Универсальный многоканальный газоанализатор автоматического непрерывного контроля «ГАНК-4»

Универсальный газоанализатор автоматического непрерывного контроля ГАНК-4 со встроенным насосом и памятью предназначен для автоматического измерения и контроля концентраций вредных веществ и физических факторов в атмосферном воздухе, в воздухе рабочей зоны, в промышленных выбросах и в технологических процессах в целях охраны окружающей среды, обеспечения безопасности труда, аттестации рабочих мест, оптимизации технологических процессов (рис.5.3). Все измерения сохраняются в памяти прибора. Совместим с компьютером через порт RS-232. Может комплектоваться нужными датчиками по мере необходимости. Принцип действия прибора зависит от контролируемых веществ – оптроннофотометрический, термокаталитический, электрохимический, сорбционный, твердоэлектролитический. При включении прибора встроенный насос засасывает воздух и пропускает его через датчики или химкассету. Измерения проводятся методом непосредственной оценки. Результаты измерений выводятся на дисплей в цифровом виде. При превышении установленного уровня срабатывает звуковая и световая сигнализации.

 

Рис. 5.3 Газоанализатор ГАНК-4

Рабочие условия применения прибора: питание прибора от сети переменного тока напряжением 220 В с отклонением в пределах от плюс 10 до минус 15 % с частотой от 49 до 51 Гц; от аккумулятора напряжением 12В с отклонением от плюс 10 до минус 15%; температура окружающего воздуха: от 5 до 50 °С для модификации переносного типа и стационарного типа без термостата; от минус 50 до плюс 50°С для модификации стационарного типа с термостатом; относительная влажность окружающего воздуха до 90% при температуре 35°С; атмосферное давление от 630 до 800 мм рт. ст.; температура анализируемой смеси на входе прибора не более 50°С. С дополнительным пробоотборником не более 1000°С. Длина шланга пробоотборника до 50м.

ООО «Н.П.Т.О. Экоприбор», г. Москва.

 

 

5.1.4. Комплексный анализатор дымовых газов SG700

 

Рис.5.4. Анализатор дымовых газов SG700

 

SG700 представляет собой серию анализаторных систем (рис.5.4), предназначенных для комплексного анализа дымовых газов. Выполняются в виде отдельно стоящего шкафа. Комплектуются инфракрасным газовым анализатором, циркониевым анализатором кислорода и системой пробоподготовки. Позволяют одновременно измерять концентрацию до 5 компонентов, таких как диоксид серы (SO₂), окислы азота (NO и NO₂), моноксид углерода (CO), диоксид углерода (СО₂) и кислород (О₂).

Диапазон измерения:

- NO и NO₂: мин. 0-50 ppm, макс. 0-5000 ppm;

- SO₂: мин. 0-50 ppm, макс. 0-1000 ppm;

- CO: мин. 0-50 ppm, макс. 0-5000 ppm;

- СО₂: мин. 0-1 об. %, макс. 0-20 об. %;

- О₂: мин. 0-10 об. %, макс. 0-25 об. %.

Выходной сигнал 4-20 мА постоянного тока или 0-1 В постоянного тока. Выбор до 12 выходных сигналов. Контактные выходные сигналы: сигналы сбоя, отключение питания, высокая концентрация, техническое обслуживание, калибровка, идентификация диапазона. Контактные входные сигналы: дистанционное переключение диапазонов, запуск калибровки, сброс скользящего среднего. Напряжение питания от 100 до 240 В переменного тока, 50/60 Гц. «Yokogawa», Япония.

5.1.5. Парамагнитный анализатор кислорода в газах MG8

Объект измерения: концентрация кислорода в газообразных смесях (рис. 5.5). Диапазон измерений: 0-1 до 25 % О₂. Аналоговый выход: 4-20 мА (нагрузка не более 550 Ом). Дискретный выходы: (125 В пер. 3А, 30 В пост. 3А).

• Общая неисправность -1 точка
• Низкое давление вспомогательного газа (N2)-1 точка
• Техобслуживание-1 точка
• Сигнализация (высокий /низкий уровень)-2 точки

Повторяемость: ± 1 % от диапазона. Линейность: ± 1 % от диапазона. Тестируемый газ: расход от 500 до 800 мл/мин с колебанием не более ± 10 %, давление 1 кПа на входе в анализатор, температура от 0 до 60°С, влажность без конденсата. Вспомогательный газ – азот.

«Yokogawa», Япония.

 

 

Рис. 5.5 Анализатор кислорода в газах MG8

 

 

5.1.6. Концентратомер КСО-У2

 

Концентратомер КСО-У2 – стационарный промышленный автоматический прибор непрерывного действия, предназначенный для измерения концентрации серной кислоты и олеума. Прибор может быть также использован для измерения концентрации растворов, электрическая проводимость которых находится в пределах от 0,1 до 100,0 Cм/м. Область применения: производство серной кислоты. Производство и применение растворов, не содержащих взвешенных, осаждающихся частиц, не кристаллизующихся и не образующих пленок.

Диапазон измерения Н₂SO₄ – 92-96%; 96-99%, SO₃ своб. – 16-26%. Температура контролируемой среды – 1-100°С. Допустимые колебания температуры контролируемой среды относительно температуры, при которой отградуирован прибор ±15°С. Предел допускаемого значения основной приведенной погрешности при измерении Н₂SO₄ ±0,5%, при измерении SO₃ своб. ±2,0%. Пределы изменения выходных сигналов: 0-5, 4-20мА, 0-100 мВ.
УНИХИМ, г. Екатеринбург.

 

5.2. Определение свойств веществ

 

Свойства веществ характеризуются численными значениями физических или физико-химических величин (например, плот­ности, вязкости, влажности и т. п.), поддающихся измерению.

 

5.2.1. Измерение плотности жидкостей и газов

 

Плотность характеризует качество и однородность вещества. Плотностью ρ вещества называют физическую величину, опреде­ляемую отношением массы m вещества к занимаемому им объ­ему V. Измерение плотности жидкостей и газов осуществляется с целью управления химико-технологическими процессами и выполне­ния операций учета количества сырья, топлива, реагентов и готовой продукции.

Удельным весом γ вещества называют физическую величину, определяемую отношением веса G вещества к занимаемому им объему V. Удельный вес и плотность связаны соотношением:

γ = ρg=mg/V,

где g – местное ускорение свободного падения.

В то время как плотность тела не зависит от его местонахож­дения на поверхности Земли, удельный вес изменяется в зависимо­сти от расположения тела на земном шаре (в пределах нашей стра­ны более чем на 0,3%). Поэтому справочные данные составля­ют по плотности. Плотность жидкостей и газов уменьшается с увеличением тем­пературы. Плотность газов увеличивается с увеличением давления, плотность жидкости практически от давления не зависит. Средства измерений плотности часто называют плотномерами или денсиметрами (денситометрами). Для измерения плотности в настоящее время применяются плот­номеры весовые, поплавковые, гидроаэростатические, гидрогазоди­намические, радиоизотопные, акустические, вибрационные и др.

 

Весовые плотномеры

 

Принцип действия этих механических плотномеров состоит в непрерывном взвешивании постоянного объема анализируемого вещества в некоторой емкости или трубо­проводе. Плотномеры позволяют измерять плотность в интервале 0,5–2,5 г/см³. Максимальная температура анализируемой жидкости 100°С, классы точности 1–1,5.

 

Поплавковые (ареометрические) плотномеры

 

Принцип действия этих механиче­ских плотномеров основан на непрерывном измерении выталкиваю­щей (подъемной) силы, действующей на поплавок, частично или полностью погруженный в анализируемое вещество (рис. 5.6). Изменение плотности вызывает вертикальное перемещение поплавка, который в итоге перемещает сердечник в катушках дифференциально-трансформаторного преобразователя.

 

Рис. 5.6. Схема поплавкового плотномера

 

 

Вибрационные плотномеры

 

Принцип действия этих плотномеров основан на зависимости параметров упругихколебаний (вибрация), сообщаемых камере с анализируемым веще­ством или

телу, размещенному в нем, от плотности этого вещества. Обычно в качестве параметра упругих колебаний используется частота собственных колебаний резонатора, находящегося в режиме автоколебаний (рис.5.7–5.8).

Рис.5.7. Схема вибрационного плотномера

 

 

Рис. 5.8. Вибрационный плотномер «ПЛОТ-3»

 

Вибрационный плотномер ПЛОТ-3 предназначен для автоматического измерения плотности жидкости с максимальной кинематической вязкостью до 200 мм2/с (200 сСт) в диапазоне температур от минус 40 до 85ºС и передаче измеренных значений по запросу извне в контроллер измерительной системы или в персональный компьютер по интерфейсу "токовая петля" (RS-232 или RS-485 с использованием адаптеров).

Рабочая среда - чистые однородные жидкости с максимальной кинематической вязкостью 100 мм²/с (100сСт) - товарная нефть и продукты ее переработки, спирты, сжиженный углеводородный газ (СУГ), растворители и другие жидкости, неагрессивные по отношению к сплавам 45НХТ, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т. Проточные варианты плотномера рассчитаны на работу при давлении жидкости 2,5 МПа и максимальном расходе 1,5м³/ч. Диапазон измеряемых плотностей от 420 до 1600 кг/м³. Диапазон измеряемых температур от минус 40 до 85°С. Диапазон измеряемых вязкостей от 1,5 до 200 мм²/с (сСт).

ЗАО «Нефтепромавтоматика», г. Уфа.

 

 

5.2.2. Измерение вязкости веществ

 

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Для химико-технологических процессов, связанных с производством нефтяных масел, консистентных смазок, полимеров, растворителей, вязкость является показателем, однозначно определяющим качество продукции.

Единица динамической вязкости m в СИ – Па×с.

 

, где

 

Единица кинематической вязкости n в СИ – м²/с.

Вязкость жидкостей с увеличением температуры уменьшается, а газов – увеличивается. Динамическая вязкость до давлений 20 МПа практически не зависит от давления.

Средства для измерения вязкости называют вискозиметрами. В настоящее время для измерения вязкости жидкостей разработаны автоматические капиллярные вискозиметры, вискозиметры с падающим телом, ротационные, вибрационные вискозиметры и др. Во всех случаях температуру жидкости надо поддерживать постоянной, так как вязкость зависит от температуры.

Вискозиметры с падающим телом. Принцип действия этих механических вискозиметров основан на измерении скорости (или времени) движения тела (шарика) под действием сил тяжести и трения в анализируемой жидкости.

Ротационные вискозиметры. При вращении тела в вязкой жидкости возникает противодействующий момент, обусловленный вязкостным сопротивлением. Этот момент пропорционален динамической вязкости:

 

,

где к – постоянная прибора, m – динамическая вязкость, w – постоянная угловая скорость вращения тела. Таким образом, мерой вязкости является крутящий момент m↔М.

Ротационные вискозиметры различаются по форме вращающегося тела и способу измерения крутящего момента. В качестве вращающихся тел используются пластины, лопасти, цилиндры, наборы дисков и т.д. Крутящий момент замеряется различными способами, например, по потребляемой силе тока электродвигателем. Диапазон измерений ротационных вискозиметров весьма широк (μ = 0,01 – 1000 Н×с/м²).

Вибрационные вискозиметры. Позволяют оценивать вязкость по величине изменения амплитуды колебаний пластины в вязкой среде.

 

5.2.3. Измерение влажности газов и твердых тел

 

Для автоматического определения относительной влажности газов чаще всего используются психрометрический метод и метод точки росы.

Для определения влажности твердых тел обычно применяют косвенные методы, позволяющие определять влажность путем из­мерения функционально связанной с ней физической величины. Из косвенных методов для автоматического непрерывного изме­рения влажности твердых тел наибольшее распространение получили метод диэлектрической проницаемости и кондуктометрический метод.

 

5.2.3.1. Контроль относительной влажности газов

 

Под влагосодержанием w_c понимают отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала, выраженное в процентах:

 

;

При этом под влажностью воздуха понимают содержание водяного пара в воздухе, которое может определяться упругостью водяного пара, абсолютной влажностью и точкой росы.

Упругость водяного пара – измеряемое в мм.рт.ст. парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе (под парциальным давлением понимают давление компонента идеальной газовой смеси, которое он оказывал бы, если бы один занимал объем всей смеси).

Абсолютная влажность – количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1м³ воздуха.

Относительная влажность j – это отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре, %.

Влажность газа определяется психрометрическим методом, методом точки росы.

 

Психрометрический метод

 

Психрометр имеет два одинаковых термометра, из которых у одного, называемого мокрым, тепловоспринимающая часть все время остается влажной, соприкасаясь с гигроскопическим телом, всасывающим воду из сосуда. При испарении влаги с увлажненной поверхности мокрого тер­мометра температура его понижается. В результате создается разность температур мокрого и сухого термометров, назы­ваемая психрометрической разностью. Относительная влажность газа пропорциональна психрометрической разности. В преобразователях электрических психрометров для определе­ния температур обычно применяются металлические термометры сопротивления.

Психрометры измеряют температуру сухого t_c и мокрого t_м термометров. Температурные условия, близкие к t_м, создаются в процессе адиабатического испарения воды с поверхности мокрого термометра. Зная t_c и t_м, можно определить относительную влажность воздуха:

,

где Р_м, Р_с – упругость насыщенного водяного пара соответственно при температурах t_м и t_c; А – психрометрическая постоянная, зависящая от рода газа, скорости потока вокруг «мокрого» термометра, температуры t_м и конструкции прибора; В – барометрическое давление [17].

Принцип действия психрометра представлен на рис. 5.9. для измерения температуры t_c и t_м применяют проволочные (полупроводниковые) психрометры с автоматическими мостами или потенциометрами. Основная погрешность при измерении по психрометрическому термометру не превышает ±2% за счет погрешности вторичного прибора и колебаний температуры окружающего воздуха. Диапазон измерения психрометрами относительной влажности 20 – 100% при температуре 5 – 50°С. психрометрический метод позволяет определить энтальпию (теплосодержание) влажного воздуха, так как [17].

 

Рис. 5.9. Принцип действия психрометра:

1 и 2 – сухой и мокрый термометры; 3 – батист, смачиваемый водой;

4 – емкость; 5 – вентилятор.

 

Преимущества психрометрического метода – вполне удовлетво­рительная точность при положительных температурах и незначи­тельная инерционность. Недостатки – зависимость результатов измерения от скорости движения газов и колебаний атмосферного давления, а также понижение чувствительности и рост погрешности измерений с понижением температуры [17].

 

Метод точки росы

 

Точка росы – температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем пар достиг насыщения и начал конденсироваться, т.е. появилась роса.

Миниатюрное зеркало охлаждается за счет эффекта Пельтье (эффект поглощения тепла при прохождении тока через место спайки двух проводников). При достижении определенной температуры влага конденсируется на зеркале, интенсивность отраженного света снижается, что регистрируется фотоприемником. Температура, при которой произошла конденсация, является температурой точки росы (рис.5.10) [18].

Таким образом, определение влажности газа сводится к определению температуры, что позволяет значительно повысить точность измерений [18].

Рис. 5.10. Схема влагомера