Разработка системы локального мониторинга на предприятии по производству цемента сухим способом

3. анализируемый  газопылевой поток имеет скорость  от 5 до 30 м/с и температуру не  более 350 ⁰С. Парциальное давление водяного пара в газоходе не превышает 50 кПа. Динамическое давление в измерительном сечении не менее                                                               5 Па;

4. градиент  температуры в измерительном  сечении не превышает 5 %;

5. максимальное  значение скорости газового потока  в измерительном сечении превышает  минимальное значение не более  чем в 3 раза. В измерительном  сечении отсутствуют точки с  реверсивным движением газового  потока;

6. вещества, образующие пыль, при хранении  и длительном воздействии температуры  до 120 ⁰С не претерпевают физико-химических превращений (испарение, сублимация, химическое воздействие компонентов), сопровождающихся изменениями массы;

7. выполнение  измерений в лаборатории согласно  ГОСТ 15150-69 производится при следующих  параметрах микроклимата:

- температура  воздуха – (20 ± 5) ⁰С;

- атмосферное  давление – 84,0-106,7 кПа (630-800 мм  рт. ст.);

- влажность  воздуха – не более 80 % при  температуре 25 ⁰С.

8. изменения  барометрического давления в  помещении лаборатории в течение  всего времени проведения измерений,  относящихся к одному определению  значения массового выброса, не  превышает ± 680 Па;

9. применяемые  напорные трубки, аспирационные  устройства и другие средства  измерений должны иметь свидетельство  о метрологической аттестации.

Подготовка к выполнению измерений.

При подготовке к выполнению измерений проводят следующие работы: выбор и оборудование измерительного сечения газохода, наладку  измерительной аппаратуры, определение  условий отбора проб, подготовку фильтровальных гильз, отбор проб.

1. Выбор  и оборудование измерительного  сечения газохода

1.1. Для  проведения отбора проб выбирают  прямолинейный, предпочтительно  вертикальный, участок газохода, имеющий  постоянное сечение на протяжении  не менее 8 эквивалентных диаметров  и удаленный от мест возмущения  газового потока (поворотов, задвижек, сужений, разветвлений и т.п.). Измерительное сечение располагают  в середине третьей четверти  выбранного участка по ходу  газа.

1.2. Измеряют  внутренние размеры газохода  микрометрическим нутрамером. При наличии внутри газохода поверхностных слоев осадка в качестве измерительного сечения принимают действительно свободное сечение. При невозможности непосредственного измерения внутренних размеров допускается определять размеры измерительного сечения измерением наружных размеров газохода и толщины его стенки. Измерение необходимо производить измерительной рулеткой. Толщину стенки измеряют штангенциркулем.

Для газохода круглого сечения диаметр измеряют не менее четырех раз приблизительно равными углами между измеряемыми  диаметрами. Если разность результатов измерений составляет более 1 %, число измерений удваивают. Диаметр газохода D, мм, определяют как среднее арифметическое результатов всех измерений.

Для газоходов  прямоугольного (квадратного) сечения  размеры сторон определяют как расстояния между противолежащими сторонами, смежными измеряемым. Измерения проводят не менее четырех раз на разном удалении от их сторон. Если разность результатов составляет более 1 %, число измерений удваивают. Длины сторон А и В принимают равными среднему арифметическому результату измерений соответствующих величин.

Эквивалентный диаметр газохода круглого сечения  принимают равным его внутреннему диаметру D, а для газохода прямоугольного сечения эквивалентный диаметр вычисляют по формуле (1).

D_экв         (1)

1.3. Измерительное  сечение условно разбивают на  равновеликие по площади элементарные  площадки, число которых оценивают  следующим образом. По таблице  11 определяют числовую оценку  N_к влияния каждого из факторов, характеризующих обследуемый газоход, на неоднородность профиля запыленности. Полученные оценки суммируют по формуле (2), получая в результате минимальное число элементарных площадок N, на которые необходимо разбить измерительное сечение.

Поперечное  сечение газохода круглого сечения  условно делят на четыре равновеликих сектора и на N/4 равновеликих концентрических кольца. Точки измерения находятся на двух взаимно перпендикулярных диаметрах, делящих сектора пополам (рисунок 1).

(2)

где N_k – численная оценка влияния k-го фактора (по таблице 11); N – минимальное количество равновеликих элементарных площадок и, соответственно, точек измерения в одном сечении; n=4 – количество факторов, влияющих на неоднородность профиля запыленности газового  потока  (по таблице 5).

 

Таблица 5 – Характеристики измерительного сечения

№ фактора  k	Наименование фактора, единица измерения	Значения фактора	Численная оценка Nk
1.	Эквивалентный диаметр газохода, мм	< 500	2
		500 - 2000	6
2.	Медианный диаметр частиц пыли, мкм	< 20	2
		20 - 50	6
		> 50	14
3.	Удаленность измерительного сечения  от места возмущения газового потока, в эквивалентных диаметрах газохода	5 - 8	6
		> 8	2
4.	Отклонение оси газохода от вертикального  положения, градусы	0 - 30	2
		30 - 90	6

 

Расстояния  от стенки газохода, в которой закреплен  газозаборный зонд, до точек измерения, расположенных на j-м от оси газохода кольце (т.е. глубину погружения зонда в газоход), вычисляют по формулам (3) и (4)

,      (3)

 

  ,      (4)

где– расстояния от внутренней стенки газохода до ближней и дальней точек измерения, расположенных вдоль одного диаметра, соответственно, мм; j = 2,3,...,N/4 – номера условных колец, на которые разбивается сечение газохода; N – общее количество точек измерения в одном сечении (2).

Площадь поперечного сечения прямоугольного или квадратного газохода условно  делят линиями, параллельными сторонам сечения, на равновеликие составные  площадки по форме подобные сечению  газохода, в центрах которых находятся точки измерения (рисунок 2). Общее число площадок в одном сечении должно быть не менее N, рассчитанного по формуле (2), а число площадок n и n¹, расположенных вдоль сторон сечения А и В соответственно – не менее двух; при этом N £ n ´ n¹.

 

 

N = 16

Рисунок 1 – Трубопровод круглого сечения

А

N = 12 , n = 4 ,  n¹ = 3

Рисунок 2 – Трубопровод квадратного или прямоугольного сечения

 

– оси расположения точек измерения;

– точки измерения.

 

Расстояния  L_j от стороны сечения В до параллельной ей j-ой оси расположения точек измерения, (т.е. до точек расположения штуцеров), определяют по формуле (5).

(5)

где L_A – расстояние между двумя противолежащими сторонами В; n¹ – число осей расположения точек измерения, параллельных стороне В; j =1,2,...,n¹ – номер оси расположения точек измерения, параллельной стороне В.

Расстояния  L_i cо стороны сечения А, на которые закреплен пробоотборный зонд, до точек измерения, расположенных на параллельной этой стороне i-й оси, вычисляют по формуле (6).

(6)

где L_B – расстояние между двумя противолежащими сторонами А; n – число осей расположения точек измерения, параллельных стороне А; i =1,2,...,n – номер оси расположения точек измерения, параллельной стороне А.

Трубопровод в измерительном сечении оборудуют  штуцерами с завинчивающимися крышками. Штуцера размещают в точках пересечения осей расположения точек измерения со стенками газохода. Количество, расположение и размеры штуцеров должны обеспечивать свободный доступ используемого пробоотборного зонда ко всем точкам измерения с учетом того, что пробоотборный зонд должен погружаться внутрь газохода на глубину не более 1 м вдоль одной оси измерения. Отдельно оборудуются штуцера для контроля постоянства температуры, статического давления и скорости газа в течение пробоотбора. При необходимости над штуцерами приваривают арматуру для закрепления средств измерений. Перед проведением измерений штуцера должны быть тщательно очищены от отложений пыли. По завершении работ их закрывают крышками.

Подготовка  измерительной аппаратуры. В состав установки для отбора проб входят следующие элементы: напорная (пневматическая) трубка, пробоотборный зонд, патрон с фильтровальной гильзой, микроманометр, каплеуловитель, тройник с термометром, диафрагма, регулировочный вентиль, склянка, сосуд Дьюара с ледяной водой, аспирационное устройство, манометр, реометр, зажимы, "флажок" с транспортиром, отвес.

Установка работает следующим образом. Запыленный газ поступает во входное отверстие  наконечника пробоотборного зонда и проходит через фильтровальную гильзу. Очищенный от пыли газ направляется в склянку, охлаждаемую тающим льдом, где освобождается от избыточной влаги (если предполагаемое количество конденсируемой жидкости превышает 30 мл, то перед склянкой устанавливают холодильник по схеме, предусмотренной ГОСТ 17.2.4.08-90 для конденсационного метода). После склянки газ проходит каплеуловитель и тройник с термометром. Расход газа контролируют риометром с диафрагмой, статическое давление перед риометром измеряют манометром. Установку подключают к аспирационному устройству через регулировочный вентиль.

Перед началом  работы систему проверяют на герметичность. Для этого закрывают зажим  и входное отверстие пробоотборного зонда, а затем включают аспирационное устройство. При исправной системе реометр должен показать отсутствие расхода газа. Контроль соосности наконечника и направления потока газа проводят с помощью отвеса и флажка. После этого на газоходе монтируют средства измерения скорости, температуры и давления (разряжения) в газоходе.

Определение условий отбора проб. Перед отбором  проб измеряют следующие параметры  газового потока в измерительном  сечении:

- скорость  газопылевого потока в точках  измерения и плотность газа  при нормальных и рабочих условиях  – по ГОСТ 17.2.4.06-90;

- статическое  давление и температура – по  ГОСТ 17.2.4.07-90;

- парциальное  давление водяного пара – по  ГОСТ 17.2.4.08-90.

Кроме того, с помощью барометра измеряют атмосферное давление.

Нормальный  диаметр d₀ входного отверстия сменного наконечника пробоотборного зонда выбирают по номограмме (рисунок 3) в зависимости от максимальной скорости газа W в измерительном сечении и реальной производительности аспирационного устройства G при пропускании газа через фильтровальную гильзу.

Рисунок 3 – Номограмма для определения параметров изокинетического отбора проб с использованием стандартных наконечников диаметром входного отверстия d

 

При изготовлении сменных наконечников диаметр входного отверстия выдерживают с предельным отклонением ± 0,01 мм. Кроме того, дополнительно вносят поправку на температурное расширение диаметра по формуле (7).

  ,        (7)

где d₀ – номинальное значение диаметра наконечника зонда при температуре 20 ⁰С, мм; а – температурный коэффициент линейного расширения материала наконечника, (⁰С)^-1; t₁ – температура газа в газоходе, ⁰С.

В дальнейших расчетах используют уточненные значения d.

Расход  газа G_i, обеспечивающий соблюдение режима изокинетичности при аспирации пробы аэрозоля в i-ой точке измерения, устанавливают по шкале реометра. При этом значение G_i предварительно определяют методом последовательных приближений. С этой целью производят серию холостых пробоотборов, помещая последовательно пробоотборный зонд с фильтровальной гильзой в i-ую точку измерений и задавая по шкале реометра расход G_i^(K), рассчитываемый для каждой i-ой точки в первом приближении (k=1) по формуле (8).

,        (8)

В последующих  приближениях (k=2,3,...) расход газа рассчитывается по формулам (9) и (10).

(9)

(10)

где t₁, t_P^(K) – температура в газоходе и перед диафрагмой реометра, измеренная в ходе k, ⁰С; P₁, P_p^(K) – избыточное давление газа в газоходе и перед диафрагмой реометра, измеренное в ходе k-го холостого пробоотбора, соответственно, кПа; P₂, P₃^(K) – парциальное давление водяного пара, в газоходе и перед диафрагмой реометра, измеренное в ходе k-го холостого пробоотбора, соответственно, кПа; В - атмосферное давление, кПа; f₀ – плотность газа, на которую прокалиброван реометр, кг/м ³; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль´К); М₁, М₂ – молярная масса сухого газа и водяного пара, соответственно, кг/кмоль; d – диаметр входного отверстия пробоотборного зонда, мм; W_i – скорость газа в точке измерения, м/с.

Значение  Р₃^(K) соответствует парциальному давлению насыщенного водяного пара при температуре t_Р^(K) и давлении Р=В´Р_р^(K).

В качестве рабочего расхода газа для i-ой точки  измерения принимают значение G_i^(K), отличающееся от предыдущего G_i^(K-1) не более, чем на 2 %, что достигается в большинстве случаев уже при k=3.

Учитывая  симметричность поля запыленности газового потока в измерительном сечении, предварительные измерения проводят не более чем в 4 точках измерения, расположенных на одном из радиусов сечения круглых газоходов. Для  прямоугольных газоходов также  осуществляют до 4 предварительных  измерений в характерных точках.