ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ. ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ. Приборы и устройства для измерения концентрации токсичных газов
 Скачать 107.57 Kb.
|
|
ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ Если известна только объемная или процентная концентрация токсина в воздухе, трудно определить действительную степень опасности. Например, сигаретный дым содержит более 800 различных компонентов, соотношение концентраций компонентов в дыме и физическое состояние курильщика совместно определяют токсичный эффект воздействия дыма на организм. Для измерения таких незначительных концентраций токсина в воздухе используют самые различные устройства и приборы: • ионизирующие детекторы, • фотометрические ионизаторы, • хромографические анализаторы, • инфракрасные спектрометры, • индикаторные трубки с химическими реагентами, • электрохимические сенсоры и пр. Наиболее удобным и популярным оборудованием для замера очень низких концентраций токсичных газов на борту танкера являются химические индикаторные трубки. Такой прибор (рис. 20) состоит из небольшого ручного насоса с фиксированным объемом всасываемого газа и набора запаянных стеклянных трубок (рис. 21) со специальным наполнителем, который реагирует с изменением цвета при соприкосновении с тем или иным токсичным веществом. Объем просасываемого газа через индикаторную трубку напрямую зависит от типа вещества, присутствие которого определяют. При этом происходит изменение цвета наполнителя в трубке, а протяженность участка с изменившимся цветом показывает концентрацию данного вещества в пробе (обычно определяется в миллионных долях — ррм). Соотношение между процентной концентрацией токсина и его концентрацией, выраженной в ррм, можно выразить следующим образом:  1% объема = 10 000 ррм.  Рис. 20. Детектор токсичных газов (a) и работа (б) с ним: /  — обломать концы индикаторной трубки; 2 — вставить индикаторную трубку во всасывающий патрубок; 3 — сжать грушу насоса до упора Рис. 21, Внешний вид индикаторной трубки Рис. 22. Внешний вид детектора токсичных газов с электрохимическим сенсором Иногда токсины присутствуют в атмосфере в виде пыли (дыма) или мельчайших капель (аэрозолей), поэтому объемная концентрация токсина в атмосфере не даст полного представления о его реальном количестве. ля определения количественных значений концентрации таких веществ используют весовые характеристики, выраженные обычно г/л, мг/л, мг/м3 или мл/л, мл/м3, л/м3. Значения концентрации токсина приводятся для стандартных условий атмосферы — давления 1013 мбар и температуры 20°С. Перевод концентраций, выраженных в мг/м3, в ррм осуществляется следующим образом: С (ррм) = Молярный объем (24,144 л) C(мг/м3) Молярная масса (г) Пример 1: Определим объемную концентрацию бутана в воздухе, если известно, что его весовая концентрация составляет 876 мг/м3. Решение: С(ррм) = (24,1 : 58,1) • 876 = 363 ррм (или мл/м3). Перевод объемных концентраций, выраженных в ррм, в весовые осуществляется следующим образом: C(мг/м³) = Молярная масса (г) . С (ppм ) молярный объем (24,1 л) Пример 2: Решим обратную задачу. По известной объемной концентрации 363 ррм токсина (бутана) в воздухе определим его весовое соотношение в атмосфере. Решение: С(мг/м3) = (58,1 : 24,1) . 363 = 876 мг/м3. Всегда следует использовать только трубки, предназначенные для данной ручной помпы, поскольку изготовителей таких приборов много, и каждый из них производит соответствующие индикаторные трубки только для своих приборов. Следует также помнить, что индикаторные трубки предназначены для измерения содержания токсических веществ в воздухе.  При наличии в атмосфере танка целого ряда токсичных веществ в показаниях прибора могут быть ошибки. Для измерения общей дозы токсина, полученной работником в течение рабочего дня, также используют приборы с индикаторными трубками химического реагирования (рис. 23), которые получили общее название LONG TERM TOXIC GAS DETECTOR. Рис. 23. Внешний вид прибора для продолжительного замера токсичных концентраций «Drager Polymer» ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЧКИ РОСЫ Понятие «точка росы». Понятие «воздух» используют для определения смеси газов, составляющих атмосферу Земли. Состав этой смеси практически не меняется с местоположением или высотой за исключением количества паров воды — оно может меняться значительно. Состав сухого воздуха, % Азот.......................................................... 78,09 Кислород................................................. 20,93 Аргон ......................................................... 0,93 Углекислый газ......................................... 0,03 Другие газы .............................................. 0,02 Всего: 100% объема Над поверхностью Земли плотность воздуха составляет примерно 1,3 кг/м3, причем это значение уменьшается с увеличением расстояния от поверхности Земли. На высоте 5000 м плотность воздуха уже составит 0,7 кг/м3, а на высоте 10 000 м будет 0,4 кг/м3. В воздухе всегда присутствует некоторое количество воды в форме паров, причем их содержание может меняться от практически ничтожного до 40 г/м3, что составляет около 3% всей массы воздуха. Содержание паров воды в атмосфере Земли постоянно поддерживается за счет испарения воды с поверхности рек, озер, морей и т. д. Выделим условно 1 м3 воздуха при фиксированной температуре, который нижней стороной контактирует с поверхностью воды. Испарение воды с ее поверхности будет продолжаться до тех пор, пока содержание паров в воздухе не достигнет некоторой максимальной величины, при которой наступит равновесное состояние между водой и ее парами. Причем с увеличением температуры содержание паров воды в объеме воздуха будет увеличиваться (давление насыщенных паров). При охлаждении воздуха, насыщенного парами воды, произойдет его перенасыщение с образованием маленьких капелек воды диаметром около 0,01 мм, которые будут формировать туман, дымку или снег. Теория измерения точки росы. Разница между фактической температурой атмосферы танка и температурой точки росы дает нам число градусов, на которое можно охладить атмосферу танка до того, как в ней начнет образовываться водный туман. Большая разница между этими температурами говорит о том, что воздух в танке сухой, а небольшая — что воздух слишком влажный. При насыщении температура точки росы и фактическая температура атмосферы танка понижаются. Точка росы — это температура, при которой пары жидкости достигают насыщения и начинают конденсироваться. Поскольку перевозка многих сжиженных газов осуществляется при низкой точке росы атмосферы танков, важно понять методы определения температуры точки росы, так же как и правильно использовать приборы для ее измерения. Прежде всего, необходимо изучить инструкцию завода-изготовителя, содержащую правила эксплуатации данного прибора. Принцип действия таких приборов допускает их использование и в атмосфере инертного газа и азота без каких-либо поправок. На графике (рис. 24) изображена кривая плотности насыщенных паров воды в зависимости от температуры воздуха. В точке В воздух достигнет насыщения после охлаждения до температуры в точке Е. На  сыщенным называется такой пар, который находится в динамическом равновесии с жидкостью, т. е. число молекул, покидающих поверхность жидкости в единицу времени, равно числу молекул, возвращающихся в нее.Ненасыщенным, или перегретым, называется такой пар, плотность и давление которого меньше, чем плотность и давление насыщенного пара при данной температуре. Рис. 24. Зависимость плотности насыщения воздуха водяным паром от температуры Содержание водяного пара в воздухе характеризуется его влажностью. Абсолютная влажность воздуха измеряется массой водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха (его плотностью). Практически такое измерение осуществить довольно сложно, кроме того, зная абсолютную влажность воздуха, нельзя определить, насколько он сух или влажен, поскольку это зависит от его температуры. Для оценки влажности воздуха важно знать как водяной пар, находящийся в нем, близок или далек от состояния насыщения. С этой целью вводится понятие относительной влажности. Относительная влажность воздуха — это величина, характеризующая отношение фактического содержания водяных паров в 1 м3 к количеству пара, необходимого для насыщения 1 м3 воздуха при той же температуре. Рф Рн где Pф и PH соответственно фактическая плотность водяного пара и плотность насыщенного водяного пара при заданной температуре. В метеорологии относительной влажностью называют отношение парциального давления водяного пара при данной температуре к давлению насыщенных водяных паров при той же температуре. Пример 1: Воздух имеет температуру 20°С. Какое максимальное количество паров воды он может содержать? О т в е т: Из табл. 16 выбираем значение максимального содержания паров воды в воздухе при данной температуре 17,7 г/м3. Пример 2: Воздух при температуре 30°С содержит 13 г/м3 паров воды. До какой температуры необходимо охладить воздух, чтобы началась конденсация паров, и сколько свободной воды образуется при охлаждении воздуха до-10°С? О т в е т: Из табл. 16 выбираем значение температуры, соответствующее данному содержанию насыщенных паров в воздухе =15°С. Далее находим максимальное содержание паров воды при температуре —10°С (из таблицы) = 2,15 г/м3. Для определения количества воды, которое может образоваться при охлаждении воздуха с заданной влажностью, определяем разницу между значением влажности воздуха при заданной температуре и содержанием паров при температуре охлаждения: 13 г/м³ - 2,15 г/м³ = 10,85 г/м³, т. е. из каждого кубометра воздуха образуется 10,85 грамм воды. Пример 3: Масса воздуха при 10°С содержит 5 г/м3 паров воды. Определить относительную влажность воздуха. Р е ш е н и е: Из табл. 16 находим, что при температуре 10°С максимальное содержание паров воды в воздухе равно 9,3 г/м3. Значит относительная влажность составит: (5 г/м3 х 100%); 9,3 г/м3 = 53,8%. Пример 4: Атмосфера танка объемом в 1000 м3 при 25° С имеет относительную влажность 75%. Какое количество свободной воды образуется в танке при его охлаждении до -40'С ? Решение: При 25°С максимальное содержание паров в воздухе, выбранное из табл. 16, составит 23,5 г/м3, следовательно, при относительной влажности 75% содержание паров воды будет (23,5 г/м3 х 75%): 100% = 17,625 г/м3. Далее из таблицы находим максимальное количество паров воды при температуре -40°С = 0,120 г/м3. Определяем содержание свободной воды при температуре -40°С: 17,625 г/м3 - 0,120 г/м3 - 17,505 г/м3. Всего же в атмосфере танка образуется свободной воды; 17,505 г/м3 х 1000м3 =17 505 г- 17,5кг. Пример 5: Температура точки росы в танке объемом 5000 м3 определена как —20°С. В танк должен быть погружен пропан при температуре -41°С. Сколько льда образуется в танке после погрузки? Решение: Содержание паров воды при —20°С равно 0,92 г/м3. Содержание паров воды при -41°С — 0,11 г/м3. Свободной воды/льда в танке — 0,81 г/м3. Всего образуется льда 0,81 г/м3 х 5000 м3 = 4050 г = 4,0 кг. Таблица 16. Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры
 Рис. 25. Современные приборы для определения температуры точки росы Sensor |