Отличительные особенности определения газов и паров
Ниже приведены основные отличия между определением газов и паров.
4.3.1 Определение газов
4.3.1.1 Общие положения
Вещества, сохраняющие газообразное состояние при значениях температуры и давления, при которых они могут быть обнаружены, строго подчиняются газовым законам и ведут себя предсказуемо. В таких случаях, как правило, достаточно провести простой инструктаж персонала.
Газы могут быть чистыми или образовывать газовые смеси при условии, что они не вступают в химическую реакцию. Изменения температуры или давления не влияют на состав газовой смеси, состоящей из газов, не вступающих между собой в химическую реакцию.
4.3.1.2 Градуировка. Общие положения.
Комплекты для периодической градуировки и проверки работоспособности газоанализаторов, предназначенных для контроля в одной точке, портативных и передвижных газоанализаторов состоят, как правило, из переносного баллона с поверочной смесью под давлением, средства регулирования расхода и адаптера для подачи поверочной смеси на газоанализатор. Для газоаналитических систем, использующих многоточечную систему отбора пробы, баллоны с поверочной смесью могут располагаться в непосредственной близости от газоанализаторов. В последнем случае, для обеспечения автоматической градуировки баллоны могут быть присоединены к системе отбора пробы.
Существует возможность изготовления и хранения поверочных смесей, а также контрольных газовых смесей в баллонах под давлением, полностью отвечающих требованиям газового анализа. Многие смеси могут быть приготовлены с применением сухого или синтетического воздуха в качестве газа-наполнителя, что важно для термохимических и других датчиков, для нормального функционирования которых требуется воздух. Существуют ограничения, накладываемые требованиями безопасности, на возможность изготовления газовых смесей в воздухе с содержанием горючего газа большем, чем 50% НКПР.
|
|
|
Для газовых смесей, содержащих агрессивные газы, срок хранения увеличивается, если они приготовлены на основе специально осушенного азота, в общем случае это обычная практика для подобного рода газовых смесей, если она совместима с принципом измерения датчиков.
Для проверки работоспособности трассовых газоанализаторов необходимо в оптический путь поместить поверочную газовую кювету. На практике содержание горючего газа в поверочной газовой кювете превышает 100% НКПР (см. 4.5), однако поверочные газовые смеси для инфракрасных газоанализаторов могут быть изготовлены на основе азота, а не воздуха, что обеспечивает их взрывобезопасность.
|
|
|
В случаях, когда необходимо обнаружить больше одного горючего газа, обычно используют единственный поверочный газ и данные по относительной чувствительности газоанализатора к определяемым компонентам. Более подробная информация содержится в 4.3.2.2.
4.3.1.3 Распространение горючих газов и отбор пробы
Газы могут иметь плотность меньше плотности воздуха, например водород и метан. Некоторые обладают практически такой же плотностью, как воздух, например, оксид углерода, сероводород, синильная кислота, этан, этилен и ацетилен. Наконец, их плотность может быть больше плотности воздуха, например, у хлора, диоксида углерода, диоксида серы, сжиженного нефтяного газа, пропана, пропилена и бутана.
Приступая к отбору пробы, необходимо провести несколько измерений в контролируемой зоне, принимая во внимание относительную плотность газов. Это также может помочь обнаружить источник утечки.
4.3.1.4 Токсичность газов
Некоторые горючие газы, особенно аммиак, сероводород, синильная кислота, оксид углерода, метиламин и формальдегид являются высокотоксичными при их очень низком содержании в воздухе, которое не определяется газоанализаторами горючих газов, несмотря на то что они приведены в IEC 60079-20 и сами эти газы могут быть обнаружены теми же газоанализаторами при условии, что их содержание сопоставимо с НКПР. Если есть вероятность присутствия таких газов, то для их обнаружения потребуются избирательные датчики на конкретные токсичные газы и, возможно, дополнительные меры предосторожности, если в данной зоне присутствует персонал.
|
|
|
Необходимо принять во внимание, что некоторые негорючие газы также обладают высокой токсичностью, например, хлор, диоксид серы, оксид азота и диоксид азота. Если есть вероятность присутствия таких газов, то для их обнаружения также потребуются избирательные датчики токсичных газов и, возможно, дополнительные меры предосторожности.
Другие горючие газы, например, пропан, циклопропан, бутан и сжиженный нефтяной газ обладают средней токсичностью или наркотическим действием при содержании в воздухе, меньшем НКПР. Такие негорючие газы как диоксид углерода и закись азота, токсичны при концентрациях, которые не могут привести к значительному дефициту кислорода (см. 4.4.4).
4.3.1.5 Влияние паров воды
Хотя в данном разделе рассматривается определение только горючих газов, обычно невозможно игнорировать присутствие паров воды. Они могут создавать проблемы, например, когда охлажденный газоанализатор быстро перемещается в теплую и влажную атмосферу. Такая ситуация складывается, когда газоанализатор из прохладного места переносят в нормальные условия или когда он из помещения с кондиционированным воздухом попадает во влажную тропическую или субтропическую атмосферу. Вода может конденсироваться внутри датчика или на его поверхности, вызывая временную потерю чувствительности или какую-либо иную неисправность, пока газоанализатор не нагреется и вода снова не испарится. Особенно это характерно для электрохимических датчиков: очень быстрое уменьшение показаний датчика кислорода может произойти от нормального значения объемной доли 20,8% или 20,9% до 16% и ниже только из-за образования пленки воды, сконденсировавшейся на холодной мембране датчика. В таком случае чувствительность датчика медленно восстановится только через несколько минут, после того как он нагреется до температуры окружающей среды, а влага испарится.
|
|
|
Пары воды также могут послужить причиной изменения показаний газоанализаторов, использующих отдельные методы определения, приведенные ниже (см. раздел 5 и приложение А).
4.3.2 Определение паров горючих жидкостей
4.3.2.1 Общие положения
Свойства паров описываются более сложными зависимостями, чем свойства газов. Пары образуют вещества, в которых жидкое или твердое состояние может находиться в равновесии с газообразным состоянием при нормальных или незначительно отличающихся от нормальных значениях температуры и давления. Пары ведут себя иначе, нежели газы, и они могут вызвать больше проблем. Когда в рабочей зоне вероятно присутствие паров, необходимо дополнительно ознакомить персонал с их свойствами.
Скорость испарения жидкости возрастает с увеличением температуры. Объемная доля пара, которая может образоваться в замкнутом объеме (насыщенный пар), также возрастает с увеличением температуры. Объемная доля образующегося пара зависит от температуры и давления и никак не связана с количеством жидкости, остающейся в объеме. Максимальная объемная доля пара также не зависит от присутствия любого другого газа в воздухе, если он обладает той же температурой и давлением и не растворяется в жидкости.
Максимальное значение объемной доли пара, которую можно достигнуть при заданной температуре (объемная доля насыщенного пара), обратно пропорционально абсолютному давлению. В связи с этим повышение давления может привести к конденсации паров.
Экспериментальным путем установлено, что при постоянном давлении объемная доля насыщенного пара увеличивается в 1,5-2 раза на каждые 10 °С при повышении температуры жидкости и снижается в 1,5-2 раза на каждые 10 °С при уменьшении ее температуры.
Эффект удвоения абсолютного давления равносилен эффекту уменьшения температуры на 10 °С - 17 °С при постоянном давлении. Уменьшение давления наполовину равносильно такому же повышению температуры.
Температура, при которой объемная доля насыщенного пара может достигнуть 100% при нормальном атмосферном давлении, называется температурой кипения.
При атмосферном давлении объемная доля пара, равная 100%, может быть достигнута только при равной или большей температуре кипения. Ниже температуры кипения жидкости максимально возможная объемная доля пара в воздухе или в других газах будет меньше 100%.
Фактическое содержание пара будет меньше расчетного при движении атмосферного воздуха над поверхностью жидкости или при недостатке времени для установления равновесия пар - жидкость. Максимальное количество пара может скопиться в замкнутом объеме, особенно, если длительное время отсутствует приток свежего воздуха, а перемешивание паровоздушной смеси происходит медленно путем конвекции или механически.
Горючие жидкости имеют температуру вспышки, которая определяется способом, отличным от способа определения НКПР. Собственно говоря, эта температура равна температуре, при которой содержание пара над поверхностью жидкости достигает 100% НКПР.
Все эти свойства накладывают ограничения на содержание паров жидкости в смеси с газами. При любой объемной доли пара в газовой смеси уменьшение температуры или повышение давления на определенном этапе приведет к достижению точки насыщения, ниже которой пар начнет конденсироваться в виде тумана или капель жидкости. Когда речь идет о водяном паре, эта точка обозначается как точка росы. Данный термин часто применяется и к другим парам. Следовательно, ниже точки росы состав любой парогазовой смеси должен измениться. Если конденсация пара произошла внутри газоаналитической системы или на поверхности датчика, то это может привести к ложным, меньшим относительно фактического значения, показаниям газоанализаторов. Также верно, что при испарении ранее конденсированного пара с газоанализаторов при возвращении их на "чистый" воздух возможно появление ложных завышенных показаний оборудования.
4.3.2.2 Градуировка
Помимо ограничений на газовые смеси, указанных в 4.3.1.1, существуют практические ограничения для применения поверочных смесей, содержащих горючие пары, в условиях эксплуатации, обусловленные минимальной температурой, при которой эти смеси могут быть использованы, или давлением поверочной смеси, которое необходимо создать на входе в газоанализатор, или давлением в баллоне со смесью.
Максимальное содержание целевого компонента, которое можно создать в баллоне под давлением 2-3 МПа, - не более 50% НКПР для n-пентана (температура кипения 36 °С), около 10% НКПР для n-гексана (температура кипения 68 °С). Еще более низкие концентрации можно создать для других веществ со сходными температурами кипения и еще более низкие для веществ с более высокими температурами кипения.
Как правило, поверочные газовые смеси с целевым компонентом пентаном и гексаном применяют в нефтяной промышленности, где эти пары могут быть основными компонентами взрывоопасных паров. Однако в других отраслях промышленности редко удается приготовить для применения вне лабораторий поверочную газовую смесь, которая будет полностью соответствовать пару определяемой горючей жидкости.
Чтобы решить эту проблему, чувствительность оборудования к различным газам и парам относительно чувствительности к целевому компоненту (относительная чувствительность) определяют в лаборатории. Получение такого рода данных требует большого расхода времени и средств, и обычно значения относительных чувствительностей определяют только для конкретной модели газоанализатора, а не для каждого прибора в отдельности. В таких случаях между различными газоанализаторами одной и той же модели будут существовать некоторые различия.
В связи с этим градуировку следует проводить одним из двух способов:
a) подать поверочную газовую смесь (ПГС), установить значение показаний газоанализатора равным содержанию поверочного компонента в ПГС, далее при проведении измерений необходимо использовать значения коэффициентов относительной чувствительности для пересчета показаний газоанализатора в содержание определяемого компонента (в приборах со встроенным микропроцессором этот пересчет осуществляется программно);
b) подать поверочную газовую смесь, установить значение показаний газоанализатора с учетом относительной чувствительности таким образом, чтобы при измерениях показания соответствовали содержанию определяемого компонента (газа или пара) или суммы компонентов.
Могут отмечаться изменения относительной чувствительности датчиков с течением времени, преимущественно это относится к датчикам с ограниченным сроком службы или к датчикам, подверженным "отравлению" (потере чувствительности вследствие химического воздействия), в частности, электрохимическим и термокаталитическим датчикам.
Например, в случае с термокаталитическими датчиками чувствительность к метану будет уменьшаться быстрее, чем к другим газам или парам. Если это происходит и газоанализатор будет снова отградуирован по поверочной газовой смеси, содержащей метан, то для других газов и паров он будет давать завышенные показания, что не снижает уровень безопасности, обеспечиваемый этим оборудованием.
По этой причине при использовании термокаталитических датчиков в потенциально взрывоопасной среде, в которой в числе прочих газов и паров также присутствует метан, при градуировке и поверке рекомендуется использовать поверочную газовую смесь с целевым компонентом метаном, даже если фактически использовалась другая смесь. Во всех остальных случаях для градуировки рекомендуется использовать поверочные газовые смеси с целевым компонентом пропаном, пентаном или гексаном, поскольку чувствительность к ним начинает снижаться раньше, чем ко всем другим веществам.
Следует также отметить, что чувствительность термокаталитических датчиков к метану (в % НКПР), как правило, выше, чем чувствительность к остальным веществам, кроме водорода. Следовательно, при применении способа градуировки, описанного в подпункте a), необходимо задавать более низкое значение порога аварийной сигнализации; при применении способа градуировки, описанного в подпункте b), показания газоанализатора должны быть установлены большими, чем паспортное значение объемной доли метана (% НКПР) в поверочной газовой смеси.
Для газоанализаторов водорода в качестве поверочной газовой смеси для градуировки следует использовать только водородные смеси.
Если поверочная газовая смесь, применяемая для градуировки, содержит не определяемый компонент, а какой-либо иной, рекомендуется устанавливать более низкие значения порогов аварийной сигнализации, чтобы учесть разброс значений относительной чувствительности.
4.3.2.3 Распространение горючих газов и отбор пробы
Только пары воды легче воздуха. Существует всего лишь четыре вида пара (три из которых горючие), имеющие плотность, примерно равную плотности воздуха, это - метанол, гидроксиламин, гидразин и пероксид водорода, причем последние три встречаются редко.
Все другие пары тяжелее воздуха, причем большая их часть значительно тяжелее. Распространяясь от места утечки, в отсутствии источников тепла, они сначала устремятся в более низкие участки земли или растекутся по поверхности. Пока они хорошо не смешаются с воздухом, они будут держаться ближе к земле, возможно, на расстоянии всего нескольких сантиметров - именно здесь возникает наибольший риск воспламенения. Наиболее опасна такая ситуация, когда имеются колодцы, ямы и туннели, которые станут заполняться от дна по направлению вверх и могут способствовать распространению паров на расстоянии в сотни метров. Это также может вызвать серьезную опасность отравления для технического персонала, входящего в колодцы и туннели.
Пробы горючих паров в спокойном воздухе следует брать на очень низких уровнях, не более чем на сантиметр от поверхности пола или земли.
Как только эти пары смешаются с избыточным количеством воздуха, они могут находиться на любой высоте и даже при содержании в воздухе, меньшем НКПР, будут представлять опасность отравления.
Пар горючей жидкости с высокой температурой вспышки невозможно обнаружить, если температура окружающего воздуха значительно ниже температуры вспышки. Например, применив эмпирическое правило, упомянутое в 4.3.2, можно вычислить, что при температуре окружающего воздуха, на 60 °С меньшей температуры вспышки, объемная доля пара сможет достигнуть максимального значения от 1% до 8% НКПР, причем ее увеличение происходит очень медленно у самой поверхности жидкости при условии, что пар не рассеивается воздушными потоками.
И наоборот, если температура повышается, особенно в закрытом пространстве, содержание пара может резко возрасти. Еще раз применив эмпирическое правило, установим, что содержание пара в закрытом пространстве будет увеличиваться на 8% НКПР при повышении температуры на каждые 30 К, вызванном, например, попаданием солнечных лучей на поверхность резервуара. Количество пара, которое прежде, когда резервуар был холодным, невозможно было обнаружить, может стать существенным, когда резервуар нагреется.
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 691; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!