УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ГАЗООБРАЗНОЙ ВЛАГИ ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГАЗОВОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к области экологического контроля, а именно к устройствам для отбора проб из потоков высокотемпературной газовоздушной смеси (контролируемых потоков) в газоотводящих каналах источников загрязнения атмосферы (газоходах) для определения содержания газообразной влаги в выбрасываемой в атмосферу газовоздупшой смеси как одного из характеризующих её параметров. Устройство может быть использовано при инвентаризации выбросов загрязняюпздх веществ в атмосферу и при экологическом контроле источников загрязнения атмосферы в любых отраслях деятельности.
Одно из ключевых условий, которое необходимо обеспечить при отборе проб из контролируемых потоков для определения содержания газообразной влаги - исключение выпадения влаги во время прохождения газовоздзшшой смеси (пробы) от контролируемого потока до попадания в устройство для сбора влаги, например, конденсатор аналитической части аппаратуры (ГОСТ 17.2.4.08-90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения влажности газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.)
Известно устройство для отбора проб высокотемпературных запыленных газов из контролируемых потоков ( пат.Ки 2050535, G 01 N 1/24, 3. 29.12.92, оп. 20.12.95 Бюл.Го 35), включающее пробоотборную (заборную) трубку, окруженную обогреваемой, например, паром рубашкой и соединенную с ловушками для сбора компонентов пробы; частиц пыли, паров элементарных металлов, влаги.
Недостатком этого устройства является то, что не исключена конденсация газообразной влаги по ходу прохождения пробы до ловушек, то есть происходит неполное попадание газообразной влаги в ловзшхки. При этом в ловушки вместе с конденсированной влагой попадают взвешенные веш;ества, что очень усложняет определение содержания газообразной влаги. Кроме того, в устройстве не предусмотрен контроль полноты улавливания влаги, т.е. при его использовании не гарантируется, что вся газообразная влага захвачена ловушками. Таким образом точность определения содержания газообразной влаги в контролируемом потоке при помопщ такого пробоотборного устройства не обеспечивается.
Известно другое устройство для отбора проб из газового потока (пат.Ки 2042940, G 01 N 1/22, 3.01.02.93, оп. 27.08.95 Бюл. №24), включающее размещаемый внутри газохода фильтр, соединенный термошлангом с газоанализирующим комплексом. Термошланг представляет собой пробоотборную трубку, заключенную в термоизолирующую оболочку, включающую нагревательный элемент. Недостатком этого устройства является то, что оно также не
обеспечивает нолного сбора газообразной влаги в контролируемом потоке. Кроме того, в устройстве также не предусмотрен контроль полноты улавливания влаги, т.е. при его использовании не гарантируется, что вся газообразная влага захвачена ловушками. Также это устройство нри 100%-й относительной влажности контролируемого потока не обеспечивает предотвращения попадания в газоанализирующий комплекс, в газообразном виде, той части влаги, которая в контролируемом потоке находится в жидкокапелъном виде. Это прряводит к увеличению погрешности определения содержания газообразной влаги в контролируемом потоке. Таким образом, данное устройство при использовании для определения содержания газообразной влаги в контролируемом потоке не дает требуемого результата.
Указанные недостатки устранены в предлагаемой полезной модели. Она представляет собой устройство для отбора проб газообразной влаги из высокотемпературного газового потока, включающее газоотборн)лю трубку, имеющую входной конец для ввода в газоход, и выходной конец с переходным элементом для подсоединения устройства для улавливания влаги, а также обогреваюп1ую рубашку, окружающую газоотборную трубку, отдшчающееся от известного тем, что обогревающая рубашка расположена вдоль газоотборной трубки так, что нагревает участок трубки, находяпщйся вне газохода, и переходный элемент на выходном конце, при этом
обогревающая рубашка выполнена так, что обеспечивает нагрев газоотборной трубкн до температуры, не менее температуры контролируемого газового потока.
Кроме того, предлагаемое устройство может содержать устройство для улавливания влаги, выполненное в виде трёх последовательно соединенных конденсаторов, помещенных в термоизоляционные колбы с охлаждающим материалом, к последнему из которых по пути прохождения пробы подсоединен сосуд , заполненный индикаторным силикагелем.
Также предлагаемое устройство может содержать фильтр для улавливания капель влаги, подсодиненный к входному концу газоотборной трубки.
Совокупность признаков предлагаемой полезной модели не известна в настоящее время из уровня техники. Отличия предлагаемого устройства от известных обеспечивают полноту сбора газообразной влаги из контролируемого потока, поскольку исключаются потери газообразной влаги из пробы при транспортировке её вдоль газоотборной трубки. Таким образом обеспечивается решение задачи с максимальным эффектом. Это достигается за счет создания различных термических режимов на разных участках пробоотборной трубки: участок пробоотборной трубки (его длина обычно не менее 5 см), находящийся внутри газохода, изотермичен ему; часть пробоотборной трубют, находящаяся вне газохода и часть входного патрубка
устройства для улавливания влаги (вследствие расположения переходного элемента выходного конца газоотборной трубки внутри зоны нагрева) ноддерживается при температуре не ниже, чем температура контролируемого потока. Таким образом обеспечивается максимальное сохранение содержания газообразной влаги при прохождении пробы от контролируемого потока по пробоотборной трубке до конденсаторов, и тем самым, высокая точность определения ее содержания в контролируемом потоке.
В случае, когда устройство для улавливания влаги выполнено, как указано выше, очень просто обеспечивается контроль полноты сбора влаги в конденсаторах и фиксация момента окончания процесса по изменению цвета индикаторного силикагеля, расположенного на выходе устройства. Все это обеспечивает, в конечном итоге, полноту сбора газообразной влаги из пробы и, тем самым, высокую точность результата. Устройство для улавливания влаги в виде трех сосудов, помещенных в термоизоляционные колбы с, например, льдом, очень просто по конструкции, удобно в эксплуатации.
В , когда на входе всего устройства подключен фильтр для улавливания капель влаги, предотвращается попадание в пробу влаги, находящейся в контролируемом потоке в жидкокапельной фазе, и тем самым обеспечивается максимальная точность результата при любой относительной влажности контролрфуемого потока.
д т г2 /
На фиг.1 приведено схематическое изображение одного из возможных вариантов конкретной реализации изделия, которое раскрывает сущность предлагаемого решения.
Устройство содержит пробоотборную трубку 1, которая включает в себя необогреваемый участок 2 и обогреваемый участок 3; необогреваемый участок пробоотборной трубки может наращиваться съемными коленами 4 в зависимости от диаметра и толщины стенки газохода; на входном конце пробоотборной трубки закрепляется фильтр 5. Фильтр 5 служит для задерживания частиц пыли и, в случае, когда влажность контролируемого потока превышает 100%, капель влаги. Выходной конец обогреваемого участка 3 пробоотборной трубки имеет переходной элемент 6 в виде конусного расширения, расположенный внутри зоны нагрева. Патрубок 7 конденсатора влаги 8 соединен с пробоотборной трубкой 1 безпрокладочным переходом и закреплен при помощи винта 9. Обогревающая рубашка состоит из внутренней электроизоляционной трубки 10, плотно прилегающей к нарзокной поверхности 2-й (обогреваемой) части пробоотборной трубки; электронагревательного элемента 11, энерговыделяющая поверхность которого равномерно распределена по длине трубки 10; термоизоляционной оболочки 12, защищенной снаружи и с торцов металлическим кожухом 13. Внутри теплоизоляционной оболочки 12 расположен датчик температуры 14, соединенный с термореле 15. Конденсаторы влаги 8, 16 и 17 и сосуд 18, наполненный индикаторным силикагелем, соединены последовательно с 6 пробоотборной трубкой. Конденсаторы 8, 16 и 17 погружены в
термоизоляционные колбы 19, 20 и 21 со льдом, расположенные контейнере 22.
Пробоотборная трубка, корпус фильтра и конденсатор влаги 8 выполнены из нержавеющей коррозионностойкой стали. В качестве нагревательного элемента может быть использована обычная электронагревательная спираль, защищенная по длине трубки электроизолящ{ей; в качестве терморегулятора, состоящего из датчика температуры и термореле, может быть использован терморегулятор, применяемый в бытовой технике, например, в кухонных электроплрггах, а в качестве термоизоляционных колб - термоизоляционные колбы бытовых термосов.
Предлагаемое устройство работает следуюшда образом. После сборки устройства, внутрь газохода вводится необогреваемый з асток 2 пробоотборной трубки 1 так, чтобы зазор между обогревающей рубащкой и наружной поверхностью стенки газохода не превышал 0,5 см. Электронагревательный элемент подсоединяется к источнику электроэнергрш - сети 220 В; указатель температуры реле терморегулятора устанавливается на значение, соответствующее температуре контролрфуемого потока. После прогрева обогреваемого участка в течение 2-3 минут включается аспирационное устройство, подсоединенное к выходу сосуда 18, которое прокачивает пробу через весь газопроводяпщй тракт со скоростью от 0,5
9Э /- J3I
1 Л/МИН до 5,0 л/мин (в зависимости от ожидаемого coдq)жaния газообразной
влаги в контролируемом нотоке).
Твердые частицы и капли воды задерживаются фильтром. Поскольку температура пробы в начале первого (необогреваемого) участка пробоотборной трубки (включая фильтр) такая же, как температура контролируемого потока, относительная влажность газовоздушной смеси в пробе - такая же, как в газоходе, поэтому конденсацрш влаги или её испарения (в случае влажности потока в газоходе выше 100%) на фильтре и в той части пробоотборной трубки, которая находится в контролируемом потоке, не происходит. На участке проботборной трубки, примыкающем к обогреваюш ей рубашке, который находится в промежутке между контролируемым потоком и обогревающей рубашкой (стенка газохода плюс естественный зазор между стенкой газохода и обогревающей рубапшой устройства), температура пробы не ниже, чем вначале (поскольку приток тепла от обогревающей рубашки, распространяющийся по металлической пробоотборной трубке (за счет 20-ти - 30-ти градусного перегрева ее внутри обогреваемой рубашки) превосходит его отгок от поверхности трубки в этом промежутке за счет конвективного переноса в условиях очень малой скорости наружного потока и малой его турбулизованности (что обусловлено узостью зазора между обогревающей рубашкой и внешней поверхностью стенки газохода).
9 /-// nf
8 На участке пробоотборной трубки 2, находящемся в зоне обогрева, и на
начальном участке патрубка 7 конденсатора влаги 8, также попадающем в эту зону, температура пробы превосходит температуру контролируемого потока. Таким образом, на всем пути пробы от контролируемого потока до охлаждаемой части патрубка 7 ее температура не ниже, чем в контролируемом потоке, и конденсации влаги не происходит.
Конденсация влаги начинается лищь после того, как газовоздушная смесь попадает в необогреваемую часть патрубка конденсатора. Сконденсированная влага собирается в конденсаторах влаги 8, 16, 17 и в сосуде 18, наполненном индикаторным силикагелем, который меняет цвет при попадании на него влаги. Неизменность цвета индикаторного силикагеля на выходе из сосуда 18 свидетельствует о полноте улавливания влаги в конденсаторах 8,16,17 и на начальном участке сосуда 18.
Но окончании отбора пробы конденсаторы влаги 8, 16, 17 и в сосуд 18, отсоединяют от системы, обтирают досуха и помещают в герметичнз ю ёмкость для транспортировки в лабораторию для взвешивания.
Очевидно, что предлагаемая конструкция устройства не требует никаких новых или специальных средств для своей реализации. Кроме того, это устройство , относительно используемых известных устройств, - дешевле, а используемые элементы конструкции общедоступны. Таким образом, предлагаемое устройство достаточно просто по конструкции и в изготовлении и обеспечивает высокую точность определения влажности
/У/«/
9 высокотемпературных газовых потоков влажности коргфолируемого цотока. при всех значениях относительной