№10: контрольно-измерительные приборы (стр. 8 из 10)

10.7. Контроль состава и влажности газов

Для правильного проведения различных технологических процессов необходимо определять содержание в газовой смеси углекислого газа, оксида углерода, водорода, кислорода, сероводорода, метана, хлора и других компонентов. Кроме того, воздух производственных помещений контролируют на содержание ядовитых и взрывоопасных примесей.

Состав газа выражают в процентах от общего объема газовой смеси. Приборы для контроля состава газовой смеси подразделяют на переносные неавтоматические газоанализаторы, используемые в лабораторной практике, а также для контрольных измерений и проверки стационарных автоматических газоанализаторов (в данном учебнике не рассматриваются), и стационарные автоматические, применяемые в промышленных условиях. По принципу действия стационарные газоанализаторы подразделяют на химические, электрические, магнитные и оптико-акустические. Последние применяют редко, поэтому они в учебнике не рассматриваются.

Химические газоанализаторы для определения процентного содержания отдельных компонентов в анализируемой газовой смеси основаны на поглощении компонентов газовой смеси соответствующими химическими реактивами. По сокращению объема смеси определяют процентное содержание в ней компонента. Горючие газы (например, сернистые) выделяют из смеси методом дожигания с последующим поглощением продуктов их сгорания реактивами.

Автоматический химический газоанализатор (рис. 10.23) предназначен для определения содержания углекислого газа СО₂ в газовой смеси.

Рис. 10.23. Автоматический химический газоанализатор: 1 - электрический привод; 2 - редуктор; 3 - плунжер; 4 - цилиндр; 5 - волюметр; 6, 16, 17 - клапаны; 7- увлажнитель; 8 - фильтр; 9, 14 - колокола; 10 - диаграммная лента; 11 - перо; 12 - винт; 13 - воронка; 15 - поглощающий сосуд

Электрический привод 1 через редуктор 2 периодически перемещает вверх и вниз плунжер 3 в цилиндре 4. Перемещаясь вниз, плунжер вытесняет ртуть в сообщающийся с ним сосуд — волюметр 5 (сосуд для первичного отмеривания анализируемого газа) — и в выхлопной клапан 17. При повышении уровня ртути газ из волюметра вытесняется и через клапан 16 поступает в сосуд 15 с раствором щелочи, которая поглощает из него весь диоксид углерода, остальной газ удаляется в атмосферу через клапан 17.

Когда ртуть в волюметре 5 поднимется до суженной части и перекроет клапан 17, анализируемый газ из верхней части, имеющей определенный объем, пропускается через сосуд 15 и поступает под колокола 9 и 14 измерительной части прибора, находящиеся в жидкости. Первым поднимается колокол 14, наполняемый постоянным объемом газа. Остаток газа поступает под колокол 9, уровень поднятия которого зависит от объема газа, оставшегося непоглощенным. Количество этого остатка характеризуется прямой линией на диаграммной ленте 10, которая перемещается часовым механизмом. Высота отрезка прямой линии, записанной пером 11 на диаграммной ленте от нулевой линии, указывает концентрацию диоксида углерода CО₂ в анализируемой газовой смеси.

При ходе плунжера 3 вверх ртуть в клапане 17 и волюметре 5 опускается и засасывается новая порция газовой смеси, которая последовательно пропускается через фильтр 8, увлажнитель 7 и клапан 6. Одновременно открывается клапан 17, через который газ из-под колоколов 9 и 14 удаляется в атмосферу. Плунжер 3, достигнув верхнего положения, направляется вниз, и цикл измерения повторяется. Высоту подъема колокола 14 регулируют винтом 12. Жидкость в камеры колоколов 14 и 9 и волюметр 5 заливают через воронки 13.

Автоматические химические газоанализаторы имеют ряд недостатков, основными из которых являются периодичность действия и значительный расход реактивов, теряющих после

нескольких анализов свою поглотительную способность, вследствие чего их приходится заменять новыми.

Электрические газоанализаторы на диоксид углерода. Действие газоанализаторов на диоксид углерода основано на сравнении теплопроводности газовой смеси и воздуха при одинаковой температуре. Теплопроводность газовой среды зависит от содержания в ней СО₂, которое определяют измерением сопротивления нагретых проводников, помещенных в воздушную и газовую среды.

Определение содержания в газах суммы оксида углерода и водорода основано на измерении сопротивления электрического проводника, изменяющегося вследствие его нагревания при сгорании этих газов. Эти газоанализаторы применяют редко, поэтому в данном учебнике их не рассматривают.

При наличии в дымовых газах водорода и диоксида серы электрические газоанализаторы дают значительную погрешность. Поэтому в некоторых приборах этого типа предусматривается дополнительная электропечь для дожигания несгоревшего водорода, а диоксид серы из анализируемой смеси удаляют с помощью сернистого фильтра.

Для правильной работы газоанализатора температура анализируемой смеси должна быть близка к температуре помещения, в котором установлен преобразователь прибора. Перед поступлением в преобразователь газовая смесь охлаждается в холодильнике, а образующийся при этом конденсат удаляется в конденсационный сосуд.

Комплект типовой установки электрического газоанализатора на диоксид углерода показан на рис. 10.24.

Рис. 10.24. Типовая установка электрического газоанализатора на диоксид углерода: 1 - керамический фильтр; 2 - газозаборная трубка; 3 - газовый кран: 4, 5 - водяной и ватный фильтры; 6 - печь для дожигания водорода; 7 - холодильник; 8 - преобразователь для анализа газа на содержание СО₂; 9 - показывающий прибор; 10 -источник питания; 11 - миллиамперметр; 12 - водяной предохранитель; 13 - водоструйный насос-эжектор; 14 - U-образный манометр; 15 - отвод для заливки воды; 16 - дренажный сосуд

Электрохимические газоанализаторы на кислород. Действие их основано на электрохимической реакции, вызывающей образование тока в электролите при взаимодействии кислорода газовой смеси с электродом. Ток, протекающий по внешней цепи электролита, пропорционален концентрации кислорода в газовой смеси. В составе газовой смеси не должно быть электрохимически активных газов (хлора, оксидов азота, сероводорода).

Электрохимический газоанализатор ГЛ-5108 (рис. 10.25) состоит из преобразователя, увлажнителя с гидрозатвором, реакционной камеры теплообменника со сборником конденсата, электролизера, электроблока и вторичного прибора.

Рис. 10.25. Электрохимический газоанализатор на кислород типа 171-5108: 1 - баллон с водородом; 2 - ареометр; 3 - кран-переключатель; 4 - реактор; 5 -теплообменник со сборником конденсата; 6 - контрольный электролизер; 7 - преобразователь; 8 - увлажнитель; 9 - электролизер; 10 - реакционная камера с измерительным патроном и анодом; 11 - гидрозатвор; 12 - бак с дистиллированной водой

В преобразователе анализируемая или контрольная газовая смесь проходит через гальваническую камеру, состоящую из увлажнителя 8, предназначенного для сокращения концентрации электролита в реакционной камере, и реакционной камеры, заполненной электролитом. В камере находится измерительный патрон с серебряным катодом и свинцовым анодом, с которыми взаимодействует кислород газовой смеси.

После преобразователя 7 газ проходит через гидрозатвор 11, сообщающийся с баком 12 дистиллированной воды, и через кран-переключатель 3 возвращается в технологическую газовую линию. Гидрозатвор защищает реакционную камеру 10 от попадания в нее атмосферного кислорода.

В корпусе размещены поддон для слива электролита из преобразователя гальванической камеры и нагреватель. В состав электроблока входят стабилизатор напряжения, усилитель или компенсационный мост.

Магнитные газоанализаторы на кислород применяют для непрерывного определения процентного содержания кислорода в продуктах горения промышленных печей и топок, в системах воздушно-кислородного дутья мартеновских и других печей, а также в газовой смеси на кислородных станциях. Работа этих приборов основана на так называемом парамагнитном свойстве кислорода втягиваться в магнитное поле в отличие от других газов (диамагнитных), обладающих значительно меньшей магнитной восприимчивостью. Магнитные газоанализаторы измеряют не саму магнитную восприимчивость, а ее изменение при повышении температуры.

В основе преобразователя (рис. 10.26) газоанализатора — схема моста с двумя платиновыми резисторами: активным 1 и сравнительным 2. Два других плеча образуются из двух секций обмотки трансформатора, питающего схему. Резисторы помещены в камеры постоянного магнита NS, установленного таким образом, что в магнитном поле находится только активный резистор, а сравнительный находится вне его.

Анализируемая газовая смесь проходит через камеру с постоянной скоростью. Вследствие этого платиновые проволоки в двух плечах моста нагреваются электрическим током до определенной одинаковой температуры. Часть потока газовой смеси, содержащей кислород, притягивается магнитным полем к нагретому активному резистору. Кислород, нагреваясь, теряет свои магнитные свойства и выходит из камеры с общим потоком газа. Камера непрерывно пополняется новыми порциями анализируемой смеси.

Рис. 10.26. Электрическая схема (а) и общий вид (б) преобразователя магнитного газоанализатора на кислород: 1 - активный платиновый резистор; 2 -сравнительный платиновый резистор; NS- постоянный магнит; ИП - измерительный прибор