CC BY
15УДК 614.71: 669.791.33
Ю.В. КРАСОВИЦКИЙ, д-р техн. наук, профессор; С.Ю. ПАНОВ, канд. тех. наук; Е.В. РОМАНЮК, канд. техн. наук; З.С. ГАСАНОВ, инженер (scercso@mail.ru), Ю.И. МАКАРОВА, В.П. МАНУКОВСКАЯ, студентки, Воронежский государственный университет инженерных технологий
Рациональное измерение влажности, температуры и подсосов воздуха в пылегазовых трактах
при производстве строительных материалов*
В производстве строительных материалов из множе- ходили сначала мимо сухого термометра, а потом мимо
ства методов определения влажности газа [1—6] наибо- влажного термометра с указанной выше скоростью.
лее приемлемы психрометрический и абсолютный весо- Парциальное давление водяных паров в газоходе
вой методы. Психрометр Гинцветмета состоит из кор- определяют по формуле: пуса, спаянного из латунной трубки диаметром 12 мм.
В корпус на резиновых пробках помещают два термо- рг=рн(В ± р)/(В ± рп), (2)
метра. К ртутному шарику одного из них привязана
марля, опущенная в воду. Воду наливают в стеклянный где рг, рн — давление (разрежение) в газоходе и психро-
баллончик, прикрепленный к корпусу резиновой труб- метре соответственно, Па.
кой. Второй баллончик закрывают резиновой пробкой, По найденному значению рг и данным таблиц состо-
чтобы уровень воды значительно не изменялся при ра- яния насыщенного водяного пара [2] определяют точку
боте психрометра в условиях больших разрежений, ча- росы а по температуре в газоходе ^ — парциальное
стых в практике проведения пылегазовых замеров. давление насыщенного водяного пара при этой темпера-
Газ, влажность которого следует определить, посту- туре рн. Тогда относительная влажность газа равна: пает в психрометр через патрубок, омывает сухой термо- = , (3) метр, направляется во второе колено прибора, омывает ф рг/р . ( ) мокрый термометр и выходит через другой патрубок. Абсолютный весовой метод состоит в том, что некото-Расположение термометров обеспечивает свободное рое точно измеряемое количество газа пропускают через омывание газом их шариков со всех сторон. и-образный сосуд, в который помещают вещество, хоро-Чтобы уменьшить искажения показаний термомет- шо поглощающее влагу. До и после отбора газа и-образный ров на участках, где находятся шарики термометров, сосуд взвешивают и по увеличению массы определяют устанавливают экраны из тонкой латуни. величину влагосодержания. В качестве влагопоглощаю-Размеры трубок, экранов и термометров обеспечива- щих веществ применяют (цифры указывают количество ют в местах соприкосновения с термометрами скорость водяных паров, остающихся в 1 м3 воздуха при 25оС, г): газа около 5 м/с при просасывании через прибор в течение 1 мин около 20 л газа (количество, необходимое для Хлористый кальций (плавленый)....................................0,36
пылевых замеров). Серная кислота:
Сухой термометр показывает температуру окружаю- 95%-ная.........................................................................0,3
щего ненасыщенного газа, а мокрый, помещенный в той 100%-ная....................................................................0,003
же среде, — меньшую температуру, так как на нем испаря- CaSO4 (полностью свободный от Н2О)..........................0,004
ется вода. Испарение, а следовательно, и понижение тем- Фосфорный ангидрид (Р2О5)...................................0,000025
пературы тем больше, чем суше окружающая среда (газ). Силикагель....................................................................0,002
Расстояние между шариком термометра и уровнем А12Оз (кальцинированный).............................................0,003
воды в баночке должно составлять 1—2 см.
Давление водяных паров определяют по формуле: Указанная выше остаточная влажность соответствует очень медленному пропусканию газа через поглоти-Р№=Рнас—с(1с—1в)В, (1) тель (3 л/ч). При более быстром пропускании газа количество водяных паров в «сухом газе» будет несколько где — давление водяных паров в условиях психромет- выше. Практически наиболее часто применяют скора, Па; Рнас — давление насыщенного водяного пара, Па, рость просасывания 1 л/мин.
при ^ ; ^ — температура сухого термометра, оС; ^ — тем- Твердые поглотители помещают в и-образный сосуд
пература влажного термометра, оС; В — давление, при в виде кусочков средним размером 3—5 мм (при диамет-
котором проводится наблюдение (барометрическое или ре сосуда 15—20 мм). Порошкообразные поглотители
общее давление в приборе); с — коэффициент, величина (фосфорный ангидрид) можно предварительно переме-
которого зависит от скорости движения газа около ша- шать с кусочками пемзы. При пользовании фосфорным
рика мокрого термометра. ангидридом следует помнить, что он очень вреден и
Для неподвижного воздуха с = 0,00074, а при скоро- быстро «набирает влагу».
стях газа выше 5 м/с этот коэффициент практически Чтобы обеспечить полное поглощение влаги, обычно
постоянен и равен 0,00066. Поэтому в психрометрах, ставят последовательно несколько поглотителей и каж-
предназначенных для определения влажности движу- дый из них взвешивают отдельно. При правильной рабо-
щегося газа, необходимо обеспечить соответствующую те последний поглотитель не должен изменяться в весе,
скорость. Газы нужно протягивать так, чтобы они про- что будет доказывать достаточно полное осушение газа.
* Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы».
научно-технический и производственный журнал ф/рЦУГ/^^Ц^^ 22 январь 2012 Ы *
Этот метод достаточно точен, но практическое его осуществление достаточно сложно, так как для каждого анализа требуется приготовить и взвесить несколько сосудов с поглотителями.
Важное значение в производстве пигментов имеет контроль температуры. Для этого используют ртутные стеклянные термометры, термоэлектрические пирометры и термометры сопротивления.
Одним из видов ртутных стеклянных термометров являются контактные термометры, применяемые для электрической сигнализации и позиционного автоматического регулирования.
Термоэлектрические пирометры (термопары) применяют для измерения температуры до 1600оС. Обычно применяют:
— хромель-копелевые термопары (ХК), устойчиво работающие при температуре до 600оС;
— хромель-алюмелевые термопары (ХА) с верхним пределом для длительных измерений 100оС;
— платино-платинородиевые термопары (ПП), устойчиво работающие при температуре до 1300 оС и кратковременно до 1600оС.
При измерении температуры до 600 оС кожух можно изготовлять из стальных цельнотянутых труб (сталь 20); при измерении температуры до 800 оС — из труб, сделанных из легированной стали (1Х18Н9Т), а при измерении температуры до 1000оС — из труб, выполненных из ока-линостойкой стали (Х27). Защитные кожухи платино-платинородиевых термопар изготовляют из огнеупорных материалов (кварц, корунд).
Точность измерения температуры термопарами с использованием милливольтметров промышленного образца находится в пределах 1—2% от максимального значения шкалы. Следует ставить термопару (термометр) в футерованную часть газохода или, еще лучше, устанавливать экран, который не мешал бы свободному проходу газа, но максимально уменьшал прямую теплоотдачу лучеиспусканием от термопары к стенкам газохода.
Термометры сопротивления действуют на основе изменения электрического сопротивления проводников при изменении их температуры. Допустимый диапазон температур для этих термометров зависит от материала проводников: для платины верхний предел измерения практически равен 500оС, меди — 100—150оС. В указанном диапазоне температур замеры, проводимые при помощи термопар, дают менее точные результаты.
Большой интерес представляют полупроводниковые сопротивления — термисторы. Их изготовляют из оксида урана и2О3, оксида титана ТЮ2 и оксидов других металлов. Они характеризуются малыми размерами. Однако полупроводниковые термометры еще не получили широкого промышленного применения, так как выпуск их ограничен.
Термисторы ММТ-1, ММТ-4 и ММТ-5 пригодны для измерения температур не выше 100—120оС, КМТ-1 и КМТ-2 - до 180оС.
Термометры сопротивления в отличии от ртутных термометров допускают дистанционную передачу результатов измерения.
Термометр сопротивления состоит из тонкой проволоки чаще всего платиновой диаметром 0,05-0,1 мм, навитой на каркас. Для каркаса наиболее пригодны слюда, кварц. Каркас с обмоткой заключают в защитную трубку (стальную или медную) с головкой, в которой находятся клеммы для присоединения термометра к измерительному прибору.
В качестве такого прибора обычно используют лого-метр. Точность измерения температуры находится в пределах + 1 — 1,5 % от максимального значения шкалы.
На работу пылеулавливающих систем большое влияние оказывают подсосы атмосферного воздуха, которые увеличивают объем газа и повышают его скорость в га-
зоходах и аппаратах, что часто ухудшает улавливание пыли. Они иногда значительно понижают температуру газов, их относительную и абсолютную влажность, всегда увеличивают гидравлическое сопротивление газовой системы и расход электроэнергии на транспортирование газов, снижают концентрацию используемых газовых компонентов. Подсосы часто приводят к ухудшению тягового режима технологического оборудования, перегрузке вентиляторов (дымососов) и др.
Величину подсосов обычно выражают в процентах от начального объема газа. Наиболее правильно непосредственно измерять объем газа в тех точках газовой системы (в сечениях газоходов), где желательно знать величину подсоса. Чтобы найти, сколько воздуха подсасывается в аппарат, определяют объемы при нормальных условиях газов на входе в аппарат Q'o и на выходе из него Q"o. Абсолютное значение подсоса составит Q"o — Q'o, а относительное - — Q'о)•100 / Q'о, %.
Обозначим через Q'o и Q"o объемы газов в первой и второй точках системы (на входе в аппарат и на выходе из него): RО'2 и RО"2 — концентрации (СО2 + SO2) в этих же точках. Так как общее количество (масса) RO2 в газе при подсосе воздуха не изменилось, то
Q'о RО'2= Q"о RО"2. (4)
Преобразуем это выражение:
Q"о — Q'о/ Q'о = RО'2 — RО"2 / RО"2. (5)
Следовательно, подсос воздуха составит:
^О'2 — R0"2)•100/ RО'2,%. (6)
Точность определения величины подсоса зависит, с одной стороны, от навыков и аккуратности в работе исполнителей и погрешности приборов, а с другой — от условий, в которых осуществляются измерения. Обычно погрешность определения подсоса может быть менее 5%, но при скоростях газа ниже 4—5 м/с она быстро возрастает и может превышать 10%.
При определении подсоса по RО2 отбирают характерную пробу газа, состав которого не должен меняться во времени. Концентрация RO2 в газе не должна изменяться в результате каких-либо химических реакций на пути от одной точки замера к другой. Лучше отбирать пробы газа в обеих точках одновременно и проводить несколько анализов.
Ключевые слова: влажность, температура, подсосы воздуха, пылегазовые тракты, точность измерения.
Список литературы
1. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Подготовка промышленных газов к очистке. М.: Химия, 1975. 216 с.
2. Тепло и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. 509 с.
3. Красовицкий Ю.В., Дуров В.В. Обеспыливание газов зернистыми слоями. М.: 1991, 192 с.
4. Красовицкий Ю.В., Малинов А.В., Дуров В.В. Обеспыливание промышленных газов в фаянсовом производстве. М.: Химия, 1994. 272 с.
5. Примак А.В., Балтренас П.Б. Защита окружающей среды на предприятиях стройиндустрии. Киев, Будивельник, 1991. 153 с.
6. Балтренас П.Б., Шпакаускас В. Методы и приборы определения физико-механических и химических свойств пылей и аэрозолей. Вильнюс: Техника, 1994. 240 с.
7. Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г. Очистка газов: Справочное пособие. М.: Теплоэнергетик, 2002. 640 с.
научно-технический и производственный журнал
январь 2012
23
