научная статья по теме СЕНСОРНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ АММИАКА Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «СЕНСОРНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ АММИАКА»

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.

Показать целиком