В 2026 году в лабораториях сталеплавильных комбинатов, муниципальных котельных, газораспределительных станций и коксохимических производств России ежедневно проводятся тысячи анализов дымовых и технологических газов. И 70–80 % этих анализов — это не электронный газоанализатор с цифровым экраном, а комплект КГА-2-1: стеклянная бюретка на 100 мл, пять поглотительных сосудов, гребёнка с кранами и печь для сжигания. Разработка середины XX века, регламентированная ГОСТ 5439-76, работает без сбоев в условиях, где электроника отказывает за месяц.
Статья — полный справочник по российским химическим газоанализаторам: КГА-2-1 как флагман, ГК-1 для кислорода, МХТИ-3 как упрощённый учебный, комплекты ОГА-2М и ОГГ. С принципом действия, реагентами, точностью, применениями в каждой отрасли, типичными ошибками и сравнением с электронными. Кто работает с анализом продуктов сгорания в котельных, с коксовым и доменным газом на металлургических комбинатах, с природным газом на ГРС, с сырьевыми газами в химической промышленности — найдёт здесь конкретные ответы на закупочные и эксплуатационные вопросы.
Что такое КГА и откуда он взялся
КГА — Комплект для Газовых Анализов. Метод, на котором работает прибор, описал французский химик Анри Луи Орса в 1876 году: газовую смесь последовательно прокачивают через несколько поглотительных растворов, каждый из которых абсорбирует только один определённый компонент. Разница объёма до и после каждого сосуда — содержание этого компонента в газе.
В СССР принцип Орсата положили в основу стандартного промышленного газоанализатора ГОА-1. В 1976 году на смену пришёл ГОСТ 5439-76 «Газы горючие природные и искусственные. Методы определения объёмной доли компонентов на комплектах для газовых анализов типа КГА» — действующий по сей день. По нему выпускаются КГА-2-1, КГА-4-2, а также специализированные модификации ОГА-2М и ОГГ-2.
Альтернативы появились позже: хроматография (ГОСТ 31371.1-2008), электрохимические датчики, ИК-фотометрия. Каждая быстрее, автоматичнее. Но в арбитражных анализах, в поверке приборов более сложных, в аудитах котельных и ТЭЦ, в учебном процессе вузов ТЭФ и МФХИ — КГА остаётся эталоном. Причины разбираем ниже.
Что определяет КГА-2-1
Номенклатура компонентов, определяемых на одном приборе:
| Компонент | Поглотительный раствор | Реакция |
|---|---|---|
| CO₂, SO₂, H₂S (сумма кислотообразующих) | Водный раствор KOH 30–37 % | Нейтрализация кислотных газов щёлочью |
| O₂ (кислород) | Щелочной раствор пирогаллола «А» | Окисление пирогаллола кислородом до хинона |
| CnH₂n (непредельные углеводороды: этилен, пропилен, бутилен) | Бромная вода или Br₂ в KBr | Присоединение брома по двойной связи |
| CO (окись углерода) | Аммиачный раствор однохлористой меди Cu₂Cl₂ в NH₃·H₂O | Образование комплекса Cu(CO)Cl·NH₃ |
| H₂ (водород), CH₄ (метан) | Сжигание в печи с CuO при 700–950 °C | H₂ + ½O₂ → H₂O; CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O |
| N₂, инерты (Ar, He) | Не поглощаются — определяются по остатку | Разность 100 % минус сумма поглощённых |
Один комплект за один анализ (40–60 минут) даёт полный состав газовой смеси. Для частных задач выпускаются упрощённые модификации.
Модели российского производства
КГА-2-1 — флагман. Полный анализ природных и промышленных газов. Вместимость измерительной бюретки 21 или 100 мл (в разных исполнениях), цена деления 0,05–0,1 мл, допустимая погрешность ±0,1 мл. Комплект: 5 поглотительных сосудов, бюретка с водяной рубашкой для термостатирования, печь сжигания 950 °C с медной стружкой, манометр-клапан, гребёнка с трёхходовыми и серповидными кранами, переходники. Габариты 960×510×180 мм, масса до 14 кг, питание 220 В / 1 кВт (для печи сжигания).
ГК-1 (газоанализатор кислорода) — упрощённый. Только O₂. Один поглотительный сосуд с пирогаллолом. Задача — быстрая оценка избытка воздуха в топке, контроль уплотнения газовых линий, проверка инертной атмосферы. Габариты и масса вдвое меньше КГА-2-1, анализ 10–15 минут.
МХТИ-3 — разработка Московского химико-технологического института им. Менделеева. Учебная модификация, компактная. Определяет те же компоненты, что и КГА-2-1, но с меньшей точностью и объёмом пробы. Применяется в вузах по специальностям «Тепловые электрические станции», «Промышленная экология», «Технология топлива и газа».
Комплект КГА — полный набор для сборки КГА-2-1 «с нуля»: стеклянная сборка, гребёнка, поглотительные сосуды, бюретка, трубка сжигания, все переходники и шланги. Для лабораторий, которые хотят собрать собственную установку или укомплектовать имеющуюся.
ОГА-2М и ОГГ-2 — для узкоспециализированных задач. ОГА — для анализа горючих газов (коксовый, генераторный), ОГГ — для газов горения с высоким содержанием кислотных компонентов. Стеклокомплекты к этим приборам — по артикулам.
Гребёнка КГА — отдельный расходник. Если сломался кран или потрескалась, меняется без замены всего прибора. То же касается поглотительных сосудов — они расходуются постоянно, производитель держит их в постоянной номенклатуре.
Где применяют химические газоанализаторы
Теплоэнергетика — главное направление. Контроль состава уходящих газов в котлах, печах, газовых турбинах. По содержанию O₂ рассчитывают коэффициент избытка воздуха α (для газового котла норма 1,05–1,15). Недостаток O₂ — неполное сгорание, выброс CO, потеря КПД. Избыток — уход тепла с дымовыми газами, падение КПД на 2–5 %. Для ТЭЦ мощностью 300 МВт снижение избытка воздуха на 0,05 даёт экономию топлива 200–300 млн рублей в год. Контроль — регламентирован ПТЭ тепловых электростанций и тепловых сетей.
Чёрная и цветная металлургия. Анализ коксового газа (50 % H₂, 25 % CH₄, 10 % CO, 3 % CO₂, остаток N₂), доменного газа (25 % CO, 25 % CO₂, 50 % N₂ — баланс технологического процесса), колошникового газа электропечей. От точности анализа зависит производительность домны и себестоимость чугуна. ГОСТ 22387.2-97, ГОСТ 23781-87 — регламентирующие стандарты.
Газовая промышленность. Анализ природного газа на ГРС, оценка доли тяжёлых углеводородов и инертов (не горючая часть), контроль после очистки от H₂S и меркаптанов на сероочистных установках. Для коммерческой продажи природного газа точность критична — 1 % погрешности в анализе на потоке 100 млн м³/сут даёт миллионы рублей разницы в платежах.
Коксохимическое производство. Анализ газов при пиролизе углей: определение фракционного состава, содержания сероводорода, цианистого водорода. Методики на основе ГОСТ 5439 с дополнительными поглотителями.
Нефтехимия и органический синтез. Контроль состава попутного нефтяного газа (ПНГ) перед компрессорной станцией, анализ отходящих газов крекинг-установок, проверка чистоты сырьевых газов перед полимеризацией.
Химия и технология топлива. Газогенераторы (тыловой газ), пиролизные установки, углехимия. Анализ синтез-газа в процессах Фишера-Тропша.
Аккредитованные испытательные лаборатории. Арбитражные анализы при спорах о качестве поставляемого газа, при сертификации новых установок, при аудите действующих котельных.
Учебные заведения. Вузы, техникумы, учебные центры теплоэнергетики — КГА обязательный элемент лабораторного практикума по дисциплинам «Теплотехника», «Процессы и аппараты», «Аналитическая химия», «Промышленная экология».
Реагенты: как приготовить и хранить
Качество реагентов напрямую определяет точность анализа. Ошибки приготовления — 80 % всех проблем КГА.
Раствор 1: KOH 30–37 % (поглощает CO₂, SO₂, H₂S). 315 г KOH растворить в 685 мл дистиллированной воды (30 %) или 370 г в 630 мл (37 %). Готовить в термостойкой колбе при охлаждении — растворение KOH экзотермическое, температура поднимается до 80 °C. Хранить в полиэтиленовой ёмкости (стеклянная со временем выщелачивается). Поглотительная ёмкость раствора: 1 мл раствора 37 % поглощает около 0,35 мл газа. Замена — по изменению цвета (появление тёмной окраски, признак поглощения сероводорода) или при снижении поглотительной способности.
Раствор 2: щелочной пирогаллол «А» (поглощает O₂). 44 г пирогаллола растворить в 132 мл раствора KOH 37 %. Раствор быстро окисляется на воздухе — готовить ex tempore, непосредственно перед заправкой в поглотитель. Сверху обязательно заливать тонким слоем (2–3 мм) вазелинового или трансформаторного масла — для защиты от атмосферного кислорода. Срок службы в работающем поглотителе: 30–50 анализов или 2–3 недели, что наступит раньше. Признак исчерпания — изменение цвета от зелёно-жёлтого до коричневого.
Раствор 3: бромная вода или Br₂ в KBr (поглощает непредельные). Бромная вода: насыщенный раствор Br₂ в воде, около 3,6 % при 20 °C. Бромид калия: 20 г KBr в 100 мл воды с добавлением 5 мл жидкого брома. Работа с бромом — ОБЯЗАТЕЛЬНО в вытяжном шкафу, с СИЗ (резиновые перчатки, очки, респиратор). Хранение — в тёмной стеклянной посуде с притёртой пробкой, при температуре не выше 15 °C. При попадании бромной воды на кожу — немедленное обмывание 2 % тиосульфатом натрия, потом большим количеством воды.
Раствор 4: аммиачный раствор Cu₂Cl₂ (поглощает CO). 20 г Cu₂Cl₂ (однохлористая медь, не CuCl₂!) растворить в 80 мл 25 % аммиака. Раствор быстро окисляется с образованием чёрного осадка CuO. Обязательно добавить в раствор медную стружку (1–2 г) — она восстанавливает Cu²⁺ обратно в Cu⁺. При работе в поглотитель загружают медной проволокой на дно. Хранить в темноте, под слоем вазелинового масла.
Все реагенты — только свежие. Просроченный раствор даёт занижение поглощения — результат анализа смещается в сторону «больше инертов», что маскирует реальную картину горения.
Процесс анализа: пошагово
Один полный цикл занимает 40–60 минут при опытном операторе.
Подготовка прибора. Проверка герметичности (закрытые краны, отсутствие разгерметизации на ночь), уровень запирающей жидкости в бюретке (обычно 10–20 % раствор H₂SO₄), свежесть реагентов в поглотителях.
Отбор пробы газа. Через боковой штуцер или через ППГ (прибор отбора и хранения проб). В бюретку всасывается 100 мл пробы, объём фиксируется при атмосферном давлении и температуре лаборатории (обязательно к протоколу).
Первое поглощение — CO₂, SO₂, H₂S (KOH). Газ проталкивают через раствор 5–7 раз. После — измерение остаточного объёма. Разница = объёмная доля кислотообразующих газов.
Второе поглощение — O₂ (пирогаллол). 3–5 циклов. Разница = O₂.
Третье поглощение — непредельные (бромная вода). 3–4 цикла. Разница = CnH₂n.
Четвёртое поглощение — CO (медь-аммиак). 6–10 циклов (CO растворяется медленнее остальных). Разница = CO.
Сжигание — H₂, CH₄. Остаток газа проталкивается через нагретую печь с CuO (700–950 °C). H₂ окисляется до H₂O, CH₄ — до CO₂ + H₂O. После охлаждения в бюретке — измерение объёма. Расчёт H₂ и CH₄ — по стехиометрии.
Остаток = N₂ + инерты. Определяется по балансу (100 % минус все поглощённые и сгоревшие).
Оформление результата. В протокол: объёмные доли компонентов с поправкой на температуру и давление, дата, оператор, номер пробы, свидетельство о поверке термометра и манометра.
Преимущества химического метода vs электронного
Частый вопрос закупщика: «Зачем стеклянный КГА, если есть электронные газоанализаторы в один блок?»
КГА работает без калибровки. Метод абсолютный — объём поглощённого газа измеряется напрямую по градуированной бюретке. Не нужны поверочные газовые смеси (по 50–200 тыс. ₽ за баллон).
Без зависимости от электроники. В условиях высокой пыли, температуры, вибрации, магнитных помех (металлургия, цементные заводы) электронные датчики отказывают за 1–6 месяцев. КГА работает десятилетиями — только замена реагентов и ремонт кранов.
Экономика эксплуатации. Стоимость реагентов на год — 3–10 тыс. ₽. Стоимость поверочных смесей и обслуживания электронного аналога — 80–300 тыс. ₽ в год.
Арбитражная значимость. Для спорных ситуаций анализ на КГА по ГОСТ 5439 принимается судами и контролирующими органами без дополнительной валидации.
Учебная ценность. Студент, научившийся работать на КГА, понимает химизм процесса. На цифровом газоанализаторе — только нажимает кнопки.
Недостатки КГА. Время анализа 40–60 минут против 1–5 минут у электронного. Требует квалификации оператора (1–3 месяца обучения). Не годится для автоматических систем и онлайн-мониторинга.
Решение: КГА — для арбитражных, учебных и контрольных анализов. Электронные — для онлайн-мониторинга. В современной котельной обычно есть и тот, и другой — дополняют друг друга.
Типичные ошибки при работе с КГА
Недостаточное число циклов через поглотитель. Частая ошибка: оператор делает 2–3 прокачки вместо регламентных 5–10. Результат: неполное поглощение, занижение на 10–30 %. Решение — контроль по постоянству объёма: если после очередного цикла показание не меняется, поглощение завершено.
Утечка через неплотный кран или шлиф. За 40 минут анализа через микротрещину может уйти 1–3 мл газа. Это 1–3 % абсолютных — больше паспортной погрешности. Решение: проверка кранов ежемесячно по вакуумному тесту, смазка шлифов свежей апиезоном L.
Холодная печь сжигания. Для H₂ минимум 700 °C, для CH₄ — 900–950 °C. Если не довести — горение неполное, результат занижен. Правило: печь включать за 15 минут до анализа, контроль температуры по пирометру.
Старая медь-аммиачка. Раствор Cu₂Cl₂ в аммиаке при хранении окисляется. Признак — чёрный осадок CuO. Такой раствор поглощает CO в 2–3 раза хуже. Правило: обновлять каждые 2 недели или после 50 анализов.
Перегрев бюретки. Бюретка должна быть с водяной рубашкой, температура 20 ± 2 °C. Если лаборатория +30 °C летом, газ в бюретке расширяется, результат смещается. Решение: термостатирование с водяным циркулятором или хотя бы тень и окно.
Несвежая запирающая жидкость. В бюретке — раствор H₂SO₄ 10–20 % с добавкой метилового оранжевого (для визуализации уровня). Если жидкость мутная, с взвесью — замена. Грязная жидкость задерживает пузырьки газа, объём читается неточно.
Частые вопросы
Нужна ли поверка газоанализатора КГА? Нет, КГА не относится к средствам измерения. Поверяется отдельно измерительный термометр, манометр, бюретка (как мерная посуда по ГОСТ 1770-74). Паспорт на весь комплект — для аккредитации по ГОСТ ISO/IEC 17025-2019.
Можно ли определить на КГА сероводород H₂S отдельно от CO₂ и SO₂? Для этого нужен дополнительный селективный поглотитель: уксуснокислый кадмий (поглощает H₂S, но не CO₂ и SO₂). Включается в схему между бюреткой и KOH. Методика — по ГОСТ 22387.2-97.
Какой объём пробы считается достаточным для надёжного анализа? Стандартная бюретка — 100 мл. При содержании целевого компонента 1 % и цене деления 0,1 мл относительная погрешность 10 %. Для точных анализов низких концентраций (0,1–1 %) пробу пропускают повторно или используют концентратор.
Совместим ли КГА с анализом природного газа на ГРС? Да. Природный газ содержит: CH₄ 90–98 %, C₂H₆ 1–5 %, тяжёлые углеводороды до 3 %, CO₂ до 2 %, N₂ до 5 %. Все компоненты определяются на КГА-2-1. Для точного содержания метана и этана рядом часто ставят газовый хроматограф (ГОСТ 31371.1-2008), КГА работает как «грубый» экспресс-метод и арбитраж.
Сколько прослужит комплект КГА-2-1 при ежедневном использовании? Стеклянная часть — 10–20 лет с периодической заменой расходников (сосуды, краны, гребёнка). Печь сжигания (электрическая часть) — 5–10 лет. При работе 5 анализов в день — ориентировочный срок службы всего комплекта 15 лет. Окупаемость по сравнению с электронным аналогом — 1–2 года.
Где обучают работать на КГА? Все технические вузы по направлениям «Теплоэнергетика», «Химическая технология», «Экология» включают КГА в практикум. Курсы повышения квалификации для лабораторий: МЭИ, РГУ нефти и газа им. Губкина, УрФУ, СПбГТИ(ТУ), учебные центры ТЭЦ и НПЗ. Для опытного химика освоение — 1–2 недели.
Можно ли использовать КГА для анализа воздуха рабочей зоны? КГА предназначен для высоких концентраций компонентов (0,1 % и выше). Для воздуха рабочей зоны, где нормы выражаются в мг/м³ (а для CO ПДК 20 мг/м³ = 0,0017 %), нужны специализированные приборы с пределом обнаружения на 2–3 порядка ниже. Для рабочей зоны — ГАНК-4, Мультигаз, ОКА-Т, электрохимические портативные.
Какая связь КГА с газопромывателями ГФП/ГФИ? Поглотительные сосуды КГА — это те же газопромыватели ГФП и ГФИ по ГОСТ 25336-82, только с конкретным реагентом под задачу. Подробно о самих газопромывателях — в отдельной статье.
Российское производство, безналичный расчёт
Полные комплекты газоанализаторов — КГА-2-1, ГК-1, комплекты КГА, сменные гребёнки, стеклоизделия для ОГА-2М и ОГГ-2. Газопромыватели ГФП/ГФИ для сборки нестандартных схем анализа — всех исполнений. Продукция клинских заводов, стекло по ГОСТ 25336-82, соответствие ГОСТ 5439-76. Стимул работает с 2004 года по безналичному расчёту с юрлицами и ИП, полный комплект документов для аккредитованных лабораторий по ГОСТ ISO/IEC 17025. Доставка по всей России — для Урала, Сибири и ДВ из Екатеринбурга логистика короче московской, что критично для оперативного запуска лабораторий ТЭЦ и металлургических комбинатов.
