Современные промышленные технологические процессы, такие как обжиг окатышей в металлургии, предъявляют высокие требования к точности и надежности систем контроля газовых сред [1]. Ключевую роль в обеспечении безопасной и экономичной эксплуатации обжиговых машин играет непрерывный мониторинг содержания кислорода ( О₂ ) в забалластированном воздухе — смеси атмосферного воздуха и рециркулирующих продуктов сгорания. Подача необработанной технологической пробы, содержащей механические примеси, пары влаги и имеющей нестабильные параметры температуры и давления, непосредственно в газоанализатор приводит к значительным погрешностям измерения, загрязнению чувствительных элементов и преждевременному выходу оборудования из строя [2]. Таким образом, проектирование СПП является критически важным этапом создания любого КГО. Целью данной работы является систематизация подходов и описание практических решений по проектированию СПП на примере разработки КГО для контроля кислорода.

Исходными данными для проектирования служили основные требования технического задания:

1. Анализируемый компонент: Кислород ( О₂ ), 0–21 % об.д.
2. Состав среды: Забалластированный воздух.
3. Необходимость пробоподготовки: Обязательная (наличие пыли, влаги).
4. Категория места отбора: Взрывобезопасная.

Выбор термомагнитного метода измерения (газоанализатор ГАММА-100) обусловил особое требование к глубокой осушке пробы, так как пары воды существенно влияют на магнитные свойства среды и могут конденсироваться в измерительной ячейке. На основе системного подхода был сформирован состав СПП, охватывающий полный цикл обработки пробы (таблица 1).

Таблица 1

Состав модуля пробоподготовки в КГО

На основе определенного состава оборудования была разработана схема пневматических газовых соединений, представленная на рисунке 1. Технологический тракт организован по линейной схеме с рециркуляцией пробы и реализует следующие этапы:

Отбор и первичная очистка: Проба через взрывозащищенный шаровой кран поступает на фильтр грубой очистки.

Двухступенчатое охлаждение и осушка: Последовательное прохождение через воздушный холодильник (ХВ) и термохолодильник (ТХ). Это решение позволяет снизить нагрузку на ТХ-410 и гарантированно достичь температуры точки росы, необходимой для конденсации основной массы паров воды. Конденсат отводится перистальтическим насосом.

Стабилизация потока: подготовленная проба с помощью побудителя расхода и регулировочных вентилей подается с требуемым потоком.

Тонкая очистка и измерение: перед подачей в газоанализатор ГАММА-100 проба проходит фильтр тонкой очистки. После анализа газ сбрасывается в безопасную зону.

В схему интегрирована параллельная линия калибровки через трехходовой кран. Это позволяет подавать поверочные газовые смеси (ПГС) непосредственно к газоанализатору, минуя систему пробоподготовки.

Рис. 1. Схема пневматических соединений

Термохолодильник ТХ-410 выбран как активный элемент осушки. Его использование обусловлено требованием поддержания температуры пробы на входе газоанализатора ниже точки росы, что исключает конденсацию влаги в термомагнитной ячейке и обеспечивает заявленную погрешность измерения ±2.5 % для диапазона 0–21 % О₂.

Перистальтический насос для откачки конденсата обеспечивает чистоту процесса (отсутствие контакта среды с механическими частями насоса) и точное дозирование.

Дублирование источников потока (ПР-9 и ПН) повышает надежность системы. Их включение в схему осуществляется через реле времени с задержкой, что гарантирует выход термохолодильника на рабочий режим до начала прокачки пробы.

Литература:

1. Вартанов А. З., Рубан А. Д., Шкуратник В. Л. Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг. М.: Горная книга, 2009.
2. ГОСТ Р 52931–2008. Приборы контрольно-измерительные. Общие технические условия.