Повна версія

Головна arrow Екологія arrow ЕКОЛОГІЧНИЙ МОНІТОРИНГ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ТЕРМОХІМІЧНІ ГАЗОАНАЛІЗАТОРИ

Більшість термохімічних газоаналізаторів використовують в якості газосигналізаторів горючих газів і парів (Н 2 , вуглеводні і ін.) В повітрі, а також при електролізі води для визначення домішок водню в кисні (діапазон вимірювань 0,02-2%) і кисню у водні (0 , 01-1%).

Пожежо- і вибухонебезпечність речовин і матеріалів - сукупність властивостей, які характеризують їх здатність до виникнення і розповсюдження горіння. При цьому під горінням розуміють екзотермічну реакцію, що протікає в умовах її прогресивного самоускорения.

Вибухонебезпечна газове середовище (атмосфера) - суміш з повітрям, при нормальних атмосферних умовах, горючих речовин у вигляді газу або пари, горіння в якій після початку займання поширюється на весь об'єм суміші (ГОСТ Р 52136-2003).

Рудничний газ - горючий газ, що складається в основному з метану, що накопичується природним чином в шахтах і рудниках. Горючий газ - газ або пар, при змішуванні якого з повітрям в певних пропорціях утворюється вибухонебезпечна газове середовище.

Нижній концентраційний межа поширення полум'я (НКПР, ГОСТ 12.1.044-89) - мінімальний вміст горючої речовини в однорідній суміші з окислювальним середовищем, за якого можливе поширення полум'я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання.

Розрізняють такі види газоаналізаторів і сигналізаторів горючих газів і парів.

Сигналізатор - прилад, який має пристрій аварійної сигналізації, але не оснащений показує пристроєм. Прилад з примусовою подачею газу - прилад, на датчик якого аналізований газ з ОС надходить шляхом примусової подачі, наприклад за допомогою ручного або електричного насоса. Прилад безперервної дії - прилад, що включається на тривалий час, датчики якого можуть працювати в безперервному або переривчастому режимі. Прилад з дифузійної подачею газу - прилад, в якому аналізований газ надходить до датчика з ОС за рахунок молекулярної дифузії, тобто без формування примусового потоку. Всі частини стаціонарного приладу встановлюють для тривалої експлуатації в певному місці. Прилади групи I призначені для застосування в шахтах, небезпечних по виділенню рудничного газу. Прилади групи II використовують в місцях з потенційно вибухонебезпечною газовим середовищем, крім шахт, небезпечних по виділенню рудничного газу. Портативні прилади - прилади епізодичного або безперервної дії з автономним живленням, конструкція яких дозволяє легко переносити їх з місця на місце і використовувати під час пересування. Прилад епізодичної дії призначений для роботи епізодично, протягом декількох хвилин, з нерегулярними інтервалами між окремими вимірами. Пересувний прилад - прилад, який не належить до портативних, але відносно легко переміщуваний з одного місця на інше.

В термохімічних газоаналізаторах для визначення концентрації компонента використовують тепловий ефект реакції каталітичного окислення цього компонента.

Найбільшого поширення набули дві трупи цих приладів. У приладах першої групи горіння відбувається на каталітично активної платинової нитки, що є одночасно чутливим елементом - пліч-о-вимірювального моста. Аналіз заснований на вимірюванні підвищення температури нитки при згорянні визначається компонента.

Дані про займистості деяких горючих парів і газів (НКПР і ВКПР) наведені в табл. 8.1.

Таблиця 8.1

НКПР і ВКПР деяких горючих газів і парів

Газ або пар

температура

спалаху,

° С

Концентраційна межа поширення полум'я

Температура само- займання, ° С

Нижній

верхній

Нижній

верхній

Об'ємна частка,%

мг / л

ацетон

менш -20

2,50

13,0

60

316

535

ацетилен

-

2,30

100,0

24

1,092

305

аміак

-

15,0

33,6

107

240

630

бензол

-11

1,20

8,60

39

280

265

Бутан

-60

1,40

9,3

33

225

372

коксовий газ

-

4,00

30,0

-

-

555

Етан

-

2,50

15,5

31

194

515

етанол

12

3,10

19,0

59

359

363

циклогептан

6

1,10

6,7

44

275

-

Гептан (суміш ізомерів)

-4

1,10

6,7

46

281

215

водень

Чи не спалахує

4,00

77,0

3,4

63

510

Метан (рудничний газ)

-

4,40

17,00

29

З

537

метанол

і

5,50

36,0

73

484

386

октан

13

0,80

6,5

38

311

206

нітробензол

88

1,70

40,0

87

2067

480

нафта

менш -20

1,20

8,0

-

-

223

пропан

-104

1,70

10,9

31

200

470

толуол

4

1,10

7,8

42

300

535

скипидар

35

0,80

-

-

-

254

де а - коефіцієнт, що характеризує повноту реакції; а - число молей реагує компонента; q - питома теплота горіння; р - коефіцієнт втрат теплоти в ОС; SO - питомий вміст продуктів реакції; A t - підвищення температури платинової нитки.

Рівняння теплового балансу при цьому має вигляд

При одних і тих же конструктивних розмірах камери, в якій знаходиться платинова нитка, коефіцієнт р залежить тільки від теплопровідності і температури нитки.

Оскільки на практиці визначають мікроконцентрації компонента в газоповітряної середовищі, то без особливих погрішностей можна прийняти теплоємність аналізованого середовища рівною теплоємності повітря.

Вираз S9 для микроконцентраций компонента в повітрі можна вважати постійним, так як в основному воно визначається ентальпії повітря. Тоді вираз (8.3) можна привести до виду

де k - постійна для даного приладу, що визначається експериментально.

Відповідно до формули (8.4) підвищення температури A t є функцією а, але при цьому потрібна індивідуальна градуювання газоаналізатора для кожного визначається компонента.

На рис. 8.8 показаний термохимический газоаналізатор з каталітично активними платиновими нитками, поміщеними в робочу (зліва) і порівняльну (праворуч) камери, однакові по конструкції і своїми параметрами. Постійні резистори R : i і R A виконані з манганина. Поява аналізованого компонента викликає його згорання на платинової нитки, підвищення її температури і, отже, опору /?,. Вимірювальний міст виходить з рівноваги, яке фіксує гальванометр Г. Сила струму разбаланса пропорційна вмісту аналізованого компонента в газовій суміші. Прилади цього типу мають похибка ± 10%.

У приладах другої групи реакція окислення відбувається в шарі каталізатора, а тепловий ефект реакції вимірюється терморезистором або термопарою, вміщеній в цей каталізатор. Такі газоаналізатори з насипним каталізатором мають наступні переваги:

  • • велика вибірковість;
  • • висока чутливість внаслідок більш розвиненою поверхні насипного каталізатора;
  • • робота при порівняно низькій температурі і в деяких випадках без підігріву.

В автоматичному термохімічної газоаналізаторі (рис. 8.9) тепловий ефект вимірюється двома терморезисторами, один з яких (робочий /? Раб ) знаходиться в шарі каталізатора, а інший (порівняльний R c ) -

в шарі інертної маси. Ці терморезистори включені в суміжні плечі автоматичного моста.

Термохимический газоаналізатор з каталітично активними

Мал. 8.8. Термохимический газоаналізатор з каталітично активними

платиновими нитками

При появі в газовій суміші аналізованого компонента на каталізаторі відбувається екзотермічна реакція, опір R pa6 зростає і виникає розбаланс моста, пропорційний змісту визначається компонента. В якості каталізатора зазвичай використовують гопкаліт (60% МпО 2 + 40% СІО) і металеву платину, нанесену на поверхню пористого носія. Аналізований газ не повинен містити пилу, вологи, масла, а також агресивних газів і парів (Cl 2 , H 2 S, парів лугів). Основна похибка показань приладу не перевищує 5%.

Найбільш трудноучітиваемих похибкою в газоаналізаторах з насипним каталізатором є падіння активності каталізатора. Зазвичай передбачають спеціальну корекцію при зниженні активності каталізатора. Для захисту каталізатора анализируемую суміш попередньо очищають в хімічних фільтрах.

Стаціонарний термохимический сигналізатор (рис. 8.10) призначений для контролю довибухонебезпечних концентрацій горючих газів, парів і їх сукупності в повітрі; видачі сигналізації про перевищення встановлених значень концентрації і комутації зовнішніх електричних ланцюгів змінного струму.

Сигналізатор складається з датчика і блоку живлення.

Діапазон вимірювань - 0-0% НКПР, межа допустимої основної абсолютної похибки сигналізатора - 5% НКПР.

Термохимический сигналізатор з датчиком

Мал. 8.10. Термохимический сигналізатор з датчиком

 
<<   ЗМІСТ   >>