книги / Методы и автоматизированные системы аналитического контроля технологических процессов и окружающей среды. Методы и автоматизированные системы промышленного аналитического экологиче
.pdf5)время установления показаний Т0,9 не более 60 с;
6)потребляемую мощность, Вт:
–модуля газоанализатора не более 1,
–блока обработки и регистрации не более 60. Метрологическое обеспечение приборов при выпуске из
производства и в процессе эксплуатации будет осуществляться с помощью генераторов газов на основе микродозаторов и разбиваемых ампул.
В газоанализаторах используются электрохимические ячейки. Система имеет возможности расширений по мере разработки новых электрохимических ячеек и готовности их метрологического обеспечения.
Станция типа АСКЗ-АГ предназначена для непрерывного автоматического измерения, обработки, регистрации, хранения информации о концентрации загрязнителей атмосферы и значениях 4 метеопараметров. Система может быть использована в составе головных АСК атмосферы.
Станция включает в себя павильон с внешними и внутренними вспомогательными устройствами, автоматическую газоаналитическую аппаратуру, комплекс метеодатчиков, устройство сбора и обработки информации и регистрирующее устройство.
Система имеет следующие технические данные:
1)количество каналов измерения: загрязнителей 9, метеопараметров 4;
2)время автономной работы станции 15 сут;
3)диапазоны измерения концентрации загрязнителей,
мг/м3: О2 0...5,0; СО 0...80; О 0...2,5; суммы окислов азота 0...2,5;
СН4 0...50; суммы углеводородов 0...50; озона 0...0,5;
4)погрешность измерения загрязнителей, %: О2 ± 20; О, суммы углеводородов без метана и озона ±20; СО ±7; суммы окислов азота ±30, СН4 ±15;
5)диапазоны измерения метеопараметров: температуры воздуха –50...+50 °С; относительной влажности воздуха 15...98 %; скорости ветра 1,5...40 м/с;
161
6) погрешность измерения метеопараметров: температуры воздуха ±2° С; относительной влажности ±5 %; скорости ветра
±0,65 м/с.
Питание системы производится от трехфазной сети переменного тока с нулевым проводом напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность 10 кВ·А. Масса станции 5000 кг. В комплект поставки входит: павильон, устройство отбора и обработки информации, анализаторы ГИАМ-1, 667 ФФ01, 645 ХЛ01, 623 ИН 02, 652 ХЛ 01; анеморумбограф М63 МР, батарея пожаротушения БАГЭ-2, гигрометр сорбционный ГС-210, датчик температуры М-121, комплект ЗИП, документация.
НПФ «ДИЭМ» (Россия) разработана стационарная станция мониторинга атмосферы, предназначенная для выполнения круглосуточных автоматических измерений метеорологических параметров атмосферы и концентраций определенного набора загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в заданной точке местности и передачи результатов измерений для дальнейшей обработки. Особенностями станции являются: открытость – возможность комплектования любыми стандартными газоанализаторами и метеорологическим оборудованием российского или зарубежного производства; автоматическое управление измерительным процессом на основе встроенного индустриального управляющего компьютера; хранение в памяти управляющего компьютера результатов измерений за последние 30 суток (в течение неограниченного времени при отключении внешнего электропитания); автоматическая калибровка газоанализаторов и кампарирование погрешностей измерения в режиме реального времени; автоматическая передача результатов измерений по телефонным и радиоканалам; дистанционный контроль технического состояния оборудования пожарной опасности и вскрытия станции; дистанционное управление режимами работы станции; автоматический самозапуск при перерывах внешнего электропитания; автономность работы не менее 30 суток.
162
В состав станции входят павильон с мачтовым устройством, система жизнеобеспечения и энергоснабжения, система измерительная.
Система жизнеобеспечения и энергоснабжения обеспечивает:
•электропитание от сети переменного тока напряжением
220 В (380 В), частотой 50 Гц;
•стабилизацию электропитания станции на уровне 220 В ±
±10 % при внешнем электропитании 220 В ± 30 % ( потребляемая мощность станции не более 3,5 кВт, время бесперебойного электропитания устройства управления станции при отключении внешнего электропитания 6 ч);
•рабочую температуру внутри станции +(20 ± 2)°C ( поддерживается автоматически при температуре окружающего воздуха от –50 до +50 °С, допустимые пределы рабочей температуры внутри станции от +10 до +35 °С, при выходе температуры за эти пределы происходит аварийное отключение измерительной системы);
•автоматическое отключение электропитания при пожарной опасности.
В состав системы измерительной входят:
1) комплекс метеорологический с диапазонами измерения:
– скорости ветра 0,5…50,0 м/с,
– направления ветра 0…360 град,
– температуры –50...+50 °С,
– влажности 15–98 %,
– давления 0…800 мм рт. ст.,
– радиационного гамма-фона 10…10 000 мкР/ч;
2) комплекс газоаналитический (базовый комплект) для измерения концентраций:
–оксида углерода СО (принцип измерения – фотометрический в инфракрасной области спектра),
–оксидов азота NO, NO2, NOx (принцип измерения – хемилюминесцентный),
163
–аммиака NН3 (принцип измерения – хемилюминесцент-
ный),
–двуокиси серы SO2 (принцип измерения – УФ-флю- оресцентный),
–сероводорода H2S (принцип измерения – УФ-флю- оресцентный),
–суммарных углеводородов CnHm (принцип измерения – пламенно-ионизационный),
–метана CH4 (принцип измерения – пламенно-иони- зационный).
Комплекс газоаналитический может быть укомплектован любыми другими измерительными приборами, имеющими унифицированные токовые выходы или стандартные интерфейсы RS-232, RS-485;
3) подсистема пробоотбора и пробоподготовки, обеспечивающая первичную очистку пробы от пыли, подогрев пробы до 20 оС, слив конденсата;
4) подсистема автоматической калибровки «нуль-газом» от генератора чистого воздуха и реперными газами от газогенераторов;
5) подсистема управляющая на базе управляющего компьютера, осуществляющая опрос газоанализаторов, первичную обработку и накопление результатов измерений, формирование
ипередачу сообщений, прием и выполнение команд телеуправления.
5.2.2.Передвижные станции контроля воздуха
ВРоссии выпускается передвижная лаборатория для исследования атмосферных загрязнений типа «Атмосфера-П». Станция предназначена для контроля загрязнения атмосферного воздуха в городах и зонах размещения промышленных объектов, наблюдения за распространением вредных веществ от промышленных источников, а также для метеорологических наблюдений. Станция позволяет проводить работу на двух выносных
164
пунктах, обеспечивает инструментальный анализ воздуха на содержание сернистого газа, сероводорода, озона и хлора, одновременный отбор двух проб на пыль, сажу и 4–5 проб воздуха на выбранные ингредиенты непосредственно из приборного отсека, контроль метеорологических параметров в рабочем диапазоне измерительных приборов: скорости и направления ветра, температуры и относительной влажности окружающего воздуха.
Основными приборами этого комплекса являются: газоанализатор кулонополярографический типа ГКП-1, газоанализатор «Атмосфера» и метеостанция М-49. Оборудование станции смонтировано в кузове автофургона типа УАЗ, салон которого разделен на два отсека – приборный и вспомогательный. В приборном отсеке размещены приборы и оборудование для отбора проб воздуха на газовые примеси, пыль и сажу, а также приборы инструментального анализа; во вспомогательном отсеке – распределительный щит, кабельная катушка, аккумуляторные батареи и др. Ha крыше автомобиля-монитора укреплена съемная платформа с датчиками скорости и направления ветра, а также штанги и мачты установки в рабочее положение метеодатчиков.
Электроснабжение лаборатории осуществляется от автономного источника напряжения 220 В (50 Гц) или от сети с теми же номиналами. Автономный источник располагается на одноосном прицепе и подключается на стоянке за чертой города.
Передвижная станция «Атмосфера-П» имеет следующие технические характеристики:
1)производительность (при трехразовом отборе в сутки на 6 ингредиентов) до 3600 отборов проб в год;
2)скорость отбора проб, л/мин: воздуха 1...20, пыли
150...250, сажи 0,1;
3)пределы измерений: скорости ветра 1,5...50 м/с, направления ветра 0...360°, температуры окружающего воздуха 0...50 °С, относительной влажности 10...80 %;
4)потребляемая мощность 4 кВт;
165
5) габаритные размеры в развернутом состоянии не более
5900×3500×4300 мм; 6) масса без прицепа 2620 кг.
Приборы и оборудование станции работают при температуре 10...35°С; температуре наружного воздуха –20...+35 °С; относительной влажности до 80 % (при 20 °С) и атмосферном дав-
лении (750 ± 30) мм рт. ст.((99,75 ± 4) кПа).
Разработкой передвижных АСК атмосферного воздуха занимается целый ряд зарубежных фирм: в США – Airmotoring
centre (AMC), Research Triangle Institute (RTI), California International Trade Corporation (СIТ), в Германии – Krohne, BIS, Umvelt und Process Kontrol (PK), Hartman und Braun; во Франции – Ecopol; в Японии – Horiba.
5.2.3. АСК источников загрязнения воздуха
АСК источников загрязнения воздуха включают системы контроля концентрации загрязняющих веществ в организованных выбросах различных предприятий в атмосферу и в воздухе рабочих зон, а также газоаналитические системы и установки для измерения основных параметров выхлопных газов автомобилей.
Одна из известных отечественных систем автоматического контроля выбросов в атмосферу предназначена для обнаружения предельно допустимых выбросов на газораспределительных площадках подземных хранилищ газов, предупреждения загрязнения воздушного бассейна в населенных пунктах меркаптановыми соединениями и контроля за утечками природного газа в атмосферу.
Система позволяет обнаруживать содержание предельных углеводородов в приземном слое атмосферы промплощадок на уровне 1…5 10–1 %. Система может выполнять следующие функции:
• непрерывный контроль содержания предельных углеводородов одновременно в 22 точках промплощадки, который
166
осуществляется газоанализаторами типа «Маяк»;
•визуальное наблюдение и запись информации о газосодержании;
•определение влияния метеопараметров на распределение поля концентраций в контролируемых зонах;
•выбор предварительного направления опроса датчиков
осодержании газа и характере его распределения в зависимости от направления ветра, флуктуаций поперечной и вертикальной составляющей ветра; информация о состоянии метеопараметров снимается дискретно с интервалом в 10 с.
Разработка автоматизированных систем синхронного наблюдения, аналитического контроля и оценки состояния окружающей среды в точках локализованного пространства или разнесенных по значительной площади точках контроля физи- ко-химических параметров среды требует поиска новых технических средств дистанционного мониторинга. Одним из перспективных направлений таких разработок является использование световолоконной техники в сочетании с ЭВМ.
В России разработана волоконно-оптическая автоматизированная система контроля полевых выбросов в атмосферу. Она может быть использована в качестве контрольно-замерных постов для диагностики отходящих в атмосферу газопылевых потоков промышленных производств в установках сушки, вентиляции и др.
В системе для передачи оптического излучения применены световоды, которые в сочетании с элементами геометрической оптики позволили создать фотометрические датчики. Пассивная оптоволоконная часть датчиков размещается на контролируемом участке газохода, а оптоэлектронная – вместе с микропроцессором в помещении с нормальными условиями эксплуатации, удаленном от точек контроля на значительное расстояние (десятки-сотни метров).
Пассивные части датчиков соединяются с активной частью системы с помощью многоходовых световодов. Рабочий диапа-
167
зон пассивной оптоволоконной части датчика определяется в основном типом используемых световодов.
Интерфейс таймера обеспечивает опрос датчиков с интервалами от 1 до 30 мин. Интерфейс печати связывает микроЭВМ с двухцветным печатающим устройством, которое позволяет осуществлять печать данных с буквенной индексацией датчика перед значением контролируемого параметра. В случае выхода этого параметра за пределы установленного допуска производится распечатка красным цветом с одновременной звуковой сигнализацией.
Фотометрические датчики системы могут работать в режиме нефелометрии и турбидиметрии. Точность измерения концентрации пыли этими датчиками оценивается величиной от 12 до 30 % при переходе от нефелометрического варианта к турбидиметрическому с диапазоном измерения от 10 до 1000 мг/м3.
Фирма Hartman und Braun выпускает газоаналитическую систему, предназначенную для контроля критических концентраций газов в 24 точках (в зависимости от конфигурации системы) с тревожной сигнализацией предельных отклонений. Рассматриваемая система является стационарной станцией контроля, и в ней могут быть использованы газоанализаторы этой фирмы. Большое внимание разработке и выпуску АСК и установок для определения основных компонентов отработанных газов автомобилей, включая контроль дымности, уделяет фирма
Pierburg-Messtechnik (Германия).
В разработанной этой фирмой системе измерения дымности отработанных газов дизельных двигателей типа PR-1 используется фотометрический метод. Система имеет модульную конструкцию, микропроцессорное управление, включающее в себя диагностику элементов.
Система PR-1 имеет следующие основные технические данные:
1)принцип измерения – отражательная фотометрия;
2)метод измерения – метод фильтрования бумаги;
168
3)диапазон измерения 0 – 10 (число почернения по Бошу);
4)разрешающая способность 0,1 ед. по Бошу;
5)погрешность измерения ±1 % от конечного значения диапазона;
6)время срабатывания менее 10 с;
7)индикация цифровая, 3-разрядная;
8)линия отбора проб гибкая длиной 1,5 м, с внутренним диаметром 6 мм;
9)габариты 420×420×220 мм;
10)масса 35 кг.
Система предназначена для применения на предприятиях, разрабатывающих двигатели, в дорожном контроле автомобилей и сервисной службе.
Фирмой также разработана система для анализа отработанных газов автомобилей с микропроцессорной системой управления. Система позволяет одновременно измерять концентрацию СО, СО2, O2, NOx и суммарную концентрацию углеводородов. Система может работать непосредственно с отработанными газами дизельных и карбюраторных двигателей, с разбавлеными газами в туннельном переходе, а также в режиме анализа отработанных газов из собирающих емкостей (система CVS). АСК соответствует рекомендациям Агентства по охране окружающей среды (США) и требованиям Европейской экономической комиссии ООН.
Система состоит из следующих основных функциональных блоков: анализаторов СО, СО2, O2, NOx и суммарной концентрации углеводородов; микропроцессорной системы управления; устройства подготовки анализируемых газов; блока питания; самопишущих приборов.
Вывод результатов измерения осуществляется цифровым индикатором на выдвижном блоке управления. Диапазоны измерения анализаторов могут изменяться по согласованию с заказчиком.
Микропроцессорное устройство может осуществлять управление 6–10 анализаторами. В его функции входит: управ-
169
ление процессом анализа газов, линеаризация статических характеристик анализаторов, калибровка газоанализаторов.
Связь с ЭВМ более высокого уровня осуществляется последовательным интерфейсом.
Система имеет следующие основные технические характеристики:
1)диапазоны измерения: по С3Н8 0...1·105 млн–1, по О2, СО, CO2 и С6Н14 устанавливаются по согласованию с заказчиком; по
NOx 0...1·105 млн–1;
2)погрешность измерения 2 %, при измерении NOx 0,5 % от конечного значения диапазона измерения.
Дляанализа С3Н8 в системе используется анализатор FIDPM. Фирмы Drager и Foxboro, имеющие значительный опыт
вразработке систем контроля различных технологических процессов и определении концентрации газов, выделили значительные средства для создания АСК загрязнений рабочей и санитар- но-защитной зон предприятий.
Система базируется на современных сенсорах фирмы Drager для измерения различных газов и пыли и цифровой технике фирмы Foxboro. В системе используются промышленные компьютерные системы модульной конструкции, имеющие вывод информации на дисплей и печать.
В НПО «Аналитприбор» разработан комплекс газоаналитических приборов 344 ХЛ10 для измерения концентрации NO,
NO2, NОx и 334 КЛИОЗ для измерения концентрации суммы углеводородов в выбросах транспортных средств. Комплекс основан на современных методах измерения: хемилюминесцентном для окислов азота и пламенно-ионизационном для углеводородов. Отбор пробы для анализа осуществляется гибкой обогреваемой линией.
Диапазоны измерения концентраций составляют 10–20 000 мг/м3 для углеводородов и 0–5000 ррm для окислов азота. Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности менее 1 %, а предел допускаемой систе-
170