Газозаборные гибкие зонды и их применение при контроле выбросов от стационарных источников загрязнения атмосферы

Статья опубликована в журнале "Экология на предприятии" №10, 2013г.

В настоящее время в Беларуси продолжается совершенствование системы контроля выбросов от стационарных источников загрязнения атмосферы

Согласно ГОСТ 17.2.4.06-90 «Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения» при контроле выбросов загрязняющих веществ (далее — ЗВ) в отходящих от стационарных источников загрязнения атмосферы газах необходимо измерение поля скорости отходящих газов.

Согласно российской методике СТО ВТИ 11.001-2012 «Методика выполнения измерений массовых выбросов загрязняющих веществ от котельных установок с применением газоанализаторов с электрохимическими датчиками» при таком контроле необходимо измерять поле концентрации ЗВ и поле скорости газов переносными средствами измерения (далее — СИ) и тем самым выполнять многоточечные измерения.

Переход от измерения концентрации ЗВ в одной точке к многоточечным измерениям вызван неравномерностью поля концентрации ЗВ отходящих газов в дымовых трубах[1], которая является источником доминирующей составляющей погрешности измерения концентрации ЗВ при контроле выбросов переносными СИ и автоматизированными системами контроля (далее — АСК) выбросов[2].

Причиной неравномерности является недостаточное перемешивание газов при слиянии газовых потоков с разной концентрацией ЗВ при существенном уменьшении расхода газов, например, при выводе части работающего на трубу оборудования в капитальный или текущий ремонт, поворотах, сужениях газового тракта и т.д.

В настоящее время переносные газоанализаторы фирм TESTO, AFRISO комплектуются газозаборными зондами с погружаемой в газоход прямой металлической или керамической трубкой длиной до 3,2 м, в т.ч. с применением прямых удлинительных трубок. Выполнение измерений в 20–40 точках сечения с применением таких зондов делает измерения трудоемкими и длительными во времени, а в случае дымовых труб больших диаметров — вообще невозможными. При длине зонда 3,2 м необходимо в процессе измерений присоединять или отсоединять удлинительные трубки. В случае зонда с одной трубкой длиной 1,5 или 3,0 м при отборе пробы в ближайших измерительных точках значительная часть газозаборной трубки остается снаружи, что делает измерения некорректными. При отрицательных температурах окружающего воздуха конденсирующиеся в этой части трубки пары воды перекрывают проходное сечение зонда ледяными пробками. При положительных температурах окружающего воздуха количество измерений, выполняемых, например, за 20 мин, ограничено временем, необходимым для установки конца зонда с входным отверстием в измерительную точку, и быстродействием электрохимических ячеек переносных газоанализаторов, равным 30–40 сек.

Существующие зонды зачастую не обеспечивают получения представительной пробы газов при реализации десятков различных инструментально-лабораторных методов измерений[1].

Авторами статьи разработаны зонды с гибкой газозаборной трубкой, которые позволяют механизировать многоточечные измерения концентрации ЗВ. На зонды получены патенты. Емельянчиков В.И. «Устройство для отбора проб из газового потока», патент Республики Беларусь № 9097, 17 декабря 2012 г. Емельянчиков В.И., Елисеенко Ю.Ю. «Устройство для измерения поля концентраций вредных веществ и поля скорости потоков отходящих газов», патент Республики Беларусь № 9425, 2 мая 2013 г.

На рисунке 1 представлен зонд с гибкой газозаборной трубкой и тросом на рисунке 2 — гибкий зонд-удочка.

Характеристики зондов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики зондов

В процессе использования зондов персонал лаборатории конец гибкой трубки с выходным отверстием соединяет с коротким зондом переносного газоанализатора длиной 180–300мм или стационарного газоанализатора, и образуется комбинированный зонд с гибкой газозаборной трубкой длиной от 1 до 15 м. Конец трубки с входным отверстием с помощью приводного троса с метками вручную устанавливается в измерительные точки. Отличие работы зонда-удочки (рис.1) состоит в том, что установка конца гибкой трубки в измерительную точку выполняется с помощью удочки.

К газозаборному гибкому зонду могут быть прикреплены датчик измерителя температуры и фильтр.

Зонд (рис.2) может входить в состав разработанного авторами статьи устройства с кареткой, позволяющего механизировать и выполнять одновременно измерения поля концентрации ЗВ и поля скорости газов.

Рис.2. Зонд с гибкой трубкой и тросом

Гибкие зонды целесообразно применять на трубах диаметром 1–15 м, если на трубе не предусмотрено устройство с кареткой:

· при инструментально-расчетном методе контроля выбросов ЗВ, при реализации которого концентрация ЗВ измеряется переносным или стационарным газоанализатором, а расход отходящих газов вычисляется по расходу топлива;

· в случае инструментального метода контроля выбросов переносными СИ;

· при оценке погрешности измерения концентрации ЗВ АСК выбросов, вызываемой неравномерностью поля концентрации ЗВ в измерительном сечении;

· при реализации различных инструментально – лабораторных методов контроля.

Разработанные авторами статьи гибкие зонды и устройство с кареткой являются вспомогательными средствами при выполнении многоточечных измерений. Они позволяют пользователю выбрать для его измерительных задач наилучший набор таких средств, в зависимости от диаметра трубы и высоты измерительного сечения, наличия имеющихся площадок обслуживания, а в случае необходимости принять решение о монтаже новой площадки обслуживания.

Для выполнения таких измерений на этапе подготовки необходимо определить с учетом длины прямого участка место измерительного сечения и обустроить его. Для труб диаметром более 0,5 м необходимо измерения выполнять с расположением измерительных точек по двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Соответственно, в стене дымовой трубы диаметром 0,5–1,0 м необходимо проделать 4 отверстия, диаметр и расположение которых должны позволить вводить в трубу и эксплуатировать стандартные газозаборные зонды, трубки Пито, крыльчатки, термоанемометры. А в трубах с диаметром 1,0–15 м эти 4 отверстия должны позволять вводить в них и эксплуатировать гибкие газозаборные зонды и устройства с кареткой.

Измерительное сечение выбирают в зоне обслуживания существующей круговой площадки, если таковая имеется на соответствующей высоте.

На дымовых трубах диаметром до 3,5 м, не имеющих круговых площадок обслуживания, но на которых имеется соответствующая площадка типа «балкон», придется ограничиться измерениями в точках, расположенных вдоль одного диаметра. В этом случае в отверстие целесообразно вводить зонд-удочку.

Гибкий зонд может применяться с переносными газоанализаторами фирм Testo, Afriso и входящими в состав АСК выбросов стационарными пробоотборными газоанализаторами фирм АBB, Siemens, Codel, MRU.

Контроль концентраций и выбросов ЗВ можно организовать следующим образом. Гибкие зонды и устройства с кареткой:

· применяют регулярно на отметках 0–50 м дымовых труб и на магистральных газоходах совместно с переносными СИ для измерения концентрации и выбросов ЗВ;

· применяютпериодически на отметках 10–150 м дымовых труб при определении характеристик измерительного сечения на этапе исследования объекта контроля, проектирования и при метрологической аттестации АСК[1]; при обязательных регулярных метрологических работах по АСК с интервалом в 6 месяцев.

На объектах энергетики, на которых концентрации ЗВ и скорость отходящих газов изменяются редко или их выбросы не значимы, целесообразно их контроль можно осуществлять переносными СИ. На тех объектах энергетики, на которых эти величины изменяются часто и выбросы значимы, эффективной является установка АСК выбросов.

В перспективе упомянутые устройства позволяют автоматизировать измерительные и вычислительные операции при определении характеристик поля концентрации ЗВ и поля скорости отходящих газов.

Эффективность гибких зондов заключается:

· в снижении трудозатрат персонала лабораторий и уменьшении времени на установку конца зонда с входным отверстием в измерительные точки;

· в проведении многоточечных измерений в любых сечениях;

· в уменьшении доминирующей составляющей погрешности измерения концентрации ЗВ переносными газоанализаторами и АСК выбросов посредством внесения поправки в результаты контроля выбросов и в оценке величины доминирующей составляющей погрешности;

· в отказе от закупок дорогостоящих и неэффективных при выполнении многоточечных измерений длинных зондов;

· в улучшении представительности пробы в инструментально-лабораторных методах измерения за счет возможности проанализировать пробу из нескольких измерительных точек и определить среднюю по сечению концентрацию или выбрать точку, в которой проба является наиболее представительной.

В настоящее время ТНПА не учитывают неравномерность поля при контроле выбросов от стационарных источников загрязнения атмосферы переносными газоанализаторами и АСК выбросов.

Устранение этого препятствия наиболее рационально достигается внесением соответствующих изменений и дополнений в ТКП 17.13-01-2008 в части требований на оборудование измерительного сечения необходимыми 4 отверстиями и на проведение измерений поля концентрации ЗВ в нем.

Автор: В.И. Емельянчиков, Ю. Ю. Елисеенко