Создание систем производственного контроля промышленных выбросов: оборудование мест пробоотбора

В связи с ужесточением законодательных требований, растет актуальность непрерывного контроля качества отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу с установок. Довольно часто в своей работе инженеры-экологи сталкиваются с проблемой недостаточнооборудованных мест для проведения безопасных и информативных измерений промышленных газов (или же возможность такого пробоотбора вовсе отсутствует).

В данной статье содержатся некоторые рекомендации по созданию систем производственного контроля промышленных выбросов и оборудованию пробоотборными устройствами установок, на которых должны проводиться инструментальные замеры качества газо-воздушных смесей.

Выбор системы производственного контроля промышленных выбросов

Это выбор заключается в решении задачи по определению самого простого метода, благодаря которому будетдостигнута требуемая точность измерений. Неподходящее, излишне сложное или часто выходящее из строя оборудование может стать причиной неудовлетворительного функционирования всей системы, негативно сказываться на полезности данных и приводить к неразумной трате денежных средств.

За основу для разработки системы производственного контроля выбросов целесообразно выбрать одну из типовых систем, скорректировав её конструкционные элементы и аналитические в зависимости от индивидуальных требований к пробоотбору и пробоподготовке, а также исходя из измеряемых компонентов и диапазонов измерения.

Доведение точек и мест отбора проб промышленных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух до требований и норм природоохранного законодательства

В настоящее время указания по оборудованию мест пробоотбора, изложенные в «ОНД-90. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы», введенным в действие постановлением Госкомприроды СССР от 30.10.1990 № 8 части, не противоречащей законодательству Российской Федерации) и Методических указаниях по оборудованию мест отбора проб при экоаналитическом контроле промышленных выбросов в атмосферу, утвержденных 30.09.2002 руководителем ОАО НИИ Атмосфера Ю. Н.Недре носят исключительно рекомендательный характер.

Согласно указанным документам, при работах на взрыво- и пожароопасных установках, на высоте и в условиях повышенного шума обслуживающий персонал должен пройти инструктаж и получить разрешение у инженера по технике безопасности предприятия. На пробоотборной площадке должны быть обеспечены нормативный уровень шума и концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны. При отборе проб во взрыво- и пожароопасной атмосфере практически исключено использование электроприборов в обычном исполнении. Безопасную работу в этих условиях можно обеспечить, применяя оборудование, способное работать автономно.

Оборудование мест отбора проб не должно создавать условий, противоречащих требованиям пожарной безопасности, установленных техническим регламентом (введен в действие Федеральным законом от 22.07.2008 № 123-ФЗ). 

Конкретные рекомендации по отбору проб при автоматическом определении содержания газов с помощью постоянно установленных систем мониторинга содержатся в стандарте ISO 10396:2007 «Stationarysourceemissions — Samplingfortheautomateddeterminationofgasemissionconcentrationsforpermanently-installedmonitoringsystems»¹. Стандарт содержит адаптированные к современным методам анализа газо-воздушных смесей положения. Далее рекомендации приводятся на основании информации, содержащейся в данном стандарте.

Отбор проб может осуществляться с целью:

1)   дальнейшей транспортировки пробы в удаленную от места отбора лабораторию — рисунок 1 , б);

2)   анализа на месте пробоотбора — рисунок 1 ).

В первом случае отбираемые газы перед транспортировкой подготавливают: их очищают от аэрозолей, твердых частиц и других веществ, препятствующих качественному анализу. Во втором – измерения проводятся на месте, поэтому этап подготовки заключается в фильтровании газового потока от твердых частиц для защиты наконечника зонда.

Автоматизированную систему контроля рекомендуется организовать на основе использования модульного принципа построения аналитических решений для контроля выбросов, что позволит интегрировать в единую систему оборудование по пробоотбору, пробоподготовке, газоанализаторы.

При подборе конкретного оборудования на каждую установку должны быть проанализированы перечень, класс опасности и нормативные объемы выбрасываемых загрязняющих веществ, вероятность превышения максимальных концентраций (целесообразность непрерывного контроля), вклад соответствующего вещества в совокупный выброс источника. В настоящее время существует возможность подбора приборов, позволяющих контролировать как выбросы индивидуальных веществ, так и их совокупности.

При наличии планов предприятия по консервации устаревших установок и вводу в эксплуатацию новых объектов, в техническом проекте на разработку автоматизированной системы контроля выбросов рекомендуется закладывать возможность последующего демонтажа газоанализирующего оборудования и последующую его установку на вновь вводимые объекты. В некоторых случаях, вероятно, будет целесообразно не устанавливать поточный анализатор, а ограничиться оборудованием места отбора проб, которое позволит осуществить доставку её в лабораторию.

а) пример компоновки системы отбора и подготовки проб

 

 

1.Модуль связи Bluetooth; 2. Операторская панель; 3. Источник излучения; 4. Фланец; 5. Газ продувки; 6. Сварной фланец; 7. Монтажная гайка; 8. Модуль управления продувкой; 9. Приемник излучения; 10. Измеряемая среда; 11. Сигнал измерения; 12. Входной и выходной сигналы; 13. Питание 24 В

 

в) пример маршрутного датчика отбора (промышленный лазерный анализатор Teledyne ЛГА-400, PMIsistems)

 

1.Фильтр 2. Зонд3. Измерительная ячейка

б) пример точечного датчика отбора

Рисунок 1– Примеры систем отбора и подготовки проб

Методы отбора проб отходящих газов при определении содержания загрязняющих веществ 2, СО2, СО, ЅО2, NО и NO2)с помощью автоматических измерительных систем

Для того чтобы содержание определяемого газа в отбираемой пробе былопредставительным для отходящего газового потока следует учесть возможность:

а) неоднородности потока (например, изменения концентрации, температурыили скорости газа в поперечном сечении газохода из-за влажности или расслоениягазового потока);

б) утечки газа, натекания воздуха или реакций, постоянно происходящих

в газовой фазе;

в) случайных погрешностей, связанных с конечностью объёма проб, и спецификой пробоотборных процедур для определения разных загрязняющих веществ тем или иным оборудованием.

Профиль содержания определяемых компонентов, позволяющий найти наилучшее место отбора пробы, должен быть установлен с учетом особенностей источника выбросовдля каждогорежима работы.

Получение представительной пробы может быть осложнено из-за нестабильности режима работы источника выбросов;слишком высокого или слишком низкого уровня содержания определяемогокомпонента газа;слишком большого размера источника или газохода;нелинейной конфигурации газохода в месте отбора проб. Для некоторых источников выбросов может быть характерно сильно выраженное непостоянство технологического процесса .е. циклические изменения) в связи с чем, любое зависящее от времени измерение содержания, может быть менее представительным по отношению к среднему содержанию, если не учтен весь цикл изменений.

Перед проведением регулярных измерений изучают соответствующие характеристики технологического процесса источника, пробы выбросов которого должныбыть отобраны и проанализированы. Например, режим работы (циклический, периодический или непрерывный), состав и интенсивность подачи загрузочного материала и топлива, температура и давление газа при нормальном рабочем режиме, эффективность работы пыле-газоулавливающих устройств, конфигурация газоходов, объемный расход газа и возможное наличиеусложняющих процесс отбора и анализа веществ и др.

При определении места отбора проб следует осмотреть внутризаводские системы транспортировки газа на предмет:

- местонахождения возмущений потока;

- наличия свободного места для размещения устройств отбора проб, приборов и, при необходимости, сооружения рабочих площадок;

- наличия сети электропитания, сжатого воздуха, воды, пара и т. д.;

- оборудования мест отбора том числе пробоотборных штуцеров) таким образом, чтобы были обеспечены условия доступа к местам отбора и безопасность персонала;

Перед регулярным отбором проб необходимо определить пространственныеили временные флуктуации содержания компонентов газа, а также провести предварительные измерения² содержания, температуры и скорости газа. При определении массовой скорости потоков газов проводят более точное измерение скорости. Содержание, температуру и скорость газа в точках отбора пробизмеряют несколько раз для получения их пространственного и временного профилей. Эти измерения проводят, когда предприятие работает в тех же условиях, чтобудут соблюдены и во время контроля, с целью определениясоответствия вышеуказанным условиям предполагаемого места отбора проб.

Необходимо обеспечитьпредставительность результатов измерений содержания газов усредненным условиям в газоходе или трубе³.

Место отбора проб выбирают на расстоянии, удаленном отпрепятствий, которые могут значительно нарушить поток газа в газоходе или трубе.

Так как содержание загрязнителя может быть различным в разных точках плоскости поперечного сечения газохода, с целью обнаружения расслоения газового потока или натекания воздуха газовую смесь предварительно проверяют в нескольких точках (отклонениезначений в каждой отдельной точке поперечного сечения от среднегоарифметического значения должно составлять не более ±10 %). Содержание газообразных загрязнителей во всех точках поперечногосечения газохода обычно одинаково из-за диффузии и турбулентного смешивания потоков.

В этом случае для определения среднего содержания отбирают пробу только в одной точке в пределах газохода или трубы. Пробу газа отбирают около центра газохода или трубы в точке, отстоящей от ее центра не более чем на 1/3 радиуса.

Указанные рекомендации должны соблюдаться как в случае необходимости дальнейшей транспортировки пробы в лабораторию, так и при оборудовании мест отбора проб автоматическими анализаторами.

Принцип действия и блоки автоматических измерительных систем могут значительно влиять на степень представительности отобранной пробы по отношению к отходящему газовому потоку источника выбросов. Например, выбор места отбора проб в газоходе следует делать более тщательно для измерений с помощью пробоотборника в одной точке для дальнейшей транспортировки пробы в лабораторию посравнению с выбором места для измерений с помощью метода «просвечивания» поточным анализатором. Кроме того, трубки для отбора проб должны быть изготовлены из химически стойких материалов, не адсорбирующих газы, так как это может повлиять на время откликаизмерительного блока. Следует обеспечить сохранность отобранной пробы с помощью соблюдения конкретных условий, установленных требованиями к оборудованию и используемой методикой анализа.

Если газоход, из которого отбирают пробы, находится под давлением, вакуумом или при высокой температуре, то следует соблюдать повышенные требования безопасности.

 

Автор: Масловец Елена Борисовна,

департамент экологического нормирования и проектирования ООО  «Тайм юнит»

Статья опубликована в журнале «СПРАВОЧНИК ЭКОЛОГА», №1 (13), январь 2014



[1] В настоящее время действует ГОСТ Р ИСО 10396-2012 «Выбросы стационарных источников. Отбор проб при автоматическом определении содержания газов с помощью постоянно установленных систем мониторинга», утвержденный приказом Росстандарта от 08.11.2012 № 692-ст. В соответствии с законодательством РФ стандарт не может быть частично или полностью воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии. ГОСТ Р ИСО 10396-2012представляет собой переведенный на русский язык стандарт ISO 10396:2007

[2] Измерения можно не проводить, если пространственные и временные флуктуации указанных величин для конкретного газохода могут быть определены на основе исследования, проводимого персоналом предприятия, результатов предыдущих исследований или характеристик процесса, определенных ранее.

[3] Требования котбору проб газов могут быть не настолько строгими, как к отборупроб твердых частиц