Методы проникающих веществ
УДК 620.179
СЕНСОРНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ АММИАКА
С.Г. Сажин, Э.И. Соборовер, C.B. Токарев
Сделан обзор методов, приборов и средств контроля одного из шести приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха — аммиака. Показана роль сенсорных методов контроля аммиака в настоящее время. Более подробно представлены оптические химические сенсоры в связи с их возможностями функционирования во взрыво- и пожароопасных условиях. Отмечено широкое применение химических сенсоров в многоточечных автоматизированных и мультисенсорных системах контроля атмосферного воздуха.
АКТУАЛЬНОСТЬ КОНТРОЛЯ АММИАКА В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Последние годы свидетельствуют о все возрастающей заинтересованности промышленных предприятий (как в мире в целом, так и в России) в современных средствах, обеспечивающих экологическую и технологическую безопасность производства с целью защиты окружающей среды и предотвращения техногенных катастроф. Вместе с тем большое внимание уделяется вопросам обеспечения безопасности занятых на производстве людей путем контроля условий их труда. В этих целях на предприятиях развертываются современные автоматизированные системы мониторинга (АСМ) воздуха рабочей зоны [1]. Такая система обрабатывает всю информацию о состоянии воздушной среды как на территории всего предприятия, так и в рабочих помещениях, и сигнализирует о появлении в ней повышенных концентраций вредных газов, представляющих опасность для человека. Внедрение таких систем мониторинга позволяет оперативно контролировать и всесторонне анализировать данные об источниках загрязнения токсичными веществами и пылью производственных помещений предприятий, цехов и производственных участков в зависимости от микроклиматических и технологических особенностей производства. Поскольку в формирование состояния воздуха рабочей зоны входят технологические характеристики производственных процессов, эти данные позволяют прослеживать связь между технологией и нежелательными отклонениями в составе воздуха рабочей зоны, влияние на последние температурного режима, способов вентиляции и т. д.
Ведущее место в АСМ воздуха рабочей зоны, как и в любых других, занимает первичный преобразователь информации — чувствительный элемент (датчик). К таким датчикам предъявляются специфические требования: хорошая чувствительность, малое время срабатывания, миниатюрность, низкое энергопотребление, дешевизна, надежность, возможность установки в труднодоступных местах технологического оборудования и т. п., вызванные прежде всего главной особенностью АСМ (а именно, значительной территориальной распределенностью контролируемых объектов предприятия), требующей включения в систему десятков и сотен датчиков.
В зависимости от конкретной производственной специфики предприятия требования к номенклатуре химических веществ, контролируемых конкретной многоточечной АСМ воздуха рабочей зоны распределенных объектов, могут сильно варьироваться. В общем случае выделяют шесть основных приоритетных загрязнителей атмосферы: диоксид серы S02, диоксид азота N02, оксид углерода (угарный газ) СО, сероводород H2S, аммиак NH3 и пыль.
Анализ направлений мирового научного исследования за последние годы свидетельствует о все возрастающем интересе как разработчиков, так и потребителей средств контроля воздушной среды к приборам определения концентраций аммиака и АСМ воздуха рабочей зоны предприятий, производство которых прямо или косвенно связано с аммиаком. Попытаемся объяснить сложившуюся тенденцию и ответить на вопрос: почему так необходимо контролировать именно аммиак?
Аммиак — ядовитый, горючий бесцветный газ, образующий взрывоопасные смеси с воздухом: концентрационный предел взрываемости 15—28 % объемных; температура кипения -33,4 °С. Большое число наиболее крупных техногенных аварий на химических предприятиях мира за последние 20 лет связаны со взрывами и пожарами, вызванными аммиаком. Кроме химических предприятий, аммиак также эксплуатируется в качестве хладагента промышленных холодильных установок, которые являются неотъемлемой частью предприятий гражданского назначения, таких как молокозаводы, мясокомбинаты, масложировые комбинаты, специализированные хладокомбинаты и т. п., территориально расположенные в основном прямо в населенных пунктах, что свидетельствует об их повышенной опасности не только для персонала, но и для жителей населенных мест. Поэтому органами государственного надзора издан ряд нормативных документов, ужесточающих требования к обеспечению безопасности аммиачных производств и промышленных холодильных установок, обязательных к исполнению на всей территории Российской Федерации [2]. Данным положением регламентируются два уровня концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны 1 ПДКр з = 20 мг/м3 и 3 ПДКр з = 60 мг/м3. Появился ряд работ, посвященных вопросам безопасной эксплуатации холодильных агрегатов [3—5] и контролю аммиака в воздухе [6]. В связи с этим контроль концентраций аммиака в воздухе рабочих зон является важной и актуальной задачей атмосферного мониторинга.
Таблица 1
Предпочтительные (ориентировочные) диапазоны измерений для контроля аммиака
Задача аналитического контроля Диапазон измерений аммиака, мг/м3
загрязнения атмосферы.................................. 0,02—0,2 (0,4)
производственные помещения....................... 10—100 (200)
источники загрязнения атмосферы.............. 0,4—40 (400)
утечки................................................................. 200—2000 (4000)
Газоаналитические задачи по контролю аммиака можно связать с уровнями определяемых концентраций: 1) предельно-допустимая концентрация в воздухе населенных мест среднесуточная — ПДКСС = 0,04 мг/м3, ПДК в воздухе населенных мест максимально разовая — ПДКмр = 0,2 мг/м3; 2) ПДК в воздухе рабочей зоны составляет ПДКрз = 20 мг/м3, уровень опасной концентрации равен 3 ПДКр3; 3) уровень концентраций на складах и в хранилищах 10—500 мг/м3. По рекомендации главного конструктора НПО "Химавтоматика" Г.Л. Розинова предпочтительные (ориентировочные) диапазоны измерений для контроля аммиака в атмосфере приведены в табл. 1 [1]. Для аммиака отечественная промышленность предлагает некоторые газоаналитические средства, данные по которым сведены в табл. 2.
Все методы и средства контроля аммиака, существующие на сегодняшний момент, можно разделить на три группы: традиционные хими-
Таблица 2
Некоторые отечественные газоаналитические приборы
№ Наименование Тип Принцип действия Исполнение Обл. приме II. Диапазон измерения, мг/м5 Погрешность Постоянная времени Примечания
1 Газоанализатор 305 ФА01 инфракрасный недисперсионный стационарный а 0—1000; 0—5000 привед. ±10% ГПИ, серийный выпуск [7]
2 Многокомпонентный экспресс-анали-затор Инспектор-1 линейно-колористический переносной а 250—1500 ГМА, единичные экземпляры [7]
3 Газопределитель ГПХВ-2 линейно-колористический переносной а 20—1000 относит. ±25 % ГПИ, серийный выпуск |7]
4 Газоанализатор СИРЕНА-2 фотоколориметрический стационарный б 0—30 привед. ±20% ГМА, единичные экземпляры [7]
5 Индивидуальный ленточный детектор лдт фотоколориметрический портативный б 20—200 не регламентируется 19—21 мин. для 20 мг/м3; 3—5 мин для 100 мг/м3; 1— 2 мин для 200 мг/м3 Спектральная область: 550—650 нм [7]
6 Газоанализатор ИФГ фотоколориметрический портативный б 10—200 <150 с масса 1 кг [ 1J
7 Газоанализатор "Клен-3" хемилюминес-центный стационарный б 0—100; 0—1000 привед. ±20% 180 с десятки кг[1J
8 Газоанализатор ИП-2 фотоколориметрический стационарный б, в 0,1—5,0; 5—100 относит. ±25 % от 10 с до 20 мин масса 7,5 кг [1]
9 Сигнализатор СА-1 стационарный г 500: 1500 ±200 мг/м3: ±500 мг/м3 90 с масса датчика 0,5 кг (до 8 изм. каналов) [8]
Примечание, а — контроль промышленных выбросов и технологических газовых сред; б — контроль воздуха рабочей зоны; в — контроль воздуха населенных мест; г — контроль помещений аппаратных и конденсаторных отделений стационарных холодильных установок.
ко-аналитические методы, инструментальные методы, методы с применением сенсоров и сенсорных технологий. Дадим их классификацию, определим их положительные и отрицательные стороны, оценим возможности их применения в АСМ воздуха рабочей зоны, определим место химических сенсоров среди других альтернативных средств контроля аммиака.
1. ТРАДИЦИОННЫЕ ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Традиционные химико-аналитические методы включают анализ с применением жидких поглотителей, реагентов, индикаторные и колористические трубки, индикаторные полоски и ленточные газоанализаторы. Согласно РД, методика анализа атмосферного воздуха с отбором пробы в барботеры, предназначенная для определения аммиака в диапазоне (0,01—2,5) мг/м3 с суммарной погрешностью ±25 %, и методика анализа с отбором пробы на пленочный сорбент, предназначенная для определения аммиака в диапазоне 0,03—6,0 мг/м3 с суммарной погрешностью ±15 %, требуют объем пробы 40 дм3 [9].
Примером серийно выпускаемого в России газоанализатора аммиака подобного класса являются приборы серии "Сирена" ОАО "Тульское ОКБ А" с диапазонами (мг/м3): (0,04—0,20); (0,2—1,0); (0—100).
Основной недостаток данных методов в том, что они в большинстве своем ручные, то есть отсутствует возможность включения их в АСМ, а также необходимость длительного времени для прокачивания определенного объема пробы через эти устройства и выполнения самого анализа [9, 10]. Кроме этого, выполнение анализа требует достаточно высокой квалификации оператора. Только в последнее время появились приборы, использующие традиционные химико-аналитические методы, имеющие в своем составе электронный блок управления и передачи аналитического сигнала на внешнее устройство, включая интерфейсы связи с ЭВМ, например, отечественный ИП-2 (табл. 2, № 9) и импортный ТЬБ-1 с пластмассовой химкассетой с уровнями сигнализации 17,5 мг/м3 и 35 мг/м3 [11].
2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
Инструментальные методы анализа включают газохроматографи-ческий, оптико-акустический, оптический в УФ- и ИК-области излучения света. Для определения аммиака газохро
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.