RU200344U1 - DEVICE FOR MEASURING AIR FLOW CONTAMINATION WITH AEROSOLS AND EMISSIONS OF LIQUEFIED NATURAL GAS VAPORS - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING AIR FLOW CONTAMINATION WITH AEROSOLS AND EMISSIONS OF LIQUEFIED NATURAL GAS VAPORS Download PDFInfo
- Publication number
- RU200344U1 RU200344U1 RU2020122150U RU2020122150U RU200344U1 RU 200344 U1 RU200344 U1 RU 200344U1 RU 2020122150 U RU2020122150 U RU 2020122150U RU 2020122150 U RU2020122150 U RU 2020122150U RU 200344 U1 RU200344 U1 RU 200344U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- air
- aerosols
- measuring
- vapors
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000011109 contamination Methods 0.000 title claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 57
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims abstract description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 56
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 90
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 19
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 17
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 17
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 13
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 4
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910000809 Alumel Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IMCUVBSHZXQITN-UHFFFAOYSA-N 4-[[4-(4-chlorophenyl)-5-(2-methoxy-2-oxoethyl)-1,3-thiazol-2-yl]amino]-4-oxobutanoic acid Chemical compound S1C(NC(=O)CCC(O)=O)=NC(C=2C=CC(Cl)=CC=2)=C1CC(=O)OC IMCUVBSHZXQITN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- -1 disc Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000008275 solid aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного измерения массовой концентрации аэрозолей, метана или паров регазифицированного сжиженного природного газа (метан с примесями этана, пропана и др. алканов) в системах мониторинга атмосферных потоков на объектах топливно-энергетического комплекса (ТЭК) и предупреждения техногенных аварий при выбросе регазифицированного сжиженного природного газа (СПГ) с возникновением существенных колебаний температуры смеси воздуха, аэрозолей и паров в диапазоне Т=(-70) - (+30)°С с ее временным градиентом G - dT/dt>3 град./мин. Техническим результатом является улучшение технических характеристик устройства для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа при существенных колебаниях их температуры путем одновременного определения концентрации выбросов регазифицированного сжиженного метана или СПГ, а также аэрозольных примесей в анализируемом потоке воздуха при температуре до -70°С с существенными изменениями ее градиента G≤10 град./мин. Для его достижения предложено устройство для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа, включающее газораспределительную сетку на входе цилиндрического корпуса с поперечным дисковым аэрозольным фильтром, блок измерения его газодинамического сопротивления, побудитель фиксированного расхода для аспирации воздуха через устройство, газовый инфракрасный сенсор, подключенный к электронному блоку питания и регистрации его данных и установленный соосно в цилиндрическом корпусе после дискового аэрозольного фильтра, выполненного из стекловолокна с открытой пористостью более 90%, при этом между дисковым аэрозольным фильтром и газовым инфракрасным сенсором последовательно и соосно установлены газопроницаемый цилиндр с грубопористой медной структурой, осевой вентилятор и газопроницаемый диск для перемешивания и нагревания теплообменом воздушного потока. Отношение масс грубопористой медной структуры газопроницаемого цилиндра и аэрозольного фильтра составляет более 500, а их геометрических площадей поверхности более пяти. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of measuring technology and can be used for the simultaneous measurement of the mass concentration of aerosols, methane or vapors of regasified liquefied natural gas (methane with admixtures of ethane, propane, and other alkanes) in systems for monitoring atmospheric flows at the objects of the fuel and energy complex (FEC ) and prevention of man-made accidents during the release of regasified liquefied natural gas (LNG) with the occurrence of significant fluctuations in the temperature of a mixture of air, aerosols and vapors in the range T = (- 70) - (+30) ° С with its time gradient G - dT / dt> 3 degrees / min. The technical result is to improve the technical characteristics of a device for measuring the pollution of air flows with aerosols and emissions of liquefied natural gas vapors at significant fluctuations in their temperature by simultaneously determining the concentration of emissions of regasified liquefied methane or LNG, as well as aerosol impurities in the analyzed air flow at temperatures down to -70 ° C with significant changes in its gradient G≤10 deg / min. To achieve this, a device for measuring the pollution of air flows with aerosols and emissions of liquefied natural gas vapors is proposed, including a gas distribution grid at the inlet of a cylindrical body with a transverse disk aerosol filter, a unit for measuring its gas-dynamic resistance, a fixed flow rate stimulator for aspiration of air through the device, a gas infrared sensor, connected to an electronic power supply unit and recording its data and installed coaxially in a cylindrical body after a disk aerosol filter made of fiberglass with an open porosity of more than 90%, while a gas-permeable cylinder with a coarse copper structure is installed in series and coaxially between the disk aerosol filter and the gas infrared sensor , axial fan and gas-permeable disc for mixing and heating by heat exchange of the air stream. The mass ratio of the coarse-porous copper structure of the gas-permeable cylinder and the aerosol filter is more than 500, and their geometric surface areas are more than five. 1 wp f-ly, 1 dwg
Description
Область техникиTechnology area
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного измерения массовой концентрации аэрозолей, метана или паров регазифицированного сжиженного природного газа (метан с примесями этана, пропана и др. алканов) в системах мониторинга атмосферных потоков на объектах топливно-энергетического комплекса (ТЭК) и предупреждения техногенных аварий при выбросе регазифицированного сжиженного природного газа (СПГ) с возникновением существенных колебаний температуры смеси воздуха, аэрозолей и паров в диапазоне Т=(-70) - (+30)°С с ее временным градиентом G=dT/dt>3 град./мин.The utility model relates to the field of measuring technology and can be used for the simultaneous measurement of the mass concentration of aerosols, methane or vapors of regasified liquefied natural gas (methane with admixtures of ethane, propane, and other alkanes) in systems for monitoring atmospheric flows at the objects of the fuel and energy complex (FEC ) and prevention of man-made accidents during the release of regasified liquefied natural gas (LNG) with the occurrence of significant fluctuations in the temperature of a mixture of air, aerosols and vapors in the range T = (- 70) - (+30) ° С with its time gradient G = dT / dt> 3 degrees / min.
Уровень техникиState of the art
Известно фотоэлектрическое устройство для анализа облачных капель (авторское свидетельство СССР, №172094), включающее заборную трубку для отбора капель, ориентированную навстречу набегающему анализируемому потоку воздуха, источник света, щель, объектив, центральная часть которого закрыта диафрагмой, линзу для сбора света, рассеянного частицами на фотоэлектронный умножитель. Недостатком данного устройства является невозможность одновременного анализа аэрозолей и примесей углеводородов в воздухе.Known photoelectric device for analyzing cloud droplets (USSR author's certificate, No. 172094), including a sampling tube for collecting drops, oriented towards the incoming analyzed air flow, a light source, a slit, a lens, the central part of which is closed by a diaphragm, a lens for collecting light scattered by particles to the photomultiplier tube. The disadvantage of this device is the impossibility of simultaneous analysis of aerosols and hydrocarbon impurities in the air.
Известен газоанализатор метана с сенсорным модулем, включающим газовый датчик, плату для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, и вторичный микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля (патент РФ №2321847). Недостатком устройства является невозможность одновременного анализа примесей паров углеводородов и аэрозолей в воздухе.Known methane gas analyzer with a sensor module, including a gas sensor, a board for preprocessing an analog signal, an amplifier, an analog-to-digital converter, a microcontroller, and a secondary microprocessor that reads information from the sensor module output (RF patent No. 2321847). The disadvantage of the device is the impossibility of simultaneous analysis of impurities of hydrocarbon vapors and aerosols in the air.
Известен газоанализатор токсичных, радиоактивных и горючих газов (патент РФ на полезную модель №127928), содержащий датчик радиоактивности и набор съемных газовых сенсоров, расположенных в газовом канале с внешним обогревателем для устранения конденсации влаги, внутренний измеритель температуры газов, пылевой фильтр на входе в газовый канал, на выходе из которого установлен побудитель расхода газа, и электронный модуль, включающий платы питания, интерфейса и внешней коммутации для питания и управления. Его недостатком невозможность одновременного анализа аэрозольных загрязнений и примесных газов в воздухе.A known gas analyzer for toxic, radioactive and combustible gases (RF patent for utility model No. 127928) contains a radioactivity sensor and a set of removable gas sensors located in a gas channel with an external heater to eliminate moisture condensation, an internal gas temperature meter, a dust filter at the entrance to the gas a channel at the outlet of which a gas flow rate booster is installed, and an electronic module including power supply, interface and external switching boards for power supply and control. Its disadvantage is the impossibility of simultaneous analysis of aerosol pollution and impurity gases in the air.
Известен инфракрасный газоанализатор (патент РФ №2187093) для измерения объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов, включающий инфракрасный оптический датчик, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения, расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода измерительную газовую кювету, установленные за ней фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов, электронный модуль, с усилителем сигналов, стабилизатором питания, управляющим микропроцессором и коммуникационную плату с устройством внешней коммутации, стабилизированного питания, управляющим микропроцессором и интерфейсом с формирователем цифровых сигналов. Его недостатком невозможность одновременного анализа аэрозольных загрязнений и углеводородных газов при выбросе и регазификации сжиженного природного газа (СПГ) в воздушном потоке с температурой Т<-(10-40)°С и существенных колебаниях их температуры с градиентом G>3 град./мин.Known infrared gas analyzer (RF patent No. 2187093) for measuring the volumetric concentration of methane and other gaseous hydrocarbons, including an infrared optical sensor containing a housing with holes for the entrance and exit of the analyzed gas, an infrared LED, interference filters to select the reference and operating wavelengths of infrared radiation, a measuring gas cuvette located along the path of the LED infrared radiation, mounted behind it infrared photodetectors of the reference and working measuring channels, an electronic module with a signal amplifier, a power stabilizer, a microprocessor control and a communication board with an external switching device, stabilized power supply, a microprocessor control and an interface with a digital signal generator. Its disadvantage is the impossibility of simultaneous analysis of aerosol pollution and hydrocarbon gases during the emission and regasification of liquefied natural gas (LNG) in an air stream with a temperature of T <- (10-40) ° C and significant fluctuations in their temperature with a gradient of G> 3 deg / min.
Известно устройство для измерения содержания газов и пыли в воздухе (патент РФ на полезную модель №182124), содержащее емкостную ячейку с двумя электродами, соединенными с измерительной аппаратурой, выполненными газопроницаемыми с расположенным между ними аэрозольным фильтром, при этом один из электродов имеет форму катушки с отверстиями и внутренней газовой камерой, внутри которой размещен газовый сенсор, соединенный с измерительной аппаратурой, а второй электрод выполнен виде сетки, установленной снаружи катушки. Устройство подключено к побудителю расхода анализируемого газа. Его недостатком является невозможность одновременного определения загрязненности воздуха примесными газами, каплями воды и других аэрозолей с малым электрическим сопротивлением, фильтрат которых резко уменьшает электрическое сопротивление между электродами и непредсказуемо изменяет межэлектродную емкость, а также существенные ошибки измерений при резких колебаниях их температуры с G>3 град./мин.A device for measuring the content of gases and dust in the air (RF patent for utility model No. 182124) is known, containing a capacitive cell with two electrodes connected to the measuring equipment, made gas-permeable with an aerosol filter located between them, while one of the electrodes has the form of a coil with holes and an internal gas chamber, inside of which a gas sensor is placed, connected to the measuring equipment, and the second electrode is made in the form of a grid installed outside the coil. The device is connected to the sample gas flow rate booster. Its disadvantage is the impossibility of simultaneous determination of air pollution with impurity gases, water drops and other aerosols with low electrical resistance, the filtrate of which sharply decreases the electrical resistance between the electrodes and unpredictably changes the interelectrode capacitance, as well as significant measurement errors with sharp fluctuations in their temperature with G> 3 degrees ./min.
Известно устройство для измерения запыленности воздушного потока (патент РФ за полезную модель №38837), включающее корпус для аспирации воздуха с фильтром на входе в него, побудитель тяги анализируемого воздуха центробежным вентилятором, датчик его расхода и измерительный блок газодинамического сопротивления фильтра. Устройство предварительно калибруется для определения массовой концентрации уловленного фильтрата в зависимости от аэродинамического сопротивления фильтра при фиксированном расходе воздуха. Его недостатком является невозможность одновременного анализа газовых и аэрозольных концентраций в воздухе при колебаниях температуры для измерения его загрязненности.Known device for measuring the dust content of the air flow (RF patent for useful model No. 38837), including a housing for aspiration of air with a filter at the entrance to it, an inducer of the analyzed air draft by a centrifugal fan, a flow sensor and a measuring unit for the gas dynamic resistance of the filter. The device is pre-calibrated to determine the mass concentration of the captured filtrate depending on the aerodynamic resistance of the filter at a fixed air flow rate. Its disadvantage is the impossibility of simultaneous analysis of gas and aerosol concentrations in the air at fluctuations in temperature to measure its pollution.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке (патент РФ на полезную модель №195687, прототип), включающее цилиндрический корпус для аспирации воздуха с аэрозольным фильтром, блок измерения его газодинамического сопротивления, побудитель фиксированного расхода анализируемого воздуха. На входе цилиндрического корпуса установлена защитная, газораспределительная металлическая сетка, после аэрозольного фильтра в цилиндрическом корпусе для аспирации воздуха перед побудителем фиксированного расхода анализируемого воздуха установлен соосно газовый инфракрасный сенсор, подключенный к электронному блоку питания и регистрации его данных. Аэрозольный фильтр выполнен из стекловолокна с открытой пористостью более 90%.The closest in technical essence is a device for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air flow (RF patent for useful model No. 195687, prototype), including a cylindrical housing for air aspiration with an aerosol filter, a unit for measuring its gas-dynamic resistance, a stimulator of a fixed flow rate of analyzed air ... A protective gas-distributing metal mesh is installed at the inlet of the cylindrical body, after the aerosol filter in the cylindrical body for aspiration of air, in front of the fixed flow rate of the analyzed air, a gas infrared sensor is installed coaxially connected to an electronic power supply and registration of its data. The aerosol filter is made of fiberglass with an open porosity of over 90%.
Недостатком устройства по прототипу является невозможность его использования для измерения загрязненности воздуха аэрозолями, метаном или парами СПГ при пониженной температуре Т<-(10-40)°С, так как рабочая температура наиболее известных инфракрасных сенсоров типа отечественного «Mipex» или зарубежного «Dynament» в зависимости от его модели составляет Т>-(10-40)°С. Кроме того, при быстром изменении градиента температуры смеси воздуха, аэрозолей и паров СПГ с dT/dt ≥3 град/мин возможна существенная ошибка определения их концентрации (Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов MIPEX-02-X-Х-Х.1 (RX). Руководство по эксплуатации ESAT.413347.002 РЭ. ООО "Оптосенс". Санкт-Петербург; Газоанализаторы серии Сенсис. ООО Дельта-С.2008. Москва. Зеленоград).The disadvantage of the device according to the prototype is the impossibility of its use for measuring air pollution with aerosols, methane or LNG vapors at a low temperature T <- (10-40) ° C, since the operating temperature of the most famous infrared sensors such as domestic "Mipex" or foreign "Dynament" depending on its model is T> - (10-40) ° C. In addition, with a rapid change in the temperature gradient of a mixture of air, aerosols and LNG vapors with dT / dt ≥3 deg / min, a significant error in determining their concentration is possible (Small-sized measuring sensor for explosive gases MIPEX-02-X-X-X.1 (RX) . Operation manual ESAT.413347.002 RE. "Optosens" LLC. St. Petersburg; Gas analyzers of the Sensis series. LLC Delta-S. 2008. Moscow. Zelenograd).
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является унификация конструкции устройства для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа с расширением его функциональных возможностей.The technical problem to be solved by the claimed utility model is the unification of the design of the device for measuring the pollution of air flows with aerosols and emissions of liquefied natural gas vapors with the expansion of its functionality.
Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик устройства для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа при существенных колебаниях их температуры путем одновременного определения концентрации выбросов регазифицированного сжиженного метана или СПГ, а также аэрозольных примесей в анализируемом потоке воздуха при температуре до -70°С с существенными изменениями ее градиента G ≤10 град./мин.The technical result of the claimed utility model is to improve the technical characteristics of a device for measuring the pollution of air flows with aerosols and emissions of liquefied natural gas vapors with significant fluctuations in their temperature by simultaneously determining the concentration of emissions of regasified liquefied methane or LNG, as well as aerosol impurities in the analyzed air flow at temperatures up to - 70 ° С with significant changes in its gradient G ≤10 deg / min.
Для достижения технического результата предложено устройство для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа, включающее газораспределительную сетку на входе цилиндрического корпуса с поперечным дисковым аэрозольным фильтром, блок измерения его газодинамического сопротивления, побудитель фиксированного расхода для аспирации воздуха через устройство, газовый инфракрасный сенсор, подключенный к электронному блоку питания и регистрации его данных и установленный соосно в цилиндрическом корпусе после дискового аэрозольного фильтра, выполненного из стекловолокна с открытой пористостью более 90%, при этом между дисковым аэрозольным фильтром и газовым инфракрасным сенсором последовательно и соосно установлены газопроницаемый цилиндр с грубопористой медной структурой, осевой вентилятор и газопроницаемый диск для перемешивания и нагревания теплообменом воздушного потока.To achieve the technical result, a device for measuring the contamination of air flows with aerosols and emissions of liquefied natural gas vapors is proposed, including a gas distribution grid at the inlet of a cylindrical body with a transverse disk aerosol filter, a unit for measuring its gas dynamic resistance, a fixed flow rate driver for air aspiration through the device, a gas infrared sensor connected to an electronic power supply unit and recording its data and installed coaxially in a cylindrical body after a disk aerosol filter made of fiberglass with an open porosity of more than 90%, while between the disk aerosol filter and the gas infrared sensor, a gas-permeable cylinder with coarse copper is installed in series and coaxially structure, an axial fan and a gas-permeable disc for mixing and heating by heat exchange of the air flow.
Кроме того, отношение масс грубопористой медной структуры газопроницаемого цилиндра и аэрозольного фильтра составляет более 500, а их геометрических площадей поверхности более пяти.In addition, the ratio of the masses of the coarse-porous copper structure of the gas-permeable cylinder and the aerosol filter is more than 500, and their geometric surface areas are more than five.
В результате установки между дисковым аэрозольным фильтром и газовым инфракрасным сенсором последовательно и соосно газопроницаемого цилиндра с грубопористой медной структурой, осевого вентилятора и газопроницаемого диска для турбулентного перемешивания и нагревания теплообменом воздушного потока достигается технический результат заявленной полезной модели, а именно осуществляется одновременный анализ массой концентрации аэрозольных частиц, а также объемной или массовой концентрации примесных газов типа метана или паров СПГ в анализируемом воздушном потоке в режиме реального времени при существенном изменения их температуры от +(20-30) до -(60-70)°С с резкими вариациями ее градиента G≤ 10 град./мин.As a result of the installation between the disk aerosol filter and the gas infrared sensor in series and coaxially of a gas-permeable cylinder with a coarse-porous copper structure, an axial fan and a gas-permeable disk for turbulent mixing and heating by heat exchange of the air flow, the technical result of the claimed utility model is achieved, namely, simultaneous analysis of the mass of the concentration of aerosol particles , as well as the volume or mass concentration of impurity gases such as methane or LNG vapors in the analyzed air flow in real time with a significant change in their temperature from + (20-30) to - (60-70) ° C with sharp variations in its gradient G≤ 10 deg / min
Концентрация газообразного метана или паров СПГ в воздушном потоке измеряется с временем быстродействия менее 1 с оптическим инфракрасным сенсором типа Mipex согласно патенту РФ №2187093.The concentration of methane gas or LNG vapor in the air stream is measured with a response time of less than 1 with an optical infrared sensor of the Mipex type according to RF patent No. 2187093.
Массовая концентрация аэрозолей определяется путем измерения дифференциального газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра ΔР в зависимости от величины уловленного осадка аэрозолей. Величина ΔР измеряется датчиком газодинамического сопротивления. Предварительно аэрозольный фильтр калибруется путем детектирования величины изменения его газодинамического сопротивления от массы уловленного фильтрата при заданном объемном расходе воздуха.The mass concentration of aerosols is determined by measuring the differential gas-dynamic resistance of the aerosol filter ΔР depending on the value of the captured aerosol sediment. The ΔР value is measured by a gas dynamic resistance sensor. The aerosol filter is preliminarily calibrated by detecting the change in its gas-dynamic resistance from the mass of the captured filtrate at a given volumetric air flow.
Металлическая сетка на входе цилиндрического корпуса установлена для защиты аэрозольного фильтра от импакции крупных аэрозольных частиц и выравнивания профиля давления и скорости воздушного потока в корпусе, что повышает точность измерения газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра.A metal mesh at the inlet of the cylindrical body is installed to protect the aerosol filter from the impaction of large aerosol particles and equalize the pressure profile and air flow velocity in the body, which increases the accuracy of measuring the gas-dynamic resistance of the aerosol filter.
Установка перед вентилятором газопроницаемого цилиндра с грубопористой медной структурой позволяет нагревать анализируемый воздушный поток до температуры более -30°С за счет аккомодации молекул воздуха и углеводородов на развитой поверхности медной пористой структурой. Ее масса существенно превосходит массу аэрозольного фильтра и массу воздушного потока за время анализа при выбросе СПГ.Installing a gas-permeable cylinder with a coarse-porous copper structure in front of the fan allows the analyzed air flow to be heated to a temperature of more than -30 ° C due to the accommodation of air and hydrocarbon molecules on the developed surface with a copper porous structure. Its mass significantly exceeds the mass of the aerosol filter and the mass of the air flow during the analysis with the release of LNG.
Изготовление грубопористой структуры газопроницаемого цилиндра из меди обусловлено ее большой теплопроводностью (400 Вт/м°К при 273°К) по сравнению с другими металлами и существенной плотностью (≈8,9 г/см3).The production of a coarse-porous structure of a gas-permeable cylinder made of copper is due to its high thermal conductivity (400 W / m ° K at 273 ° K) compared to other metals and a significant density (≈8.9 g / cm 3 ).
Площадь геометрической поверхности газопроницаемого цилиндра более чем в пять раз больше площади аэрозольного фильтра. Это позволяет существенно уменьшить скорость течения воздуха и увеличить время теплообмена молекул воздуха с поверхностью газопроницаемого цилиндра. При этом осевой вентилятор защищен от воздействия отрицательной наружной температуры до -70°С за счет осуществления нагревания воздушного потока газопроницаемым цилиндром с грубопористой медной структурой.The geometric surface area of the gas-permeable cylinder is more than five times the area of the aerosol filter. This allows a significant decrease in the air flow rate and an increase in the time of heat exchange of air molecules with the surface of the gas-permeable cylinder. In this case, the axial fan is protected from negative external temperatures down to -70 ° C by heating the air flow with a gas-permeable cylinder with a coarse-porous copper structure.
Кроме того, установка газопроницаемого диска после вентилятора и перед сенсором позволяет осуществлять дополнительное турбулентное перемешивание воздушного потока, так как газопроницаемый диск создает аэродинамическое сопротивление потоку воздуха от вентилятора и между ними возникает дополнительная зона турбулентного перемешивания анализируемого воздушного потока в цилиндрическом корпусе устройства.In addition, the installation of a gas-permeable disk after the fan and in front of the sensor allows additional turbulent mixing of the air flow, since the gas-permeable disk creates aerodynamic resistance to the air flow from the fan and an additional zone of turbulent mixing of the analyzed air flow in the cylindrical body of the device arises between them.
В результате, к сенсору поступает однородно перемешенный воздушный поток с примесью паров углеводородов при температуре более -30°С и величиной ее градиента G<3 град./мин в течение достаточно длительного интервала времени. Это позволяет определять концентрацию метана или паров регазифицированного СПГ при температуре снаружи до -(60-70)°С с величиной ее градиента до G ≤10 град./мин в течение относительно длительного времени выброса паров сжиженного газа в атмосферу.As a result, a uniformly mixed air flow with an admixture of hydrocarbon vapors arrives at the sensor at a temperature of more than -30 ° C and its gradient G <3 deg / min for a sufficiently long time interval. This makes it possible to determine the concentration of methane or vapors of regasified LNG at outside temperatures up to - (60-70) ° С with a value of its gradient up to G ≤10 deg / min for a relatively long time of emission of vapors of liquefied gas into the atmosphere.
По прототипу невозможно определять концентрацию метана или паров СПГ при температуре ниже -40°С, а при величине G>3 град./мин может возникать существенная ошибка измерения концентрации углеводородов в неоднородно перемешенном воздушном потоке с примесью углеводородов.According to the prototype, it is impossible to determine the concentration of methane or LNG vapors at temperatures below -40 ° C, and at a value of G> 3 deg / min, a significant error in measuring the concentration of hydrocarbons in an inhomogeneously mixed air flow with an admixture of hydrocarbons may occur.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фигуре изображена принципиальная схема заявленного устройства для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа, где:The figure shows a schematic diagram of the claimed device for measuring the pollution of air flows with aerosols and emissions of liquefied natural gas vapors, where:
1 - цилиндрический корпус;1 - cylindrical body;
2 - аэрозольный, дисковый, стекловолокнистый фильтр;2 - aerosol, disc, glass fiber filter;
3 - газовый инфракрасный сенсор;3 - gas infrared sensor;
4 - выходной патрубок газового потока в виде круглого конфузора;4 - gas flow outlet in the form of a round confuser;
5 - побудитель расхода анализируемого воздуха через устройство;5 - stimulator of the flow rate of the analyzed air through the device;
6 - электронной блок питания и регистрации данных сенсора 3;6 - electronic power supply unit and
7 - блок измерения газодинамического сопротивления фильтра 2;7 - unit for measuring gas dynamic resistance of
8 - защитная, газораспределительная сетка;8 - protective, gas distribution grid;
9 - круглый конфузор;9 - round confuser;
10 - грубопористая медная структура цилиндра 11 для перемешивания и нагревания теплообменом воздушного потока Q;10 - coarse-porous copper structure of the
11- газопроницаемый цилиндр с грубопористой медной структурой;11 - gas-permeable cylinder with a coarse-porous copper structure;
12 и 13 - термопары хромель-алюмель;12 and 13 - chromel-alumel thermocouples;
14 - осевой вентилятор для перемешивания воздушного потока и его нагрева;14 - axial fan for mixing the air flow and heating it;
15 - газопроницаемый диск;15 - gas-permeable disk;
Q - объемный расход анализируемого воздуха через устройство;Q is the volumetric flow rate of the analyzed air through the device;
S0 - геометрическая площадь фронтальной поверхности фильтра 2;S 0 - geometric area of the front surface of the
S - геометрическая площадь фронтальной поверхности цилиндра 11;S is the geometric area of the front surface of the
Т - наружная температура смеси воздуха, аэрозолей и паров;T is the outside temperature of a mixture of air, aerosols and vapors;
Т1 - температура смеси воздуха и паров углеводородов перед сенсором 3.Т 1 - temperature of the mixture of air and hydrocarbon vapors in front of
Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model
На фигуре изображена принципиальная схема заявленного устройства для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа. Устройство содержит цилиндрический корпус 1, в котором расположен аэрозольный фильтр 2, подключенный к блоку 7 для измерения его дифференциального сопротивления воздушному потоку. В центре корпуса 1 после фильтра 2 установлен соосно газовый оптический инфракрасный сенсор 3, соединенный с блоком его питания и регистрации данных 6. На выходе канала 1 соосно размещен выходной цилиндрический патрубок газового потока 4 в виде конфузора, состыкованного с побудителем расхода анализируемого воздуха 5. Металлическая сетка 8 на входе цилиндрического корпуса 1 установлена для защиты аэрозольного фильтра от импакции крупных дисперсных частиц и выравнивания профиля давления и скорости воздушного потока в корпусе 7, что повышает точность измерения газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра 2. Анализируемый воздушный поток поступает к фильтру 2 через сетку 8 и конфузор 9. Между дисковым аэрозольным фильтром 2 и газовым инфракрасным сенсором 3 последовательно и соосно установлен газопроницаемый цилиндр 11 с грубопористой медной структурой 10, осевой вентилятор 14 и газопроницаемый диск 75 для перемешивания и нагревания теплообменом воздушного потока Q. Отношение масс грубопористой медной структуры газопроницаемого цилиндра М и аэрозольного фильтра т составляет более 500, а их геометрических площадей поверхности S/S0 более пяти. Размер квадратных ячеек металлической сетки 8 составляет от 3×3 до 5×5 мм.The figure shows a schematic diagram of the claimed device for measuring the pollution of air flows with aerosols and emissions of liquefied natural gas vapors. The device contains a
Величина объемного расхода анализируемого газа через устройство Q ≈ 0,5-1 л/с. Аэрозольный фильтр 2 изготовлен из стекловолокна. Его эффективность улавливания аэрозольных частиц диаметром более 0,01 мкм составляет Е>99,99%. Величина диаметра фильтра 2 варьируется от 5 до 30 см в зависимости от выбора значений объемного расхода воздуха Q.The volumetric flow rate of the analyzed gas through the device is Q ≈ 0.5-1 l / s.
Диапазон изменения дифференциального сопротивления ΔР аэрозольного фильтра 2 зависит от скорости течения анализируемого двухфазного потока через фильтр 2 и массы накопленного фильтрата аэрозольных частиц. Оптимальный диапазон изменения величины ΔР варьируется от 102 до 104 Па.The range of variation of the differential resistance ΔP of the
В результате установки между дисковым аэрозольным фильтром 2 и газовым инфракрасным сенсором 3 последовательно и соосно газопроницаемого цилиндра 11 с грубопористой медной структурой 10, осевого вентилятора 14 и газопроницаемого диска 15 для турбулентного перемешивания и нагревания теплообменом воздушного потока достигается технический результат заявленной полезной модели, а именно осуществляется одновременный и непрерывный анализ массой концентрации аэрозольных частиц, а также объемной или массовой концентрации примесных газов типа метана или паров СПГ в анализируемом воздушном потоке в режиме реального времени при существенном изменения их температуры от +(20-30) до -70°С с изменениями ее градиента G до 10 град./мин.As a result of the installation between the
Концентрация газообразного метана и паров регазифицированного СПГ в воздушном потоке измеряется с временем быстродействия менее 1 с оптическим инфракрасным сенсором 3 типа Mipex согласно патенту РФ №2187093.The concentration of gaseous methane and vapors of regasified LNG in the air stream is measured with a response time of less than 1 with an optical
Массовая концентрация аэрозолей определяется путем измерения дифференциального газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра ΔР в зависимости от величины уловленного осадка аэрозолей. Величина ΔР измеряется датчиком газодинамического сопротивления 7. Предварительно аэрозольный фильтр 2 калибруется путем детектирования величины изменения его газодинамического сопротивления от массы уловленного фильтрата при заданном объемном расходе анализируемого воздуха.The mass concentration of aerosols is determined by measuring the differential gas-dynamic resistance of the aerosol filter ΔР depending on the value of the captured aerosol sediment. The value of ΔР is measured by the gas-dynamic resistance sensor 7. The
Металлическая сетка 8 на входе цилиндрического корпуса 1 установлена для защиты аэрозольного фильтра 2 от импакции крупных аэрозольных частиц и выравнивания профиля давления и скорости воздушного потока в корпусе 1, что повышает точность измерения газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра ΔР.The
Установка перед вентилятором 14 газопроницаемого цилиндра 11 с грубопористой медной структурой 10 позволяет осуществлять нагревание анализируемого воздушного потока Q до температуры более -30°С за счет аккомодации молекул на развитой поверхности медной пористой структурой 10. Ее масса существенно превосходит массу аэрозольного фильтра и массу воздушного потока за время анализа при кратковременном выбросе СПГ в течении 10-20 минут в зависимости от T и Q.The installation in front of the
Изготовление грубопористой структуры 10 из меди обусловлено ее большой теплопроводностью (≈ 400 Вт/м°К при 273°К) по сравнению с другими металлами и существенной плотностью (≈8,9 г/см3).The production of a coarse-
Площадь геометрической поверхности газопроницаемого цилиндра 11 более чем в пять раз больше площади аэрозольного фильтра 2. Это позволяет уменьшить скорость течения воздуха и существенно увеличить время теплообмена молекул воздуха с поверхностью газопроницаемого цилиндра по сравнению с фильтром 2. В результате, осевой вентилятор 14 защищен от воздействия отрицательной наружной температуры до -70°С за счет нагревания воздушного потока Q газопроницаемым цилиндром 11 с грубопористой медной структурой 10.The geometrical surface area of the gas-
Кроме того, установка газопроницаемого диска 15 после вентилятора 14 и перед сенсором 3 позволяет осуществлять дополнительное турбулентное перемешивание воздушного потока, так как газопроницаемый диск 15 создает аэродинамическое сопротивление потоку воздуха от вентилятора и между ними возникает дополнительная зона турбулентного перемешивания воздушного потока в цилиндрическом корпусе устройства 1.In addition, the installation of a gas-
В результате, к сенсору 3 поступает однородно перемешенный воздушный поток с примесью паров углеводородов при температуре более -30°С и величиной ее градиента G<3 град./мин в течение достаточно длительного интервала времени. Это позволяет определять концентрацию метана и паров СПГ при температуре снаружи до -(60-70)°С с величиной ее градиента до G≤ 10 град./мин в течение относительно длительного времени при выброса паров сжиженного газа в атмосферу.As a result, the
По прототипу невозможно определять концентрацию метана и паров СПГ при температуре ниже -40°С, а при величине G>3 град./мин может возникать существенная ошибка измерения концентрации углеводородов в неоднородно перемешенном воздушном потоке с примесью углеводородов.According to the prototype, it is impossible to determine the concentration of methane and LNG vapors at temperatures below -40 ° C, and at a value of G> 3 deg / min, a significant error in measuring the concentration of hydrocarbons in a non-uniformly mixed air flow with an admixture of hydrocarbons may occur.
Устройство работает следующим образом. Двухфазный поток аэрозолей, примесных газов и воздуха отбирается в корпус 1 через сетку 8 и фильтр 2 побудителем расхода 5. В процессе улавливания аэрозольных частиц высокоэффективным фильтром 2 возрастает его сопротивление ΔР при фиксированном расходе Q. Устройство предварительно тарируется. В ходе калибровки измеряется изменение во времени аэродинамического сопротивления фильтра при постоянной массовой нагрузке дисперсных частиц и фиксированном расходе Q и Т. Данные тарировки вводят заранее в измерительный блок датчика 7, где производится определение текущей величины аэродинамического сопротивления фильтра во времени, сравнение ее с данными тарировки и перевод полученных данных в значение массовой концентрации в единице объема воздуха (г/м3).The device works as follows. The two-phase flow of aerosols, impurity gases and air is taken into the
Одновременно с измерением ΔР и массовой концентрации аэрозолей в воздушном потоке детектируются примеси метана или паров СПГ газовым инфракрасным сенсором 3 типа Mipex (патент РФ №2187093).Simultaneously with the measurement of ΔР and the mass concentration of aerosols in the air flow, impurities of methane or LNG vapors are detected by a gas
С помощью осевого вентилятор 14, газопроницаемого цилиндра 11 с грубопористой медной структурой 10 и диска 15 осуществляется нагрев и однородное перемешивание лопастями вентилятора воздушного потока Q с примесями углеводородов после аэрозольного фильтра 2 с аэродинамическим торможением воздушного потока от вентилятора газопроницаемым диском 15. Однородная смесь воздуха и углеводородов измеряется сенсором 3. Кроме того, одновременно, имеет место нагревание до температуры более -30°С воздушного потока за счет его теплообмена в процессе аккомодации молекул на развитой поверхности медной пористой структурой 10. Ее масса более чем в 100 раз превосходит массу воздуха за время анализа выброса СПГ. В результате, к сенсору 3 поступает воздушный поток с примесью паров углеводородов при температуре более -30°С и величиной ее градиента G<3 град./мин. Это позволяет определять концентрацию метана и паров регазифицированного СПГ при температуре снаружи до -70°С с величиной ее градиента до G≤10 град./мин.With the help of an
Аналоговый сигнал с датчика 7 и сенсора 3 усиливается операционным усилителем, преобразуется аналоговым цифровым преобразователем в цифровой и передается с помощью интерфейса RS-485 на удаленный до 600 м компьютер (на фиг. 1 не показаны).The analog signal from the sensor 7 and
ПримерExample
Анализируемый воздушный поток смеси воздуха, аэрозолей и паров углеводородов создавался путем импульсного распыления сжиженного метана 98% об. с добавками алканов (этан, пропан и др.) с образованием горизонтальной, затопленной струи в атмосфере. В процессе распыления фиксировалось резкое изменение температуры воздуха с градиентом G=dT/dt до 8-10 град./мин. В результате, в воздушном потоке анализировались при флуктуирующей наружной температуре от -(60-70) до -(5-10)°С смеси различной концентрации метана и твердых аэрозольных частиц воды с небольшой менее 3 мас. % примесью пыли на основе оксидов кремния, железа и алюминия.The analyzed air flow of a mixture of air, aerosols and hydrocarbon vapors was created by pulsed spraying of liquefied methane 98% vol. with additions of alkanes (ethane, propane, etc.) with the formation of a horizontal, submerged jet in the atmosphere. In the process of spraying, a sharp change in air temperature was recorded with a gradient G = dT / dt up to 8-10 deg / min. As a result, mixtures of various concentrations of methane and solid aerosol particles of water with a small less than 3 wt.% Were analyzed in the air flow at a fluctuating external temperature from - (60-70) to - (5-10) ° C. % admixture of dust based on silicon, iron and aluminum oxides.
Постоянный объемный расход анализируемого воздуха Q ≈ 500 см3/с создавался с помощью аспиратора 5 марки АПВ-4. Начальное дифференциальное сопротивление фильтра 2 с площадью фильтрации около 30 см2 составляло ΔР0 ≈ 700 Па при скорости 16-17 см/с.A constant volumetric flow rate of the analyzed air Q ≈ 500 cm 3 / s was created using an APV-4
Устройство было установлено на мачте на высоте 6 м. Диаметр корпуса 1 составлял 10 см, его длина - 15 см, а геометрическая площадь стекловолокнистого фильтра 2 для тонкой фильтрации была равна S0=40 см2. Его открытая пористость составляла около 95%, а масса m=150 мг. Для детектирования углеводородов использовался взрывозащищенный сенсор 3 типа Mipex (патент РФ №2187093) с питанием 5 В, который был откалиброван на объемное содержание примесей метана от 1 до 99% об. в воздухе при температуре от -40 до 50°С с быстродействием 0,34 с. The device was installed on a mast at a height of 6 m. The diameter of the
Величина сопротивления ΔР аэрозольного фильтра 2 измерялась датчиком сопротивления 7 типа МРХ 10DP со следующими основными параметрами: быстродействие m=0,001 с, напряжение постоянного питания от 3 до 6 В, выходное напряжение от приложенного дифференциального сопротивления около 3,5 мВ/кПа, рабочая температура от -40 до +125°С, максимальный измеряемый перепад ΔР=10 кПа. Датчик 7 был герметично теплоизолирован для кратковременной в течении более 15 мин. эксплуатации при температуре до -70°С.The resistance value ΔР of the
Аналоговый сигнал с датчика 7 и сенсора 3 усиливался операционным усилителем, преобразовывался в цифровой и передавался на удаленный компьютер на 1200 м с помощью интерфейса RS-485 (на фиг. 1 не показаны). Размер ячеек сетки 8 из нержавеющей стали составлял 4×4 мм.The analog signal from sensor 7 and
Площадь поверхности газопроницаемого цилиндра 11 была равна S ≈ 300 см2, а масса его грубопористой структуры 10 из гранул меди М≈ 95 г при величине открытой пористости 0,9. Изготовление грубопористой структуры 10 из меди обусловлено ее большой теплопроводностью (≈ 400 Вт/м°К при 273°К) по сравнению с другими металлами и существенной плотностью (~8,9 г/см3).The surface area of the gas-
Дисковый фильтр 15 с открытой пористостью более 80% и газопроницаемой площадью поверхности около 50 см2 был изготовлен из медно-алюминиевого пенопористого наполнителя. Его дифференциальное сопротивление составляло более 200 Па при скорости течения около 12 см/с.
Температура воздушного потока Т1 после диска 15 фиксировалась термопарой хромель-алюмель 12, установленной перед сенсором 3. Для контроля наружной температуры Т использовалась термопара 13, установленная перед аэрозольным фильтром 2.The temperature of the air flow T 1 after the
Предварительно, стекловолокнистый фильтр 2 был прокалиброван при температуре -(10-70)°С путем измерения во времени величины его аэродинамического сопротивления ΔР при постоянной массовой нагрузке ледяных частиц воды диметром менее 1 мкм при постоянной скорости фильтрации 16-17 см/с. Начальное дифференциальное сопротивление фильтра 2 составляло ΔР0 ≈ 700 Па при скорости 16-17 см/с. При этом учитывалось влияние колебаний температуры на сопротивление фильтра 2.Previously, the
Измерение отношения ΔР/ΔР0 осуществлялось в процессе улавливании твердых частиц льда диаметром от 0,1 до 1 мкм и массовой концентрацией (5-7) г/м3 при постоянной скорости фильтрации 16-17 см/с. Первоначальная зависимость сопротивления ΔР от времени накопления твердого осадка при постоянной массовой концентрации аэрозольного потока была практически линейной. Однако, при накоплении фильтрата аэрозольных частиц m>0,2 мг/см2 наблюдалась нелинейная зависимость ΔР от времени t. Это обусловлено уплотнением пористой структуры осадка под действием аэродинамического давления газа. Анализ аэрозольных частиц в существенно нелинейном режиме изменения ΔР от m может привести к значительной ошибке измерений. В этом случае аэрозольный фильтр 2 подлежит замене.The measurement of the ratio ΔР / ΔР 0 was carried out in the process of capturing solid ice particles with a diameter of 0.1 to 1 μm and a mass concentration of (5-7) g / m 3 at a constant filtration rate of 16-17 cm / s. The initial dependence of the resistance ΔР on the time of accumulation of solid sediment at a constant mass concentration of the aerosol flow was practically linear. However, with the accumulation of filtrate of aerosol particles m> 0.2 mg / cm 2 , a nonlinear dependence of ΔР on time t was observed. This is due to the compaction of the porous structure of the sediment under the action of the aerodynamic gas pressure. Analysis of aerosol particles in a substantially nonlinear mode of variation of ΔР versus m can lead to a significant measurement error. In this case, the
Одновременно массовая концентрация твердых частиц измерялась весовым методом путем их отбора на аналитические стекловолокнистые фильтры (П. Райст. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 1987. 280 С.). В результате была измерена массовая концентрация частиц льда диаметром ≈ 0,1-1 мкм в диапазоне 5-7 г/м3 в воздушном потоке. Полученные данные в заявленной модели удовлетворительно совпадали с величинами их концентрации, измеренные весовым методом.Simultaneously, the mass concentration of solid particles was measured by the gravimetric method by selecting them for analytical glass fiber filters (P. Reist. Aerosols, introduction to theory. Moscow. Mir. 1987. 280 S.). As a result, the mass concentration of ice particles with a diameter of about 0.1-1 microns was measured in the range of 5-7 g / m 3 in the air flow. The data obtained in the claimed model were in satisfactory agreement with the values of their concentration, measured by the gravimetric method.
Для однородного перемешивания углеродно-воздушной смеси Q в цилиндрическом корпусе 7 был установлен осевой вентилятор San Асе 40; Sanyo Denki: размер 40×40×15 мм; напряжения питания постоянного тока 4,5-5,5 В; ток нагрузки 0.28 А; 7700 об/мин; рабочая температура от -30 до +60°С; класс защиты IP55.For homogeneous mixing of the carbon-air mixture Q, an axial fan San Ace 40 was installed in the cylindrical body 7; Sanyo Denki: size 40 × 40 × 15 mm; DC supply voltage 4.5-5.5 V; load current 0.28 A; 7700 rpm; working temperature from -30 to + 60 ° С; protection class IP55.
В результате в сечении цилиндрического корпуса 1 перед сенсором 3 наблюдались флуктуации концентрации метана менее 10% об. В прототипе без вентилятора 14, цилиндра 11 и диска 15 величина флуктуаций газовых примесей была в 2-5 раз больше при его лабораторных испытаниях с использованием заводских смесей метана и азота из баллонов с концентрацией 6 и 12% об., подаваемых на вход устройства.As a result, in the section of the
Одновременно с анализом аэрозолей, фиксировались флуктуирующие во времени значения объемной концентрации метана в диапазоне от 2 до 10% об. в затопленной струе. В процессе измерений температура воздушного потока перед сенсором 3 составляла Т1=10-15°С при ее градиенте G<2-3 градусов/мин. в течение более 10 минут после выброса СПГ в течение 2-2,5 минут. При этом на входе в устройство температура стохастически уменьшалась от -10 до -70° с максимальной величиной градиента dT/dt до 8-10 град./мин в процессе испарения капель диспергированного жидкого метана с концентрацией 98% об. В этих условиях в устройстве по прототипу наблюдались существенные ошибки и разброс значений объемной концентрации при быстром понижении температуры от положительной до -(60-70)°С.Simultaneously with the analysis of aerosols, the time fluctuating values of the volumetric concentration of methane were recorded in the range from 2 to 10% vol. in a submerged jet. In the course of measurements, the temperature of the air flow in front of
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет, одновременно, осуществлять анализ в атмосфере массовой концентрации загрязняющих воздух аэрозольных частиц по изменению величины газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра 2, измеряемой датчиком его дифференциального сопротивления 7, и одновременно регистрировать однородно перемешенную перед сенсором 3 объемную или массовую концентрацию в воздухе парогазовых примесей типа метана или паров регазифицированного СПГ при резких колебаниях наружной отрицательной температуры до -(60-70)°С с градиентом G ≤10 град./мин. Устройство по прототипу не позволяет одновременно создавать однородные газовые смеси перед сенсором и осуществлять анализ концентраций аэрозольных частиц, метана и примесей паров СПГ в атмосфере при столь низкой температуре и существенных значений ее градиента G>3 град./мин.Thus, the claimed utility model allows, at the same time, to carry out the analysis in the atmosphere of the mass concentration of air polluting aerosol particles by the change in the value of the gas-dynamic resistance of the
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122150U RU200344U1 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | DEVICE FOR MEASURING AIR FLOW CONTAMINATION WITH AEROSOLS AND EMISSIONS OF LIQUEFIED NATURAL GAS VAPORS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122150U RU200344U1 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | DEVICE FOR MEASURING AIR FLOW CONTAMINATION WITH AEROSOLS AND EMISSIONS OF LIQUEFIED NATURAL GAS VAPORS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU200344U1 true RU200344U1 (en) | 2020-10-19 |
Family
ID=72882773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122150U RU200344U1 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | DEVICE FOR MEASURING AIR FLOW CONTAMINATION WITH AEROSOLS AND EMISSIONS OF LIQUEFIED NATURAL GAS VAPORS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU200344U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2783130C1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-11-09 | Татьяна Викторовна Тарасова | Method for determining hydrocarbon emissions from tanks into the atmosphere |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2187093C2 (en) * | 2000-06-14 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМИ" | Non-dispersing multi-passage infra-red gas analyzer |
| RU38837U1 (en) * | 2003-12-15 | 2004-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" | AIR FLOW DUST MEASUREMENT DEVICE |
| US9091151B2 (en) * | 2009-11-19 | 2015-07-28 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole optical radiometry tool |
| RU182124U1 (en) * | 2018-05-28 | 2018-08-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | DEVICE FOR MEASURING GAS AND DUST CONTENT IN ATMOSPHERE |
-
2020
- 2020-07-03 RU RU2020122150U patent/RU200344U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2187093C2 (en) * | 2000-06-14 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМИ" | Non-dispersing multi-passage infra-red gas analyzer |
| RU38837U1 (en) * | 2003-12-15 | 2004-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" | AIR FLOW DUST MEASUREMENT DEVICE |
| US9091151B2 (en) * | 2009-11-19 | 2015-07-28 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole optical radiometry tool |
| RU182124U1 (en) * | 2018-05-28 | 2018-08-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | DEVICE FOR MEASURING GAS AND DUST CONTENT IN ATMOSPHERE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2783130C1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-11-09 | Татьяна Викторовна Тарасова | Method for determining hydrocarbon emissions from tanks into the atmosphere |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5372924B2 (en) | β-ray dust concentration measuring apparatus and method for confirming validity of sample used therein | |
| RU191610U1 (en) | INFRARED GAS ANALYZER | |
| CN110231262B (en) | Civil solid fuel combustion atmospheric pollutant emission field detection device | |
| US10948207B2 (en) | Air purifier and air purification method | |
| CN106970182A (en) | A kind of apparatus and method of on-line checking mixed gas concentration | |
| US20030003590A1 (en) | Method for measuring concentrations of gases and vapors using controlled flames | |
| Wang et al. | An efficient multipollutant system for measuring real-world emissions from stationary and mobile sources | |
| CN108956529A (en) | For comparing the portable NH of monitoring3, HCl analysis system | |
| CN206772932U (en) | A kind of device of on-line checking mixed gas concentration | |
| CN116482289A (en) | A real-time online combined analysis device for polymer combustion process | |
| RU2125262C1 (en) | Method determining calorific power of combustible gas and device for its realization | |
| RU200344U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING AIR FLOW CONTAMINATION WITH AEROSOLS AND EMISSIONS OF LIQUEFIED NATURAL GAS VAPORS | |
| Petrovic et al. | The possibilities for measurement and characterization of diesel engine fine particles-A review | |
| CN210090256U (en) | A measuring device for lampblack monitoring equipment | |
| RU195687U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW | |
| Rostedt et al. | Non-collecting electrical sensor for particle concentration measurement | |
| RU195645U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF AEROSOLS AND GASES IN THE ATMOSPHERE | |
| CN209857956U (en) | Continuous emission monitoring system of flue gas | |
| CN104406932B (en) | The determination of uv absorption method of stationary source waste gas sulfur dioxide | |
| Dittmann et al. | Multiple wavelength extinction technique for particle characterization in dense particle clouds | |
| US3198721A (en) | Process and apparatus for detecting gas | |
| CN217385309U (en) | VOCs on-line measuring device | |
| CN211824512U (en) | Calibration device for fixed pollution source smoke emission continuous monitoring system | |
| RU207645U1 (en) | DEVICE FOR ANALYSIS OF AEROSOL AND HYDROCARBON VAPOR CONTENT WHEN DISCHARGED OF FUEL LIQUIDS INTO THE ATMOSPHERE | |
| KR20150012535A (en) | Carbon particle sampling filter pack and method for measuring carbon mass using the same |