CC BY
121
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРОТИВОГАЗОВЫХ ФИЛЬТРОВ В СООТВЕТСТВИИ С ГОСТ Р 12.4.192-99 И ГОСТ Р 12.4.193-99 Т.С. Костикян, А.А. Ильин
В январе 2003 г. вступили в действие новые российские стандарты на средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), в том числе ГОСТ Р 12.4.192-99 «ССБТ. СИЗОД. Полумаски фильтрующие с клапанами вдоха и несъемными противогазовыми и (или) комбинированными фильтрами. Общие технические условия» и ГОСТ Р 12.4.193-99 «ССБТ. СИЗОД. Фильтры противогазовые и комбинированные. Общие технические условия» на противогазовые СИЗОД (фильтры). Новые стандарты (в отличие от старых), помимо технических требований к противогазовым и комбинированным СИЗОД (фильтрам), включают также методы их испытаний. Основным защитным показателем противогазовых и комбинированных СИЗОД (фильтров) является время защитного действия (ВЗД). Сущность метода определения ВЗД заключается в определении времени появления нормированной проскоковой концентрации тест-вещества после прохождения газо(паро)воздушной смеси, содержащей тест-вещество, через противогазовый или комбинированный фильтр.
Особенностью новых стандартов ГОСТ Р 12.4.192-99 и ГОСТ Р 12.4.193-99 является отсутствие указаний на способы создания входных концентраций тест-вещества, а также методы контроля проскоковых концентраций при определении времени защитного действия; регламентируется только точность контроля за этими параметрами.
В связи с введением новых стандартов возникла необходимость разработки установок по методам испытаний в соответствии с требованиями новых ГОСТов. Используемые до настоящего времени в России динамические установки типа ДП-3 для определения времени защитного действия противогазовых СИЗОД (фильтров) в соответствии с группой старых стандартов на методы испытаний (ГОСТ 12.4.158-90 - ГОСТ Р 12.4.161-90) не отвечают современным требованиям по многим параметрам. Существенным недостатком этих установок является невозможность контроля входной концентрации тест-веществ в процессе испытания. Так, например, для создания концентрации парообразных веществ используется испаритель типа «гусек», который взвешивается до испытания и после, и по разности этих значений вычисляется средняя концентрация целевого компонента в паровоздушной смеси. А для определения входной концентрации газообразных тест-веществ (аммиак, диоксид серы и др.) применяется трудоемкая процедура - титрование. Применение резиновых деталей, предусмотренное в этих установках, приводит в условиях их эксплуатации при использовании таких агрессивных газов, как диоксид серы, хлор, аммиак, сероводород к быстрому их износу, что, в свою очередь, приводит к нарушению герметичности и создает большие неудобства при работе. А визуальная индикация проскоковой концентрации, предусмотренная в этой же группе стандартов, во-первых, предполагает некий субъективный фактор и, во-вторых, позволяет определить только интегральный показатель количества вещества, прошедшего через СИЗОД, а не конкретное время установления нормированной проскоковой концентрации. К другим недостаткам можно также отнести громоздкость этих установок. Учитывая все вышесказанное, модернизация динамических установок типа ДП-3 в соответствии с требованиями новых государственных стандартов ГОСТ Р 12.4.192-99 и ГОСТ Р 12.4.193-99 представлялась нецелесообразной.
При разработке установок по методам испытаний в соответствии с требованиями новых ГОСТов рассматривались наиболее распространенные методы приготовления газо(паро)воздушных смесей - статические и динамические методы.
Основным статическим методом создания концентраций газовых и парообразных компонентов является приготовление парогазовых смесей, как правило, в сосудах
под давлением. Однако большие трудозатраты на приготовление смесей в баллонах, адсорбция ряда тест-веществ стенками баллона, необходимость поддерживать большие расходы газо(паро)воздушных смесей для работы на установке по определению ВЗД - все это определило выбор динамических методов дозирования для разработки стенда по определению ВЗД .
Динамический метод подразумевает использование различного рода устройств (генераторов), на выходе которых получается поток газо(паро)воздушной смеси с заданными, либо известными характеристиками.
В 2003 году в ИЦ СИЗ ФГУП «ВНИИ метрологии им Д.И.Менделеева» был разработан и запущен в эксплуатацию компьютеризированный испытательный стенд с программным обеспечением для определения времени защитного действия в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.192-99 и ГОСТ Р 12.4.193-99, основанный на динамическом методе дозирования 7 тест-веществ.
Стенд состоит из блока создания влажного воздуха, блока дозирования газообразных компонентов и блока создания и дозирования паров жидких компонентов.
Принцип действия стенда основан на смешении потока целевого газа (пара), газа-разбавителя (воздуха) и паров воды. Работа стенда может осуществляться как в ручном режиме - управление с лицевой панели блоков с выводом измерительной информации на соответствующие индикаторы, так и в автоматическом - управление от персонального компьютера. В состав стенда входит также аппаратура для инструментального газоаналитического контроля проскоковой концентрации тест-веществ. Блоки, входящие в состав стенда, управляются встроенными микроконтроллерами.
Блок создания влажного воздуха БСВВ-01 обеспечивает приготовление паровоздушной смеси с расходами от 10 до 40 дм3/мин и измерение относительной влажности полученной смеси. БСВВ-01 обеспечивает создание относительной влажности паровоздушной смеси на выходе в диапазоне от 5 до 80 %. Пределы допускаемой относительной погрешности измерения расхода паровоздушной смеси не превышают ±1,5%.
Для установки по определению ВЗД в соответствии с требованиями новых стандартов ГОСТ Р 12.4.192-99 И ГОСТ Р 12.4.193-99 был разработан блок БД-01, предназначенный для дозирования газообразных компонентов: хлора, сероводорода, аммиака, диоксида серы, оксида азота и диоксида азота. Блок БД-01 представляет собой динамическую систему для дозирования газообразных компонентов с помощью теплового регулятора массового расхода газа фирмы «Bronkhorst». Выбор способа дозирования газов с использованием регулятора расхода газа обусловлен высокой точностью и стабильностью получаемой на выходе концентрации целевых компонентов. Требуемый расход подаваемого целевого газа определяется расчетным путем. Данная система позволяет измерять и регулировать расход газа, причем его показания не зависят ни от давления, ни от температуры регулируемого потока. При этом обеспечивается наивысший уровень точности по сравнению с другими средствами измерения расхода. Одним из преимуществ данного регулятора является также его устойчивость к воздействию агрессивных газов.
Для создания паро-воздушных смесей циклогексана, используемого в качестве тест-вещества при работе на установке по определению ВЗД, рассматривались два динамических метода: диффузионный метод и метод насыщения.
Принцип действия диффузионных генераторов основан на смешении потоков газа-разбавителя и целевого компонента. Поток целевого компонента задается диффузионным дозатором, находящимся в термостате с контролируемой температурой. В качестве диффузионных дозаторов могут использоваться источники микропотока или капиллярные дозаторы. Приготовление паро-воздушных смесей циклогексана при помощи источников микропотока с целью проведения испытаний противогазовых фильтров не представлялось возможным ввиду необходимости получения высоких концентраций
(3500-28000 мг/м3) и больших расходов приготавливаемой смеси (15 и 30 дм /мин). Данный метод не мог обеспечить необходимую производительность.
Другим методом по приготовлению парогазовых смесей является метод, основанный на динамическом насыщении газа при его барботировании через жидкий компонент. Один из способов дозирования заключается в продувании дозатора газом-разбавителем, насыщении этого потока веществом до концентрации, соответствующей концентрации насыщенных паров при температуре термостатирования дозатора, и дополнительном разбавлении полученной парогазовой смеси основным потоком газа-разбавителя (рис. 1).
Влажный воздух от - БСВВ-01
Рис. 1. Схематическое изображение способа барботирования:
Б - баллон с газом-разбавителем (азот); Р1 - редуктор; РРГ1, РРГ2 - регуляторы расхода газа; Д1 - дозатор; К1 - электромагнитный клапан; СМ1 - смеситель
Этот метод первоначально и был использован для дозирования паров циклогекса-на при использовании блока БД-02. Блок дозирования БД-02 предназначен для дозирования паров жидких компонентов (циклогексан).
Однако в процессе предварительных испытаний был выявлен ряд недостатков данной системы, основным из которых является невозможность поддержания высоких концентраций на время проведения длительных испытаний в связи с понижением давления насыщенных паров циклогексана в дозаторе при больших расходах газа-разбавителя, что приводило к снижению концентрации. А при использовании дозатора большего объема возникает проблема термостатирования больших объемов жидкости. В связи с этим было принято решение о разработке и изготовлении новой системы дозирования, существенно отличающейся от вышеперечисленных методов, которая отвечала бы требованиям новых стандартов, а также обеспечивала воспроизводимость результатов. Вследствие этого была разработана система дозирования, основанная на распылении жидкости с последующим ее испарением в термостате (рис. 2).
При разработке новой системы блока БД-02 были реализованы последние достижения в области микродозирования веществ. В частности, для дозирования циклогек-сана было предложено использовать высокоточный регулятор расхода жидкости «LIQUI-FLOW» производства фирмы Bronkhorst, не имеющий аналогов в отечественной промышленности и позволяющий измерять и регулировать расход с относительной погрешностью около 1%. Благодаря этому обеспечивается высокая точность дозирова-
ния и стабильность результатов. Разработанная система дозирования позволяет также осуществлять переход от одной концентрации циклогексана к другой без существенных затрат времени.
Р РРГ РРЖ с
Рис. 2. Принципиальная схема системы дозирования: Б - баллон с газом-разбавителем (азот); Р - редуктор; РРГ - регулятор расхода газа; РРЖ - регулятор расхода жидкости; Н - емкость; С - смеситель; Т - термостат
Для определения времени защитного действия СИЗОД по парам ртути была разработана специальная приставка к стенду. Принцип действия основан на испарении паров ртути при нагревании и дальнейшем их смешивании с основным потоком газа-разбавителя (воздуха). Приставка состоит из блока дозирования насыщенных паров ртути, испытательной камеры, нагревательного элемента, блока БССВ. Приставка позволяет создавать увлажненную паро-воздушную смесь с концентрацией паров ртути 13±1 мг/м3 в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.192-99 и ГОСТ Р 12.4.193-99. При проведении предварительных испытаний было обнаружено, что на поверхности ртутного зеркала со временем образуется оксидная пленка, которая приводит к снижению концентрации паров ртути. В связи с этим была разработана система подогрева для поддержания постоянной концентрации ртути, которая позволяет непрерывно проводить испытания длительностью до 100 часов. Проскоковая концентрация и концентрация насыщенных паров ртути контролируется при использовании атомно-абсорбционного спектрофотометра РА-915+ с приставкой и с дополнительной однохо-довой кюветой. По показаниям анализатора осуществляется корректировка входной концентрации ртути с помощью системы подогрева.
В целом стенд со всеми блоками и приставкой обеспечивает приготовление увлажненных газо(паро)воздушных смесей хлора, сероводорода, аммиака, диоксида серы, оксида азота, диоксида азота, циклогексана, ртути в воздухе в диапазоне концентраций от 0,05 до 1,0 % по объему при расходах 15 и 30 дм3/мин. Температура приготавливае-
мой парогазовой смеси поддерживается на уровне (20±1)оС. Относительная влажность парогазовой смеси (70± 2) %.
Использование новейших разработок в области измерительных приборов для разработки стенда для определения ВЗД противогазовых СИЗОД (фильтров) позволило обеспечить высокую точность измерений и стабильность характеристик га-зо(паро)воздушных смесей в соответствии с требованиями новых ГОСТ Р 12.4.192-99 и ГОСТ Р 12.4.193-99.
Литература
1. Рейман Л.В. Техника микродозирования газов. Л.: Химия, 1985.
2. ГОСТ Р 12.4.193-99 (ЕН 141). ССБТ. СИЗОД. Фильтры противогазовые и комбинированные. Общие технические условия.
3. ГОСТ Р 12.4. 192-99 (ЕН 405) ССБТ. СИЗОД. Полумаски фильтрующие с клапанами вдоха и несъемными противогазовыми и (или) комбинированными фильтрами. Общие технические условия.
4. ГОСТ 12.4.158-90. ССБТ. СИЗОД фильтрующие. Методы определения времени защитного действия фильтрующе-поглощающих коробок по парообразным вредным веществам.
