Для установки необходимого диапазона измерения газовой концентрации необходимо открыть вкладку с прибором, на котором устанавливается диапазон (Рис. 1). Не закрывая этой вкладки, вернуться в главное меню ESPCommander и в меню Country/Standart выбрать страну, для которой предназначаются приборы (Рис. 2). Затем, в открытой вкладке с прибором выбрать тип измеряемого газа в левом нижнем углу и нажать Set (Рис.1). Если выбрать UnitedStates, то диапазон измерения газовой концентрации по метану станет 0-5 %Vol, по пропану 0-2.1 %Vol. Если выбрать Russia, то диапазон измерения газовой концентрации по метану станет 0-4.4 %Vol, по пропану 0-1.7 %Vol.

Рис.1. ESP Commander(вкладка с прибором)

Рис. 2.

Последовательность действий:

1. Поместить датчики в КТХ.

2. Вывести датчики на связь.

3. Запустить программу ESP OvenControl. Нажать кнопку FindDevices (рис. 3.) и после обнаружения всех приборов нажать клавишу StopFind.

Рис. 3

Нажать клавишу Runtest (рис. 3.), ввести имя оператора (на английском языке) затем в появившемся окне выбрать и запустить программу сбора данных SGOES-RTest.

1. При отсутствии ошибок запустится программа сбора данных. Запустится запись Data-файла прохождения процесса проверки приборов.

2. Одновременно с запуском программы сбора данных задать в программе управления КТХ нагрев до температуры +85 ºС, а затем охлождение до -40 ºС. Шаг 0,4 ºС/мин.

3. После окончания записи файлов необходимо убедиться в их правильной записи. Для этого необходимо зайти в директорию C/Documents and Settings/All users/Application data/ESP/ESP Oven/Data найтифайлы «Test».

Проведение термоградуировки датчиков

1. После прохождения предварительного цикла, необходимо подключить приборы к компьютеру, вывести на связь, используя программу ESP OvenControl.

2. Запустить программу ESP OvenControl. Нажать кнопку FindDevices, после обнаружения всех приборов нажать клавишу StopFind.

3. Нажать клавишу Runtest, ввести имя оператора (на английском языке) затем в появившемся окне выбрать и запустить программу сбора данных SGOES-RTempCompTESTDELAY. На экране программы ESP OvenControl запустится проверка правильности написания скрипта. При отсутствии ошибок запустится программа сбора данных. Запустится запись лог-файла прохождения процесса термоградуировки.

4. Одновременно с запуском программы сбора данных задать в программе управления КТХ температуру 80 °С, шаг 1 °С/мин. После достижения точки 80 °С задать задержку в 60 минут (для выдерживания прибора на точке в течении 60 минут).

5. После запуска скрипта на экране ESP OvenControl появится сообщение

«Applyfullspangas». Далее необходимо установить в КТХ следующую контрольную точку 70 °С, шаг 1 °С/мин. После достижения точки 70°С задать задержку в 25 минут (для выдерживания прибора на точке в течении 25 минут). После выдержки прибора на контрольной точке, необходимо повторить процедуру. Аналогичным образом произвести установку в КТХ контрольных точек 60, 50, 40, 20, 10, 0, -10, -20, -30, -40 °С. После продувки приборов на контрольной точке -40 °С задать в камере задержку в 30 минут и повторить процедуру подачи газа на контрольной точке -40°С спустя 30 минут. После этого, при получении сообщения в окне ESPOvenControl «EndScript» необходимо выключить питание приборов, установить в КТХ температурную точку 25 °С с шагом 4 °С/мин.

Проверка собранных данных

Для проверки необходимо:

1. Открыть файл.

2. Выделить первый столбец данных, зайти в меню Данные/Текст по столбцам и выбрать пункт «разделение с запятой».

3. Затем выделить в файле столбцы UW и UR (данные по рабочему и опорному каналу приемника инфракрасного излучения), зайти в меню Вставка/График и вывести графики UW и UR и визуально оценить графики и ячейки данных.

Нормальный график файла «Test» должен представлять две плавно изгибающиеся линии без резких скачков и пиков. Графики должны лежать в пределах 3700 – 1500 единиц по оси ординат. Пример нормального графика представлен на рис 4.

Рис. 4.

Как пример, ниже представлен неправильный график (рис. 5.). На рисунке наблюдаются резкие перегибы и скачки показаний в виде пиков.

Рис. 5.

На скриншотах ниже представлены ячейки данных правильного и неправильного Data-файлов. На скриншоте «а» видно, что от ячейки к ячейке данные изменяются не более чем на 3 – 5 единиц как по рабочему, так и по опорному каналу. На скриншоте «б» видно, что наблюдаются скачки на 50 - 100 единиц. В правильном Data-файле проверки приборов данные от ячейки к ячейке не должны изменяться более чем на 10 единиц.

а б

Рис. 6.

Первый этап проверки температурных коэффициентов

После продувки приборов на контрольной точке +80 °С (и прежде чем завершиться программа термоградуировки) на экране ESP OvenControl в поле отображения прохождения процесса термоградуировки появится сообщение вида: «чч:мм:сс,SGOES-RTempComp№№.txt,60,Msg End Data Collection» и запустится процесс автоматической первоначальной проверки Data-файлов.При успешной проверки программа рассчитает коэффициенты термокомпенсации индивидуально по каждому прибору и выведет их на экран (отображение происходит по серийным номерам). При нахождении ошибки в Data-файле или при неправильной или неполной записи Data-файла программа выдаст сообщение об ошибке (отображение происходит по серийным номерам). Пример представлен на скриншоте (рис.7).

Рис. 7.

На скриншоте отображено, что приборы с серийными номерами 1007 и 1008 не прошли автоматическую проверку. Сообщение Varianceexceedslimitvalue означает, что при записи Data – файла произошла ошибка записи, либо в файле присутствуют посторонние шумы от прибора (резкие скачки показателей). Датчик с серийным номером 1002 прошел проверку и расчет температурных коэффициентов. Ряд сообщений отображают условные температурные точки записи коэффициентов, а также изначальные и новые расчетные температурные коэффициенты.

После прохождения первоначального этапа проверки Data-файлов и расчета коэффициентов термокомпенсации происходит автоматическая запись новых индивидуальных расчетных коэффициентов в приборы. Запись происходит по серийным номерам.

Второй этап проверки температурных коэффициентов

После прохождения автоматической проверки Data -файов и записи коэффициентов в приборы необходимо повторно убедиться в правильности записи Data-файлов. Для этого необходимо зайти в директорию C/DocumentsandSettings/Allusers/Applicationdata/ESP/ESP Oven/Data найти файлы «SpanComp» и «ZeroComp» под соответствующими серийными номерами.

Для проверки необходимо:

1. Открыть файл.

2. Выделить первый столбец данных, зайти в меню Данные/Текст по столбцам и выбрать пункт «разделение с запятой».

3. Затем выделить в файле столбцы UW и UR (данные по рабочему и опорному каналу приемника инфракрасного излучения), зайти в меню Вставка/График и вывести графики UW и UR.

4. Визуально оценить графики и ячейки данных.

Нормальный график файла «ZeroComp» должен представлять две супенчато-изменяющиеся линии. Графики должны лежать в пределах 3700 – 1500 единиц по оси ординат. Пример нормального графика представлен на рисунке 8. Имеются ступенчатые изменения показаний в местах «склейки» файла в 70-150 единиц. Это обусловлено разделением одного лог-файла на два Data-файла «SpanComp» и «ZeroComp» и изменением температуры в КТХ на 10 °С на каждой последующей точке.

Рис. 8.

Как пример, ниже представлен неправильный график (рис. 9).

На рисунке наблюдаются резкие перегибы и скачки показаний в виде пиков. На скриншотах ниже представлены ячейки данных правильного (а) и неправильного (б) Data-файлов «ZeroComp». На скриншоте «а» видно, что от ячейки к ячейке данные изменяются не более чем на 3 – 5 единиц как по рабочему, так и по опорному каналу. В правильном Data-файле «ZeroComp» данные от ячейки к ячейке не должны изменяться более чем на 20 единиц в промежутках между «склейкой» файла. В местах «склейки» файла данные не должны отличаться более чем на 250 единиц.

Рис. 9.

Нормальный график файла «SpanComp» должен представлять из себя линию и график из двадцати восьми прогибов вниз «пиков» как показано на рис. 10.

Рис. 10.

Допустимы небольшие скачки графика опорного канала (красный график) в пределах 250 единиц в местах «склейки» Data-файла. Это обусловлено разделением одного лог-файла на два Data-файла «SpanComp» и «ZeroComp» и изменением температуры в КТХ на 10 °С на каждой последующей точке. Необходимо посчитать общее количество прогибов «пиков», их должно быть двадцать восемь. Каждый нечетный пик соответствует ПГС высокой концентрации, каждый четный соответствует ПГС средней концентрации. Необходимо также оценить нижнюю часть прогиба «пика», она должна быть плоской, без больших скачков (небольшое «гуляние» допустимо в пределах 20 единиц).

Для удобства оценки Data-файлов, можно выводить график столбца D_out или других столбцов. Нормальный график файла «SpanComp» столбца D_out должен представлять из себя график из двадцати восьми прогибов вниз «пиков» (рис. 11).

Рис. 11.

Необходимо посчитать общее количество прогибов «пиков». Каждый нечетный пик соответствует ПГС высокой концентрации, каждый четный соответствует ПГС средней концентрации. Необходимо оценить нижнюю часть прогиба «пика», она должна быть плоской, без больших скачков (небольшое «гуляние» допустимо в пределах 20 единиц). График должен лежать в диапазоне 6500 – 11000 единиц по оси ординат.

После проведения термоградуировки приборов и визуальной оценке Data – файлов необходимо откалибровать приборы, поместить приборы в КТХ и снять показания на точках 80, 60, 20, 0, -20, -40 ⁰С. Шаг изменения температуры не быстрее 1 ºС/мин. Затем необходимо выдерживать приборы на точках не менее часа и снять показания концентрации используя ПГС большой концентрации и средней концентрации. Необходимо использовать ПГС, отличные от тех, какими проводилась термоградуировка прибора.Приборы с российскими диапазонами измерения НКПР должны уложиться в погрешность: абсолютная:± 4% НКПР в диапазоне 0-100% НКПР.

Приборы с американскими диапазонами измерения НКПР должны уложиться в погрешность: абсолютная:± 2% НКПР в диапазоне от 0-100% НКПР

3. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Задание.

3. Таблицы опытных данных.Данные, снятые в процессе проверки термоградуировки, должны быть представлены в виде сводной таблицы (Таблица 1) и Excel-файлов термотренировки, термоградуировки и проверки.

4. Заключение и выводы по работе.

Таблица 1.

Оператор

Дата окончания

термоградуировки

Подаваемая концентрация по

Подаваемая концентрация по

средней смеси %НКПР:

средней смеси %НКПР:

№ прибора

80°С

60°С

ноль

средняя

высокая

∆

ноль

средняя

высокая

∆

20°С				0°С
ноль	средняя	высокая	∆	ноль	средняя	высокая	∆

-20°С				-40°С
ноль	средняя	высокая	∆	ноль	средняя	высокая	∆

4. Вопросы для самопроверки

1. Краткая характеристика газоанализатора. Схема, принцип действия, область применения.

2. Последовательность операций при проведении входного контроля датчиков.

3. Этапы проверки температурных коэффициентов.

4. Методика определения погрешности прибора.

5. Преимущества исследуемого прибора по сравнению с зарубежными аналогами.

Код для цитирования: Скопировать