книги / Промышленный экологический анализ

ляют фильтры, импрегнированные твердым сорбентом, с добавлением химиче­ ских реагентов. Так, фильтры АФАС-Р используются для улавливания паров и аэрозолей ртути, фильтры АФАС-И - для улавливания паров йода. В качестве основы использована ткань ФП, на нее наносят сорбент, обработанный йодом (АФАС-Р) или нитратом серебра (АФАС-И). Фильтры позволяют проводить от­ бор проб воздуха как при положительных, так и при отрицательных температу­ рах и высоких скоростях аспирации воздуха.

При отборе проб фильтры крепят в специальном фильтре-держателе (рис. 3.8). Диаметр выреза в патроне соответствует рабочей поверхности фильт­ ра. При исследовании атмосферных загрязнений используют специальные фильтродержатели двух типов: для фильтров из уплотненной спрессованной ткани ФПП-15 и для стандартных фильтров АФА-ВП-40 с рабочей площадью 37-40 см2 На фильтродержатели с фильтром надевают разборную конусную на­ садку, состоящую из четырех конусов с диаметром входных отверстий 55, 45, 35, 25 мм. Диаметр насадки выбирают в соответствии с данными табл. 3.4.

Рис. 3.8. Фильтр и патрон для отбора проб аэрозолей: а - общий вид патрона и основные его элементы; б - крышка патрона; в -

общин вид фильтра; ? - защитные кольца

Таблица 3.4 Значения диаметра (мм) входного отверстия конусной насадки

при разных скоростях аспирации и движения воздуха

Скорость	Диаметр отверстия насадки при скорости движения
аспирации,			воздуха^м/с
л/мин	1.0-1.9	2,0 -2 .9	3,0 -3,9 4,0 -4,9		5,0 -5,9	6 ,0 -6 ,9
280	55	55	45	35	35	25
250	55	45	35	35	35	25
200	55	45	35	35	25	25
150	45	35.	35	25	25	25

П р и м е ч а н и е . 280 л/мин-максимальная допустимая скорость ас­ пирации воздуха через фильтр АФА-ВП-40 при наличии охранной сетки. 250 л/мин - максимальная допустимая скорость аспирации воздуха через фильтрФПП-15в автомобильном аспираторе три наличии охранной сетки.

3.4. Аппаратура для отбора проб воздуха

Основным способом отбора проб исследуемого воздуха является пропус­ кание его через сорбционное устройство (поглотительный сосуд, концентраци­ онную трубку, фильтр) с помощью побудителя расхода с определенной скоро­ стью, регистрируемой расходомерным устройством (ротаметром, реометром, газовыми часами). Для удобства отбора проб в производственных условиях ши­ роко применяют аспирационные устройства, которые совмещают побудитель расхода и расходомерное устройство и позволяют отбирать вещества, находя­ щиеся в различном агрегатном состоянии.

3.4.1. Побудители расхода и расходомерные устройства

Составной частью аспирационных устройств являются побудители расхо­ да, в основном характеризующиеся производительностью и создаваемым раз­ режением. Номенклатура побудителей расхода весьма разнообразна, и выбор ее зависит от конкретных условий применения. Используют мембранные компрес­ соры типа УК-25 и УК-40 на расходы до 8 дм3/мин, ротационные воздуходувки типа ПР-8 на малые расходы и разрежения, двигатели автомашин и другие средства. В аспирационных устройствах для отбора проб воздуха рабочей зоны используют ротационные воздуходувки и диафрагменные насосы, в которых вместо поршня работает пульсирующая диафрагма. Ротационные! воздуходувки отличаются малыми габаритами и небольшой массой. Диафрагменные насосы наиболее надежны в эксплуатации благодаря простой конструкции и отсутст­

вию быстроизнашивающихся деталей. Побудители расхода находят применение также в газоанализаторах как элементы систем подготовки проб для контроля содержания вредных веществ в воздухе.

Побудители предназначены для подачи пробы газа, который должен быть очищен от механических примесей с размером частиц более 20 мкм и должен иметь температуру от 273 до 323 К (от 5 до 50 °С). относительную влажность до 80% и не вызывать коррозию стали, сплавов, резины, лавсановой пленки, фто­ ропластов и других материалов (в зависимости от типа побудителя расхода).

Среди приборов, применяемых для измерения расхода, большое распро­ странение получили расходомеры постоянного и особенно переменного пере­ пада давления благодаря своей универсальности и легкости серийного изготов­ ления, а также расходомеры с электронными чувствительными элементами. Расходомеры переменного перепада давления предназначены для измерения любого расхода при значительных давлениях и температурах. Однако примене­ ние таких расходомеров затруднительно при измерении малых расходов и пуль­ сирующих потоков ввиду неравномерности делений шкалы, ограниченной точ­ ности и наличия в комплекте деталей, вносящих свою погрешность в общий ре­ зультат измерения. Расходомеры постоянного перепада давления измеряют вер­ тикальное перемещение поплавка или поршня, обусловленное расходом. При этом площадь проходного отверстия прибора изменяется таким образом, что давление по обе стороны поплавка остается практически постоянным. Противо­ действующей силой в этих приборах является масса подвижной системы (по­ плавка и связанных с ним элементов).

Среди расходомеров системы постоянного перепада давления наиболее распространены ротаметры. Ротаметры обладают рядом достоинств: наглядно­ стью показаний, возможностью измерения малых расходов, значительным диа­ пазоном измерения, постоянством относительной погрешности, достаточно равномерной шкалой, незначительной потерей давления. К недостаткам рота­ метров следует отнести их непригодность для измерения больших расходов. Ро­ таметры наиболее целесообразно применять в переносных пробоотборниках.

Для измерения объемных расходов применяют тахометрические расходо­ меры, в которых измеряется скорость вращения крыльчатки, ротора, диска или другого объекта, установленного в потоке и получающего вращательное движе­ ние в зависимости от скорости потока. Достоинства тахометрических расходо­ меров - большой диапазон измерения и малая погрешность.

Работа тепловых расходомеров основана на измерении эффекта теплового воздействия на поток воздуха или на соприкасающееся с ним тепло. В них рас­ ход газа измеряется либо по скорости охлаждения нагретого чувствительного элемента (тонкая пленка, термопара), либо по изменению температуры потока при постоянном подогреве газа. В таких расходомерах не требуется корректи­ ровка по температуре и давлению. Недостаток таких расходомеров - нелиней­

ность выходного сигнала, однако введение статического устройства позволяет расширить линейный диапазон до 100 м3/мин.

Широко распространены тепловые расходомеры - термоанемометры для измерения скоростей нестационарных потоков. Принцип их действия основан на зависимости между количеством тепла, теряемого нагретым измерительным элементом, и скоростью омывающего его потока. Недостатком термоанемомет­ ров, ограничивающим область их применения, является чувствительность не только к скорости потока, но и к его температуре и давлению.

Более совершенными являются расходомеры теплового пограничного слоя - бесконтактные, работают без дополнительных потерь и создают полную герметичность измерения.

В вихревом расходомере газовый поток вращается вокруг центральной оси, образующиеся вихри воспринимаются чувствительными элементами (терми­ стор или чувствительный к давлению кристалл), вследствие чего возникают электрические импульсы, частота которых пропорциональна объемному расхо­ ду. Такой расходомер легко приспособить к цифровой технике, однако он чув­ ствителен к пульсациям потока и вибрации.

Ультразвуковые устройства, в которых диапазон измерения расходов газа зависит от скорости звука (332 м/с при 0°С), могут работать с агрессивными га­ зами, так как источник УЗ-излучения удален и изолирован от потока.

В практике контроля воздушной среды в нашей стране используют различ­ ные расходомерные устройства, технические характеристики которых пред­ ставлены в табл. 3.5.

		Таблица 3.5
Характеристика расходомерных устройств
Прибор	Техническая характеристика
Стеклянный лабораторный	Реометр с диафрагмой, объемный расход
реометр	100 - 160дм3/мин; диапазон измерений: 0-4;
РДС	0-6;0-10;0-17;0-25;0-60;0-100;0-160 дмя/мин
РКС	Реометр с капилляром, объемный расход до
	1 дм3/мин; диапазон измерений: 0-0,06;
Стеклянный реометр РС-40	0-0,1 ;0-0,25;0-0,4;0-0,6 дм3/мин
	Объемный расход воздуха, проходящего
(для рудничного воздуха)	через один или два фильтродержателя од­
Стеклянный ротаметр	новременно, 15-40 дм3/мин
	Диапазон измерений по воздуху:
РС-ЗА	0,0063 - 0,25 м3/ч
РС-3	0,0063 -	1 м3/ч
РС-7	6,3-40 -	м3/ч

Прибор	Техническая характеристика
РСС-5 и РСС-7 (для агрессив­	Диапазоны измерений по воздуху:
ных газов и паров)	4-10 м7ч (РСС-5) и 6,3 - 40 м7ч (РСС-7)
РМ (для плавно меняющихся	Допустимая погрешность измерения
потоков воздуха)	± 2,5%
Устройства для измерения рас­	Диапазон измерения 0,12-3 л/ч,
хода газа, пленочные	погрешность измерения ±25%,
УИРГ-1	масса 0,35 кг
УИРГ-2	Диапазон измерения 0,6 - 12 л/ч,
	погрешность +2 - 5%, масса 0,35 кг

Для измерения объема пропускаемого воздуха используют также газовые счетчики, например, счетчик газовый барабанный ГСБ-400 с жидкостным за­ полнителем; пропускная способность т= 20 ... 600 м/ч; погрешность измерения 1%; масса 7 кг.

3.4.2. Аспирационные устройства

Для отбора проб воздуха во взрывобезопасных помещениях при определе­ нии вредных веществ используют электроаспираторы, типа М-822, ЭА-1, ЭА1А, ЭА-2, ЭА-2С, ЭА-3, «Компонент».

Электроаспиратор М-822 - переносной прибор с ручным способом регули­ рования расхода и неавтоматической программой работы предназначен для многоканального аспирационного отбора проб воздуха. Он прост по конструк­ ции, имеет малые габаритные размеры и удобен в работе. Узлы аспиратора смонтированы на металлическом шасси с панелью, заключенном в кожух; элек­ тродвигатель, воздуходувка ротационного типа и шланги для соединения рота­ метров с воздуходувкой. Аспиратор позволяет отбирать пробы одновременно по четырем каналам с регулированием скорости отбора по каждому каналу раз­ дельно. Основные недостатки прибора: низкая степень автоматизации (требует­ ся непрерывный контроль за работой); относительно малая производительность при длительном отборе проб; отсутствие метрологического обеспечения.

К серийно изготавливаемым аспирационным устройствам относятся элек­ троаспираторы типа ЭА.

Электроаспиратор ЭА-1 по сравнению с электроаспиратором М-822 метро­ логически обеспечен, что значительно упрощает работу оператора, так как от­ бор пробы автоматически прекращается по истечении заданного времени отбо­ ра. Электроаспиратор типа ЭА-1, предназначенный для комплексного отбора проб воздуха, состоит из аспирационного блока со встроенной воздуходувкой,

ротаметро» и штатива с поглотительными сосудами. Прибор может обеспечи­ вать работу в течение 20 мин с перерывом не менее 30 мин. Габариты аспира­ тора 340x400x420 мм, штатива 225x270x350 мм.

Электроаспиратор ЭА-1А имеет тот же диапазон измерения расходов воз­ духа в каждом из четырех каналов. Режим работы циклический, питание авто­ номное. (Состоит из аспирационного блока, блока зарядки аккумуляторов, шта­ тива, треног защитных трубок и вспомогательного оборудования. Прибор мет­ рологически обеспечен. Габариты электроаспиратора 270x230x230 мм, блока зарядки 510x450x300 мм, блока аккумуляторов 300x260x280 мм.

Для отбора проб аэрозолей из воздуха используют электроаспираторы типа ЭА-2, ЭА-2С, ЭА-3, анализ аэрозолей ППА проводят гравиметрическим и спек­ тральным методами. Аспираторы ЭА-2 и ЭА-3 состоят из аспирационного бло­ ка, фильтродержателя, побудителя расхода воздуха и расходомерного устройст­ ва. Приборы метрологически обеспечены. Режим работы ЭА-2 повторно крат­ ковременный: рабочий период 20 мин перерыв 30 мин. Режим работы ЭА-2С - непрерывный или циклический. Габариты аспирационного блока 295x490x815 мм, побудителя расхода 320x320x360 мм.

Электроаспиратор ЭА-3 состоит из блока с установленным на нем фильтродержателем и встроенного внутрь узла аспирации. Режим работы непрерыв­ ный или циклический (в автоматическом режиме) в течение суток. Габариты прибора 1200x1200x2000 мм.

Для отбора проб воздуха в течение суток используют воздухоотборник «Компонент». Число одновременно отбираемых проб 4, число отбираемых в течение цикла проб 32, продолжительность цикла от 5 до 24 ч. «Компонент» изготовлен в виде стойки, внутри которой размещены поглотители, газовые ма­ гистрали и устройства задания, обеспечения и контроля режима. В качестве по­ будителя расхода используют компрессорную установку, размещенную вне стойки. Постоянство массового расхода обеспечивается за счет установки в га­ зовых магистралях критических сопел. Продолжительность отбора одной пробы 5 - 2 0 мин. Габариты прибора 580x540x1090 мм, масса 100 кг. Программирова­ ние времени отбора пробы осуществляется с помощью реле времени типа ВС-10 и промежуточных реле, подающих питание на электропневматические клапаны каналов отбора проб. Промежуточные реле выключаются по истечении заданного времени отбора пробы.

Воздухоотборное устройство «Компонент» используют в составе автомати­ зированной станции контроля «Воздух-1», а также как самостоятельное средст­ во для автоматического отбора проб воздуха. Оно позволяет сократить обслу­ живающий персонал (по сравнению с численностью персонала станции при ис­ пользовании электроаспиратора ЭА-1), значительно увеличить число проб, от­

бираемых в течение суток. «Компонент» может работать в среднесуточном ре­ жиме с отбором восьми проб через один и тот же поглотительный сосуд.

Кроме серийно выпускаемых аспирационных устройств, в практике кон­ троля воздуха рабочей зоны используют приборы незаводского изготовления.

Краткие технические	характеристики этих аспираторов представлены	в
табл. 3.6.
	Таблица 3.6
Аспираторы незаводского изготовления,
используемые для контроля воздуха
11риборы	Техническая характеристика
Пробоотборник	Число отбираемых проб - 1, объемный расход до	!
«Малыш-1»	30 дм7мин, питание от источника постоянного то- 1
Пробоотборник	ка 10 В	!
	Число отбираемых проб - 2, объемный расход до
«Малыш-4»	25 дм3/мин, питание от источника постоянного и
|	переменного токов
Пробоотборник аэ­
	Число отбираемых проб - 1, объемный расход до 5 !
розолей ППА	дмУмин, питание от электросети и батарей
Аспиратор АЭРА	Число отбираемых проб - 4, объемный расход от
	0,1 до 20 дмУмин, используется электронное уст­
	ройство
Аспиратор	Число отбираемых проб - 1, объемный расход 12 |
АЭР-4	дмУмин, питание от батарей
Переносная ротаци­	Число отбираемых проб - 4, объемный расход
онная установка	0 -2 0 дмУмин, питание от электросети
ПРУ-4	Число отбираемых проб - 2, объемный расход
Устройство для от­
бора проб токсич­	0 - 1 0 дмУмин, питание от батарей
ных веществ из воз­
духа ОТВ	Число отбираемых проб - 1, объемный расход
Устройство для от­
бора проб пыли	0 - 1 0 дмУмин, питание от батарей
СИУТ-502

Переносные пробоотборники типа «Малыш» включают в себя держатель для фильтров АФА-В-18, двухступенчатую турбину, ротаметр и реостат. Отбор проб возможен на любом рабочем месте. Питание осуществляется от источника постоянного тока. Масса прибора 2,5 кг. В пробоотборнике «Малыш-4» в отли-

Электроаспиратор типа М-114 предназначается для отбора проб аэрозолей и газов благодаря наличию в приборе канала с высокой производительностью и небольшим разрежением (для отбора проб на аэрозольные фильтры) и канала с невысокой производительностью и большим разрежением. Эта особенность достигнута в приборе за счет применения эжекторного преобразователя разре­ жения. Прибор комплектуется блоками ротаметров или реометров, обеспечи­ вающими одновременный отбор 4 - 8 проб.

Для контроля содержания аэрозолей и сигнализации о достижении опреде­ ленных концентраций разработана система, которая может быть применена в помещениях для ЭВМ, медицинских барокамерах и в других ограниченных замкнутых объемах. Система позволяет обнаруживать частицы пыли, наиболее опасные для здоровья, сигнализирует о возгорании неметаллических материа­ лов, позволяет вести непрерывный контроль содержания аэрозолей по трем не­ зависимым каналам. Система состоит из блока управления, трех датчиков и сигнализатора, находящегося на расстоянии не более 3 м от блока. Диапазон измерения аэрозольных частиц от 0,03 до 1 мкм (по радиусу), порог сигнализа­ ции 0,08 мг/м’’ Рабочая температура окружающего воздуха 0 - 70СС, относи­ тельная влажность до 90% при 20 °С, масса 4,5 кг.

Для автоматического отбора разовых и среднесуточных проб атмосферного воздуха разработано стационарное пробоотборное устройство САПУ Оно включает аспирационный блок и блок для контроля скорости и управления. САПУ состоит из двух независимых однотипных систем одновременного отбо­ ра (разового и среднесуточного) по шести каналам. Время отбора новой пробы 30 мин, время отбора среднесуточной пробы 360 мин (по 30 мин через 1,5 ч). Питание от сети переменного тока напряжением 220 В, температура окружаю­ щей среды 10 - 35°С, относительная влажность до 80%.

Для отбора проб воздуха во взрывоопасных помещениях в основном ис­ пользуют водяные аспираторы. Во взрывоопасных помещениях (шахтах, рудни­ ках) применяют также и другие пробоотборные устройства, например, устрой­ ство для отбора газовых смесей. Полезный объем устройства не менее 100 см'1

тип привода	пневматический, время отбора пробы 0,01 - 1 с. Достоинства
устройства -	возможность дистанционного пневматического отбора, исключе­

ние загрязнения отобранной пробы благодаря отсутствию транспортировочных магистралей, высокое быстродействие. Габариты 90x90 мм, масса 1 кг.

На предприятиях химической промышленности для отбора газо- и паро­ воздушных смесей иногда применяют поршневые устройства с дистанционным управлением.

Для упрощения отбора и обеспечения быстрого измерения разработан прибор, содержащий поглотитель с сорбентом и заборный механизм с располо­ женными между ними клапаном и поршнем. В стенках клапана имеются отвер­ стия. При перемещении поршня в цилиндре посредством рукоятки в полости