Автоматизированные системы наблюдения и контроля за атмосферным воздухом

Автоматизированные системы наблюдения и контроля атмосферного воздуха (АСКНС-АГ) или (АНКОС-АГ) предназначены для постоянного контроля за меняющимися во времени и пространстве характеристиками загрязнения и метеорологическими параметрами воздушного пространства. В зависимости от характера и объема работ их разделяют на такие типы:

1) промышленные системы. Они контролируют выбросы промышленных предприятий, степень загрязнения промышленных площадок и близлежащих к ним территорий. Оснащены датчиками для фиксирования характерных ингредиентов выбросов предприятий, а также метеодатчиками, которые размещают с учетом вредности выбросов, розы ветров, особенностей размещения жилых массивов. Обычно, такие системы функционируют в структуре предприятий;

2) городские системы. Их назначение – контроль уровня загрязнения воздуха города выбросами предприятий, транспорта, для измерения метеопараметров. Благодаря их функционированию определяют размер загрязнения территорий с учетом времени года и климатических факторов, параметры и участие каждого источника загрязнения, прогнозируют опасность ситуации. Системы формируются из двух уровней. На І уровне осуществляют измерение концентраций загрязняющих веществ и некоторых метеопараметров, преобразование измеренных значений физических величин, регистрацию этих значений на машинных носителях, формирование сообщений и сохранение информации. На этом уровне типовые автоматические станции определяют основные загрязнители: СО – оксид углерода (0 – 160 мг/м³); SO₂ – диоксид серы (0 – 5 мг/м³); NO₂, NO и сумму оксидов азота (0 – 7,5 мг/м³); сумму углеводородов за исключением метана (0 – 45 мг/м³); О₃ – озон (0 – 0,15 мг/м³); метеопараметры: скорость, направление ветра, температуру воздуха. Завершается первый уровень передачей данных в центр обработки информации.

На II уровень информация поступает от передвижных постов, стационарных газоаналитических лабораторий. На этом уровне обрабатывают результаты, прогнозируют опасные ситуации, рассчитывают необходимые результаты и передают потребителям.

Городская система автоматического наблюдения и центр обработки данных обеспечивают систематическое измерение заданных параметров, автоматический сбор информации от автоматизированных станций, сбор информации от неавтоматизированных звеньев наблюдения, оперативную оценку ситуации, краткосрочный прогноз.

Анализ данных о концентрации примесей длится не менее 20-30 мин. Это отвечает сроку отбора проб в поглотительные приборы. Выдача автоматизированной системой информации может длиться от нескольких минут до нескольких часов.

В городскую систему включены промышленные автоматизированные подсистемы;

3) региональные системы. Преимущественно они не имеют своих контрольно-замеряющих станций, а получают информацию от городских и промышленных систем. Предназначены для статистической обработки и анализа данных о загрязнении окружающей природной среды на значительных территориях, на базе которых проводят исследование и прогнозирование, разрабатывают научно-обоснованные рекомендации относительно ее охраны;

4) общегосударственные системы. Они получают сведения о загрязнении и состоянии атмосферного воздуха от региональных систем, спутников Земли и космических орбитальных станций;

5) глобальные системы. Их используют для исследований атмосферных изменений на основе международных наблюдений.

Автоматизированные системы наблюдения и контроля атмосферного воздуха разных типов обязательно оснащены автоматическими системами отбора проб и приборами автоматического определения загрязняющих веществ (газоанализаторами).

Газоанализаторы и их характеристика. На стационарных пунктах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха (ПНЗ) чаще всего используют газоанализаторы (приборы для определения качественного и количественного состава газовой смеси), которые дают возможность в автоматическом режиме определять и записывать на диаграммную ленту концентрации определенных веществ на протяжении суток. Чаще всего используют газоанализаторы разных типов для определения диоксида серы, оксида углерода, оксидов азота, углеводородов и озона.

Газоанализатор ГКП-1. Автоматический кулонополярографический газоанализатор ГКП-1 предназначен для определения в воздухе концентрации диоксида серы. Основным его элементом является датчик, который содержит такие узлы:

- систему забора и очистки воздуха от пыли (заборное устройство на корпусе датчика, противопылевой фильтр ФГ-6 на каретке, две соединительные фторопластовые трубки);

- электрохимическую ячейку из оргстекла (рис. 4);

- систему поддержки постоянной затраты ((50±4) л/ч или (0,83±0,07) л/мин.), обеспечивающую прокачку воздуха через электрохимическую ячейку;

- систему термостатирования, обеспечивающую поддержку внутри датчика постоянную температуру 18-20°С при работе в зимних условиях.

1 – входной штуцер; 2 – электроды; 3 – штуцер для выхода воздуха; 4 – отвод для слива кислоты; 5 – сравнительные электроды; 6 – задняя стенка ячейки; 7 – верхняя метка уровня кислоты; 8 – камера для запасного электролита; 9 – вертикальный канал для заливания кислоты (3 % или 5 % водный раствор Н₂SO₄) и засыпание электродной смеси (пиролюзит с углем); 10 – канал для засыпания йода (фракция 2-3 мм).

Рис. 4. Электрохимическая ячейка кулонополярографического газоанализатора

Перед началом работы необходимо проверить исправность газоанализатора. После включения его в сеть переключатель шкал устанавливают на диапазоне 0-10 мг/м³. При этом возможны две нерабочие ситуации: зашкаливание стрелки потенциометра влево, вправо или установление на значениях, близких к крайним справа (20-30 делений). При зашкаливании стрелки влево необходимо поменять местами провода рабочего сигнала на зажимах ячейки, вправо (датчик недавно заправлен реактивами) – оставить работать прибор на 24-36 часов, установив переключатель в положение «КЗ». Потом нужно проверить значение затрат воздуха, фонового тока, герметичность датчика, достоверность значений газоанализатора, систему термостатирования (в зимний период).

При проверке объема затраты воздуха и герметичности датчика пользуются заранее откалиброванным ротаметром, который подсоединяют к входному штуцеру на верхней крышке датчика. Если затрата ниже нормы, ротаметр присоединяют к выходному штуцеру ячейки. Нормативная затрата воздуха на выходном штуцере и заниженная на входном свидетельствуют о нарушении герметичности вследствие неполного соединения каретки и корпуса датчика. Если на выходном штуцере также выявлена заниженная затрата воздуха, нужно присоединить ротаметр к выходному штуцеру тонкой очистки, отсоединив воздуховод. Нормативная затрата воздуха свидетельствует о негерметичности системы «электрохимическая ячейка – фильтр грубой очистки», обусловленную увеличением сопротивления ячейки вследствие загрязнения отверстия измерительного электрода или фильтра грубой очистки при отработке латунной стружки и осадка соли на ней. Эти дефекты можно устранить, промыв электрод этиловым спиртом и дистиллированной водой и перезарядив фильтр грубой очистки. Если затрата воздуха оказалась заниженной и на входе фильтра тонкой очистки, нужно проверить, не забит ли фильтр, и нет ли трещин в корпусе и др. Не установив причин визуально, затрату воздуха регулируют с помощью регулировочного винта «Р» на корпусе СРГ-5.

Контроль «нуля» прибора (значение фонового тока) является важным элементом эксплуатации ГКП-1. Фоновый ток исправного прибора по шкале 0-1 мг/м³ должен находиться в интервале 3 – 30 делений. При превышении 30 делений (электрохимическая ячейка сильно загрязнена) ячейку промывают и перезаряжают. Потом снова устанавливают «нуль».

Иногда вследствие продолжительной и беспрерывной работы ГКП-1 чувствительность электрохимической ячейки ухудшается, вследствие чего занижаются значения концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе. В этом случае для проверки исправности прибора используют дозатор диоксида серы (рис. 5), сравнивая показания газоанализатора ГКП-1 с показаниями контрольного прибора или с результатами химического анализа.

1 – диффузная ячейка (пробирка диаметром 20 – 30 мм, длиной 100-200 мм, заполненная эквимолекулярной смесью кристаллических сульфита натрия и щавелевой кислоты или насыщенным водным раствором диоксида серы); 2 – дозатор – выходной стеклянный капилляр, который вводят в тройник во время подачи диоксида серы при проверке прибора (дозатор обеспечивает затрату воздуха 5 мл/мин.); 3 – термостат; 4 – термометр; 5 – источник сжатого воздуха (резиновая камера); 6 – ручной насос; 7 – фильтр; 8 – газосмешивающая линия; 9 – соединительная трубка; 10 – заглушка, которая устанавливается вместо дозатора 2 после проверки прибора.

Рис. 5. Дозатор диоксида серы

Газоанализатор 667ФФ. Автоматический газоанализатор 667ФФ предназначен для обеспечения инструментального контроля за концентрацией диоксида серы. Принципом его работы – флуоресцентный метод, суть которого заключается в регистрации флуоресцентного излучения молекул диоксида серы, возникающее под действием ультрафиолетового излучения. Возбуждение молекул диоксида серы происходит в спектральной области 220 – 240 нм, которая выделяется с помощью первичного светофильтра из спектра излучения импульсной ксеноновой лампы ИСК 20-1. В спектральной области 220-240 нм молекулы воды и оксидов азота не влияют на флюоресценцию.

Газоанализатор 667ФФ01 измеряет массовую концентрацию диоксида серы в диапазонах: 0-0,5; 0-1,5; 0-5,0 мг/м³ (допустимая основная погрешность прибора не превышает ±20 %).

Газоанализатор ГМК-3. Автоматический оптико-акустический газоанализатор ГМК-3 (рис. 6) предназначен для определения в воздухе концентрации оксида углерода.

1 – источник излучения; 2 – сравнительный кювет; 3 – кювет с анализируемой газовой смесью; 4 – оптико-акустический приемник; 5 – микрофон; 6 – обтюратор.

Рис. 6. Принципиальная схема оптико-акустического газоанализатора

Оптико-акустический метод измерения оксида углерода основывается на физическом принципе поглощения излучения инфракрасного диапазона волн с центром полосы поглощения 4,7 мкм приемником – замкнутой камерой, заполненной смесью оксида углерода с аргоном. При поглощении излучения оксида углерода в приемнике возникают пульсации температуры и давления, которые воспринимаются микрофоном и превращаются в электрические сигналы. Пульсации давления возникают вследствие модуляции излучения механическим обтюратором. При этом амплитуда колебаний пропорциональна содержанию оксида углерода в анализируемой газовой смеси.

Газоанализатор ГМК-3 можно использовать для анализа дискретных (разовых) проб воздуха и для беспрерывной регистрации уровня загрязнения атмосферного воздуха оксидом углерода (диапазон его измеряемых концентраций: 0 – 40 мг/м³ (±10%); 0 – 80 мг/м³ (±5%)) в районе расположения лаборатории «ПОСТ», при условии, что температура окружающей среды для датчика прибора представляет 10-35°С, содержание влаги в анализируемом воздухе – 1 г/м³, содержание механических примесей – 1 г/м³.

Анализируют дискретные пробы воздуха в такой последовательности:

1) присоединение к рабочему кювету устройства пробоподготовки, перекрытие (с целью уменьшения объема пробы) сравнительного кювета;

2) продувка газоанализатора азотом (из баллона) или воздухом (через устройство) с целью получения нулевой газовой смеси;

3) установление с помощью ручки «Установление нуля» стрелки регистрирующего прибора на отметку 1 – 2 мг/м³. Это значение принимают за нулевое;

4) присоединение пробоотборника с пробой, которая анализируется (например, с камерой, которая содержит приблизительно 1,5 л воздуха, который анализируется);

5) пропускание анализируемой газовой смеси на протяжении 3 – 4 мин. через газоанализатор, проведение измерения;

6) отсоединение пробоотборника, продувка рабочего кювета азотом (из баллона) или воздухом, заранее пропущенным через устройство получения нулевой газовой смеси;

7) подключение следующего пробоотборника по возвращении стрелки измерительного прибора в исходное нулевое положение;

8) фиксирование номера пробы, места (номер поста), даты и времени ее отбора, концентрации оксида углерода в пробе на диаграммной ленте (по правую сторону от линии измеренной концентрации);

9) расчет концентрации примеси умножением цены деления шкалы на количество делений. Результат округляют до десятой мг/м³ и записывают на ленте самописца. Цену деления определяют по данным последнего калибрования прибора. Например, при продувке газоанализатора проверочной газовой смесью концентрацией 37 мг/м³ отклонение пера самописца составляло 90 делений. Отсюда цена деления представляет: 37:90=0,41 мг/м³.

Во время анализа дискретных проб атмосферного воздуха необходимо придерживаться таких рекомендаций:

- выключать возбудитель затраты при продувке рабочего кювета азотом;

- продувать сравнительный кювет азотом перед началом измерений (но не реже одного раза в сутки);

- если следующие измерения планируется провести раньше чем через 24 ч., после анализа проб воздуха не выключать прибор из сети, поскольку время его нагревания перед анализом составляет не менее 3 ч.;

- замкнуть выход системы с входом устройства пробоподготовки, а лентопротяжный механизм выключить, если прибор остался включенным.

При беспрерывной работе газоанализатора (наиболее эффективный и рекомендованный режим) на его диаграммной ленте записывают название газа, который измеряется, указывают номер поста, его местонахождение, тип и заводской номер прибора, скорость протягивания ленты, дату и время установки ленты. Во время регламентных работ на ленте самописца делают отметки об их начале и окончании, записывают данные проверки и настройки нулевого значения и чувствительности, замечание к работе прибора. Эти данные дублируют в журнале наблюдений, в который заносят также сведения о перечне выполненных при посещении поста работ.

Газоанализатор 645-ХЛ. Автоматический хемилюминесцентный газоанализатор 645-ХЛ всех модификаций предназначен для инструментального контроля оксида азота NО, диоксида азота NО₂ и суммы оксидов азота NО_х.

Газоанализатор 623НН. Автоматический газоанализатор 623НН предназначен для обеспечения инструментального контроля суммы углеводородов. Его работа основывается на пламене-ионизационном методе. Концентрацию углерода в воздухе определяют по изменению тока пламене-ионизационного детектора (ПИД), который увеличивается при введении в пламя водорода органических веществ. Высокоомный измерительный преобразователь превращает ток ионизации в выходное напряжение.

Газоанализатор сделан по двухканальной схеме: поток атмосферного воздуха, который анализируется, делится на две одинаковых части. На один ПИД, где регистрируется общая сумма углеводородов, воздух поступает без изменений. Другая часть потока проходит через устройство разделения углеводородов, где происходит отделение метана от других углеводородов. Второй ПИД регистрирует только метан. Значение концентрации суммы углеводородов за вычитанием метана является разностью электрических сигналов с обоих датчиков.

Дата добавления: 2014-01-15