Контроль интенсивности запаха газа

В. А. Вершилович

Обеспечение безопасности при транспортировке и использовании природного газа — основная задача, стоящая перед газораспределительной организацией. Взрыво- и пожароопасность газового топлива требует своевременного выявления и устранения утечек, возникающих вследствие негерметичности газопроводов и оборудования. Современные методы контроля с использованием бытовых сигнализаторов загазованности не находят широкого применения по целому ряду причин: относительно высокая стоимость, необходимость поверки, необходимость замены источника электропитания для автономных сигнализаторов. Кроме того, сигнализаторы загазованности не применяются для контроля герметичности технических устройств, сооружений и соединений на наружных газопроводах.

Самым доступным для граждан оказывается контроль утечек природного газа по запаху. Именно запах одоранта, определяемый жильцами индивидуальных и многоквартирных домов, прохожими на улице, становится важным источником информации, помогающей выявить и устранить утечки газового топлива. Для аварийно-диспетчерской службы ГРО заявки «запах газа на улице», «запах газа в подъезде», «запах газа в квартире» и другие подобные служат сигналом к выезду на место, обнаружению и принятию мер к локализации и ликвидации сложившейся аварийной ситуации. Благодаря одоризации граждане ведут постоянный мониторинг утечек газа, прежде всего на внутридомовом и внутриквартирном газовом оборудовании, к которому работники ГРО и иных специализированных организаций попадают один раз в год при техническом обслуживании.

 Требования к интенсивности запаха газа

 ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия» устанавливает требования к интенсивности запаха газа, которая при объемной доле в воздухе в 1% должна составлять не менее 3 баллов. ГОСТ 22387.5-2014 «Газ для коммунально-бытового потребления. Методы определения интенсивности запаха газа» определяет балльную шкалу для запаха газа от 0 баллов, когда запах отсутствует, до 5 баллов, когда запах очень сильный. Оценке в 3 балла соответствует умеренный запах, 4 балла — сильный. Степень одоризации в 3–4 балла считается оптимальной: меньшая интенсивность запаха газа не позволяет уверенно обнаруживать утечки, слишком сильный запах приводит к резкому росту количества заявок в аварийно-диспетчерскую службу ГРО. В этом случае потребитель ощущает запах одоранта из-за минимальных утечек, не выявляемых обычными, не высокочувствительными течеискателями, применяемыми сотрудниками ГРО при техническом обслуживании и ремонте газовых сетей. Кроме того, избыточная одоризация приводит к перерасходу одоранта, а также увеличению токсичности природного газа и продуктов его сгорания.

Одоризация природного газа в большинстве случаев производится на газораспределительных станциях. Практически на всех ГРС с этой целью используется смесь природных меркаптанов (СПМ), в основном изопропилмеркаптана, этилмеркаптана, вторичного бутилмеркаптана, н-пропилмеркаптана и незначительного количества других меркаптанов. Эти органические вещества представляют собой сернистые аналоги спиртов и имеют общую химическую формулу R-SH, где R — углеводородный радикал. Например, химическая формула этилмеркаптана — С2Н5SН, бутилмеркаптана — С4Н9SН. Именно наличие серы придает этим веществам характерный резкий запах, который ощущается обонянием человека в чрезвычайно низких концентрациях — 10−7 − 10−8 моль/л. Интенсивность запаха напрямую зависит от содержания меркаптановой серы, которая имеется во всех меркаптанах, присутствующих в природном газе.

Процесс одоризации должен обеспечивать концентрацию одоранта, при которой человек с обычным обонянием отчетливо ощущает запах при объемной доле газа в воздухе в 1%. Фактически запах качественно одорированного газа ощущается при намного меньшей концентрации. Интенсивность запаха в 3 балла соответствует концентрации меркаптановой серы от 4 до 13 мг/м3 и зависит от ее суммарного объемного содержания в газе.

Интенсивность запаха газа у потребителя зависит от целого ряда причин. Во-первых, при движении газа часть одоранта вступает в реакцию с оксидами железа, имеющимися на стенке трубы. Газовики знают, как сильно пахнет демонтированная труба, по которой долго подавался природный газ. В содержащемся в газе конденсате (влаге) одорант частично растворяется, что также приводит к снижению интенсивности запаха газа. Чем больше протяженность газопровода, тем больше одоранта остается в нем, тем слабее запах одорированного газа в конечной точке.

Во-вторых, качество одоризации напрямую зависит от используемого оборудования, в частности, от степени автоматизации процесса. Современная техника позволяет изменять подачу одоранта в поток газа с учетом результатов определения его содержания. В то же время на ряде ГРС одоризация происходит в устаревших блоках, в которых подача одоранта в поток газа не изменяется в зависимости от его концентрации.

Третий фактор — это состав газа, в котором изначально могут содержатся меркаптановая сера и сероводород в разных количествах. Чем больше этих компонентов в газе, тем меньше требуется одоранта.

Таким образом, интенсивность запаха газа зависит от химического состава газа, оборудования, используемого для одоризации, и состояния и протяженности газопроводов.

Методы контроля

 Для контроля интенсивности запаха газа возможно применение двух принципиально отличающихся методов (рис. 1):

  1. Органолептические, в основе которых лежит субъективная оценка человеком запаха газа
  2. Приборные (электрохимический, фотометрический, газовая хроматография и другие), когда измеряется концентрация содержания серосодержащих соединений в газообразной среде.

 

Рис. 1. Контроль интенсивности запаха газа

Органолептические методы

 В России межгосударственным стандартом ГОСТ 22387.5-2014 предусматривается применение органолептического анализа. Установлено два метода определения интенсивности запаха газа: камерный и с использованием одориметра.

В первом случае необходима комната-камера, отвечающая определенным требованиям по площади, высоте и объему, стены, потолки и полы которой выполнены из материалов, не обладающих запахами и непроницаемых для запахов, оборудованная газопроводом со счетчиком газа и вытяжной вентиляцией. Также необходимы четыре электровентилятора, секундомер и термометр для контроля температуры в помещении. Подробное описание условий, при которых применяется камерный метод, необходимо для понимания, насколько серьезны требования к помещению и оборудованию. С учетом того, что зачастую контроль необходимо производить не в одном пункте и требуется оборудование нескольких комнат для контроля запаха газа, одорируемого на одной ГРС, газораспределительные организации камерный метод не используют.

Контроль интенсивности запаха газа производят пять испытателей без признаков простудных заболеваний. В камере создают концентрацию в 1%: в помещение подают через счетчик объем газа, составляющий одну сотую от объема комнаты. После перемешивания газовоздушной смеси вентиляторами руководитель с испытателями заходят в комнату, где проводят два испытания: сразу после входа и через одну минуту. Каждый испытатель заполняет свой бланк независимо от других и передает руководителю, который оформляет акт испытаний с вычислением среднего балла.

Метод с использованием одориметра состоит в том, что с помощью этого технического устройства создается определенная концентрация природного газа в выходящей из устройства смеси газа и воздуха. Именно ее запах оценивают испытатели. В ГРО применяют устройства следующих изготовителей:

— одориметры газа ОГ (АО «Гипрониигаз», Саратов);

— приборы для приготовления газовоздушных смесей ОО-3 и ОО-4 (РУП «Белгазтехника», Минск);

— одориметры органолептические ОРГО (ФГУП «СПО «Аналитприбор», Смоленск).

Одориметры ОГ и ОРГО подключаются к сети переменного тока 220 В, приборы ОО-3 и ОО-4 могут получать электропитание как от сети переменного тока 220 В, так и от внешнего источника постоянного тока 11–14 В.

Рис. 2. Функциональная схема одориметра ОРГО

Одориметр ОРГО состоит из блока разбавления газа и сигнализатора горючих газов СГГ-20Микро-02М (рис. 2). В блок разбавления входят вентилятор, плата питания, входной клапан, вентиль регулировки расхода газа и органолептическая воронка. Газ поступает на входной штуцер и далее через входной клапан на вентиль регулировки расхода. Затем определенное количество газа поступает в смеситель, который представляет собой вертикальную трубу с расположенным в нижней части вентилятором. Здесь происходит разбавление газа воздухом до получения внутри органолептической воронки необходимой концентрации, контролируемой сигнализатором СГГ-20Микро-02М. Далее открывается кран на газопроводе и входной клапан. Вентилем регулировки расхода газа устанавливают на выходе одориметра концентрацию в пределах от 0 до 2% объемной доли.

Испытатели поочередно определяют интенсивность запаха газовоздушной смеси, выходящей из воронки одориметра, записывают результаты в бланк испытания без передачи информации друг другу. Испытывают не менее трех разных проб газовоздушной смеси с объемной долей природного газа, равномерно распределенной в диапазоне от 0,1 до 2,0%. Руководитель испытаний на основании бланков испытателей в полулогарифмической системе координат строит график зависимости запаха газа от его объемной доли. В акте результатов определения запаха газа с использованием одориметра указывается средний балл.

Приборные методы

 В европейских странах для контроля интенсивности запаха газа применяется, как правило, приборный метод. В России серосодержащие компоненты в природном газе измеряют в соответствии со следующими стандартами:

— ГОСТ 22387.2-2014 «Газы горючие природные. Методы определения сероводорода и меркаптановой серы»;

— ГОСТ Р 53367-2009 «Газы горючие природные. Определение серосодержащих компонентов хроматографическими методами».

ГОСТ 22387.2-2014 устанавливает три метода определения меркаптановой серы, кратко охарактеризованные в табл. 1.

Таблица 1

Наименование метода Диапазон измеряемой массовой концентрации меркаптановой серы, г/м3 Сущность метода Требования к квалификации персонала, не ниже
Фотоколориметрический 1,0 × 10-3 — 2,5 · 10-1 Поглощение меркаптанов щелочным раствором хлористого кадмия из предварительно очищенного от сероводорода газа и последующее фотоколориметрическое или спектрометрическое определение смеси красных красителей, образующихся при реакции Лаборант химического анализа 5 разряда
Йодометрический 1,0 × 10-3 — 0,5 Поглощение меркаптанов щелочным раствором хлористого кадмия из предварительно очищенного от сероводорода газа и последующее йодометрическое титрование образовавшегося меркаптида кадмия Лаборант химического анализа 4 разряда
Потенциометрический 1,0 × 10-2 — 1,0 Поглощение меркаптанов раствором гидроокиси калия и последующее потенциометрическое титрование полученного раствора раствором азотнокислого серебра в присутствии аммиака Лаборант химического анализа 4 разряда

Из описания трех методов понятно, что все они требуют доставки пробы в химическую лабораторию, оснащенную необходимым оборудованием и реактивами. Само измерение должен выполнять высококвалифицированный персонал. Подавляющее число газораспределительных организаций не имеют возможности выполнять контроль природного газа по ГОСТ 22387.2-2014.

Суть газовой хроматографии состоит в разделении газа на отдельные компоненты, которые анализируется по количественным и качественным параметрам. ГОСТ Р 53367-2009 предусматривает применение газовых хроматографов, в которых в хроматографических колонках происходит дифференцирование газа на отдельные компоненты, концентрация которых фиксируется различными детекторами: пламенно-фотометрическими, электрохимическими, катарометрами (детекторами теплопроводности) или другими, имеющими необходимую чувствительность.

Рис. 3. Газовый хроматограф МАГ-С

Потоковый газовый хроматограф МАГ-С (рис. 3), который производит ООО НТФ «Бакс» (Самара), позволяет определять массовую концентрацию серосодержащих соединений в природном газе по ГОСТ Р 53367-2009. В нем используется электрохимический детектор, принцип работы которого заключается в измерении электрического тока, вырабатываемого при окислении серосодержащих компонентов на электродах электрохимической ячейки. В качестве газа-носителя используется воздух в баллонах давлением 0,3–0,6 МПа. Кроме того, ООО НТФ «Бакс» производит портативный газовый хроматограф S-Хром, в котором также используется электрохимический детектор. Воздух из окружающей среды подается мини-компрессором. Газовые хроматографы имеют высокую стоимость, низкое быстродействие и требуют участия квалифицированного персонала.

Ряд газоанализаторов, использующих электрохимические детекторы, позволяют измерять общее содержание меркаптановой серы без разделения на отдельные компоненты. При этом проба поступает к рабочему электроду электрохимической ячейки через газопроницаемую мембрану, которая пропускает только меркаптаны. В результате ток детектора пропорционален содержанию в газе меркаптановой серы.

Газоанализатор стационарный автоматический АНКАТ-7670 производит ФГУП «СПО «Аналитприбор». Прибор обеспечивает автоматический пересчет результатов измерений в массовую концентрацию меркаптановой серы. АНКАТ-7670 циклически измеряет концентрацию одоранта в природном газе с определенной периодичностью: пять минут — измерение, 25 минут — продувка воздухом электрохимической ячейки. Измеренное значение регистрируются по цифровому индикатору или по выходному сигналу постоянного тока, измеренному миллиамперметром. В автоматическом режиме АНКАТ 7670 архивирует результаты измерений за месяц. Уменьшение концентрации ниже установленного значения «ПОРОГ1» приводит к включению звуковой сигнализации и соответствующего светового индикатора. При увеличении концентрации свыше установленного значения «ПОРОГ2» также срабатывает звуковая сигнализация, и загорается другой световой индикатор.

Переносной индикатор ИЗО также производит ФГУП «СПО «Аналитприбор». Прибор имеет взрывозащищенное исполнение, принцип его работы — электрохимический. При проходе газа через пористую мембрану электрохимической ячейки формируется токовый сигнал, пропорциональный концентрации измеряемого одоранта.

Рис. 4. Подключение индикатора ИЗО к газопроводу

Индикатор подключается к газопроводу низкого давления 1 через кран 2 (рис. 4). По ходу газа устанавливается зажим (или вентиль точной регулировки) 3 и индикатор расхода 4. Через поверочный колпачок 5 газ подается к индикатору 6. Соединения выполняются поливинилхлоридными трубками. При измерении открывается кран 2, с помощью зажима 3 устанавливается расход газа через прибор 0,4 ± 0,1 л/мин. После индикатора газ должен сбрасываться в безопасное место. Через пять минут фиксируются показания индикатора. Прибор показывает концентрацию световой индикацией на табло верхней панели в баллах согласно ГОСТ 22387.5-2014 (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика индикации Интенсивность запаха, баллы
Непрерывная красного цвета: индикатор «1» или индикатор «2» Соответственно 1 или 2 балла
Прерывистая красного цвета: индикаторы «3», «4», «5» Соответственно 2,5; 3,5 или 4,5 балла
Непрерывная красного цвета: индикаторы «3», «4», «5» Соответственно 3, 4 или 5 баллов


Организация работ

 ГОСТ Р 54983-2012 «Сети газораспределения природного газа. Общие требования к эксплуатации. Эксплуатационная документация» устанавливает, что контроль интенсивности запаха газа должна выполнять газотранспортная организация в конечных точках на тупиковых участках сети газораспределения с периодичностью не реже одного раза в 10 дней. В большинстве случаев одоризацию осуществляет организация, обслуживающая магистральные газопроводы, а контроль интенсивности запаха газа — обслуживающая газораспределительные сети. Газораспределительные организации, осуществляя контрольные функции, не могут повлиять на качество одоризации на ГРС.

Органолептический метод с использованием одориметра имеет ряд недостатков, которые усложняют его использование газораспределительными организациями. Во-первых, для контроля необходимо участие шести человек — руководителя и пяти испытателей. Для эксплуатационных служб выделение такого числа сотрудников каждые 10 дней представляет проблему, особенно в период подготовки к работе в осенне-зимний период. Замеры редко производятся в одном пункте контроля, поэтому необходимо учитывать время, затрачиваемое на переезды. В результате работники могут целый день заниматься контролем одоризации в самое важное время, когда идет подготовка газовых сетей к работе в отопительный период. Зачастую это приводит к формальному выполнению работ. Во-вторых, токсичность вдыхаемого газа негативно влияет на здоровье испытателей. В-третьих, разные люди по-разному воспринимают интенсивность запаха, что приводит к субъективности контроля. Также есть требования к выбору пункта контроля: место проведения работ должно быть защищено от ветра и изолировано от источников запахов. При использовании одориметров ОГ и ОРГО необходимо подключение к сети переменного тока 220 В, что возможно на ГРП (ГРПБ) или с применением бензогенератора.

Органолептический метод требует значительных трудозатрат, поэтому в настоящее время СТО Газпром газораспределение 2.14-2016 «Приборный контроль интенсивности запаха природного газа» предлагает альтернативу — определение степени одоризации по концентрации меркаптановой серы с использованием приборов. Замер можно выполнять на месте, когда проба газа незамедлительно направляется в прибор, либо посредством отправки пробы к удаленному месту проведения анализа. В первом случае применяется переносной газоанализатор, во-втором возможно использование стационарного прибора.

Пункты контроля интенсивности запаха газа определяются газораспределительной организацией самостоятельно в зависимости от схемы газоснабжения территории. Их наносят на схемы, утверждаемые техническим руководителем. При этом необходимо учитывать, что на интенсивность запаха газа влияют два основных фактора — качество одоризации на ГРС и состояние и протяженность газопроводов.

Рис. 5. Принципиальная схема контроля одоризации
1 — газораспределительная станция; 2 — пункт контроля интенсивности запаха газа

При выборе мест размещения пунктов контроля необходимо учитывать размеры газораспределительной сети. Самый простой вариант — газ после ГРС подается в один небольшой населенный пункт. В этом случае замеры интенсивности запаха газа необходимо производить в одной точке, максимально удаленной от ГРС (рис. 5). В сельских муниципальных районах при наличии нескольких направлений подачи газа от ГРС необходимо организовать несколько пунктов контроля запаха в разных населенных пунктах.

Рис. 6. Схема контроля одоризации со стационарным газоанализатором
1 — газораспределительная станция; 2 — пункт редуцирования газа; 3 — пункт контроля интенсивности запаха газа

Для определения качества одоризации желательно обеспечить контроль сразу после ГРС, например, на первом по ходу газа ПРГ, подающем газ в населенный пункт (рис. 6). В этом случае влияние протяженности и состояния газопроводов будет наименьшим. Для измерений можно использовать стационарный газоанализатор АНКАТ-7670, что позволяет автоматизировать процесс, а в случае включения прибора в состав телеметрии ПРГ — обеспечить дистанционный контроль с архивированием полученных данных. Другой пункт контроля необходимо размещать в конечной точке, в которой концентрация одоранта окажется минимальной. Для разветвленных газораспределительных сетей необходимо несколько пунктов, в которых возможно применение переносного газоанализатора АНКАТ-7631 Микро-RSH. Размещение стационарного одориметра в ПРГ требует серьезных затрат, поэтому такая схема контроля одоризации — скорее желаемая, чем практически функционирующая.

При контроле интенсивности запаха газа в соответствии со СТО Газпром газораспределение 2.14-2016 возможно применение различных приборных методов, которые дают результат измерений в баллах или в значении концентрации меркаптановой серы. Для второго случая соотношения балльной оценки с диапазонами концентрации меркаптановой серы приведены в табл. 3.

Таблица 3

Балл Диапазон концентрации меркаптановой серы, мг/м3
Нижняя граница, не менее Верхняя граница, менее
0 0 1
1 1 2
2 2 4
3 4 13
4 13 36
5 36

При контроле интенсивности запаха газа предпочтительно применение переносных анализаторов, которые выдают результат измерения в баллах. В этом случае не требуется высокая квалификация персонала, что позволяет выполнять работы слесарям ГРО обычной квалификации. Работу могут исполнять два сотрудника, а не шесть, как в случае органолептического анализа. Дополнительные возможности упрощения организации работ дает возможность доставки проб газа к месту измерения. Применение СТО Газпром газораспределение 2.14-2016 позволяет уменьшить трудозатраты при контроле интенсивности запаха в газораспределительных сетях.

Добавить в закладки
Поделиться
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к обсуждению

Комментариев нет